基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学应用研究

于喜洋，昌远华

（中国刑事警察学院， 辽宁 沈阳 110854；上海公安高等专科学校， 上海 200137）

基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学应用研究

于喜洋，昌远华

（中国刑事警察学院， 辽宁 沈阳 110854；上海公安高等专科学校， 上海 200137）

警察实战综合演练教学是一种较贴近实战的对抗性教学训练方法，是体能、射击、控制反抗、查缉战术有机结合的综合演练教学，是实现“教、训、战” 一体化教学的有效途径，也是科学利用师资资源的最佳途径之一。虚拟现实技术是利用计算机系统来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然技能和某些设备对这一生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。而依托“人机互动”虚拟实景对抗训练等系统可以提升警察实战技能教学的有效性。

虚拟现实技术；实战综合演练；战术技能训练；人机互动系统

近年来，我国公安院校教育培训的工作机制、模式都有了较大的发展，但就警察战术技能这门课程，从科学发展观来看，在学习内容和训练手段等方面依然存在很多有待进一步提升的地方。就全国范围来看，福建警务实战技能训练处于国内领先水平，战术技能训练成果已经运用到了实战当中。福建省在处置突发事件时，往往会邀请相关教官教师到达现场，并参与制定战术行动方案。湖北、福建、北京、上海等地基本上采用了香港警察的训练理念与模式——实战综合演练教学。实战综合演练教学是一种较为贴近实战的对抗性教学训练方法。在维护社会治安的现实斗争中，警察对敌实战能力正面临着许多新的挑战和考验，凶残狡诈的犯罪分子持枪持械拒捕，公然与警察对抗的事件常有发生，若仅靠单纯的擒拿格斗训练、简单的射击练习和缺乏可操作性的查缉战术知识的灌输是难以满足公安现实斗争的需要。因此，公安机关和公安院校必须立足实战，树立新的战术理念，规范警务战术处置程序和动作，增强法律意识、程序意识、战术意识和安全意识，提升实战综合演练的成效，提高公安队伍的战斗力。这是目前警察训练战技一体化发展的方向，同时实战综合演练教学也能检验学员对所学警体课程掌握的情况。

公安教育训练工作应结合公安工作的特点，本着服务经济社会稳定的需要，不断探索，不断开拓，运用实战综合演练教学训练模式建立起一系列以虚拟现实技术为依托的警察职业教育训练项目，实现教育训练由经验型、粗放型向科技型、智能型的转化，充分体现警察职业教育训练所遵循的“讲究实际、贴近实战、注重实用、追求实效”原则。

一、虚拟现实技术的产生与概念

虚拟现实技术是近年信息科学领域研究、开发和应用的热点问题之一。虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，其中虚拟世界为全体虚拟环境或给定仿真对象的全体，它是由计算机产生，通过视觉、听觉、 触觉等作用，使用户产生身临其境感觉的交互式视景仿真。它综合了计算机图形技术、图像处理与模式识别、传感器技术、并行实时计算技术、人工智能、系统仿真、云计算等多种学科的最新技术，由计算机系统硬件、软件及各种传感部件构成三维信息的人工环境，以模拟方式为使用者创造出一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图像世界，在视、听、触、嗅等感知行为的逼真体验中，参与者可以直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化，犹如置身于真实世界中。由于虚拟现实技术是一门综合性极强的信息科学技术，目前已在军事、医学、教育、设计和娱乐等领域得到了广泛的应用与实践。

从20世纪20年代美国进行的“视觉教育”运动开始，教育信息技术经历了语音、电影、电视广播教学、计算机辅助“程序教育”等媒体技术发展阶段，现已形成远程数字化的卫星视频IP多址广播技术与多媒体交互网络系统为连接通道、超媒体和虚拟现实技术为主体的平台设计集成技术的超链接技术平台。

1989年美国的J·Lanier（专做VR产品的VPL公司董事长）提出了所谓“虚拟现实”的概念，旨在用计算机技术来生成一个逼真的三维视觉、听觉、触觉或嗅觉等感觉世界，让用户可以从自己的视点出发，利用自然技能和设备对生成的虚拟世界客体进行浏览和交互考察。具体来讲，它是用带有微型屏幕的头盔和装有传感器的手套或衣服，在伴有虚拟的声音和感触下，使受训人员沉浸在一种非常逼真的专为训练而设置的环境中，可满足多种战术技能科目训练的需要，头盔显示器是将演练者大脑与计算机创造的虚拟世界连通的输入（输出）装置，主要由双目显示器和跟踪系统组成。数据手套作为连接演练者的双手和大脑与计算机创造的虚拟世界的输入（输出）装置，具有6个自由度的位置传感器。这是一种使演练者不是被动地观察人工环境，而是与之交互作用的高级计算机模拟系统。与其它模拟系统相比，它使演练者具有“身临其境”之感，并能“引导”操作。“身临其境”和“引导功能”构成了虚拟现实的交互式特性，这种相互作用是虚拟现实的本质所在。

利用虚拟现实技术，可创造“虚拟现实”，这是因为计算机网络可将客观世界的数字化模型转化为不同形态的光点与声波，并以适当的方式加以融合，从而营造出一个“虚拟世界”。虚拟现实模拟的环境可以是建筑物的内部结构、飞机的驾驶舱、激烈的搏击场面、纵横的高速道路、犯罪现场空间、复杂的城市街区等。由于“虚拟现实”的强大功能，因此在军事训练领域中得到了较为广泛的应用。

众所周知，警察教育培训（特别是特警的训练）是一项耗资巨大、变量参数较多、十分复杂的系统工程，保证安全、有效、可靠是进行公安教育培训项目设计时必须考虑的重要因素。因此，可利用虚拟现实技术的经济实用、安全可靠以及可重复性等特点，进行各种任务与训练的模拟，以代替那些费时、费力、费钱的真实射击或者真实对抗等无法展开的场合，从而获得提升警务战术技能训练工作效率或可靠性的设计对策。因此，公安虚拟仿真训练系统就成为确保警员安全的有效技术途径之一。

二、虚拟现实系统中的关键技术

警察实战综合演练系统需运用虚拟现实的几个关键技术，这包括：

（一）动态环境建模技术

虚拟环境的建立是虚拟现实技术的核心内容。动态环境建模的目的是获取警务实战环境有关的三维数据，并根据应用的需要，利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。三维数据的获取可以采用CAD技术（有规则的环境），而更多的模拟实战环境则需要采用非接触式的视觉建模技术，两者的有机结合可以有效提高数据获取的效率。

（二）实时三维图像生成技术

三维图像的生成技术已经较为成熟，其关键是如何实现“实时”生成。为了达到实时的目的，至少要保证图像的刷新率不低于15帧/秒，最好是高于30帧/秒。在不降低图像的质量和复杂度的前提下，如何提高刷新频率是该技术的关键研究内容。

（三）立体显示和传感器技术

虚拟现实的交互能力依赖于立体显示和传感器技术的发展。现有的虚拟现实还远远不能满足警察实战综合演练系统的需要，例如存在模拟实战的复杂度不够、数据手套有较大延迟、图像分辨率低、实战应用范围小、设备使用不便等缺点，警务虚拟现实设备的跟踪精度和跟踪范围也有待提高，因此有必要开发应用新的三维显示技术。

（四）应用系统开发工具

警务虚拟现实应用的关键是寻找合适的实战场景和训练对象，即如何发挥警务人员的想象力和创造力。选择适当的应用对象和实战场景可以大幅度地提高教育训练的效率，减轻训练工作强度，提高教育训练的质量。为了达到这一目的，必须研究警务虚拟现实的开发工具，例如警务虚拟现实系统开发平台、分布式虚拟现实技术等。

三、虚拟现实技术在警察实战综合演练教学中应用的意义

作为一种新型的实战训练方法，基于虚拟现实技术的警察实战综合演练对于提升警务人员战术技能训练成效有着许多不可比拟的优点。

（一）基于虚拟现实技术的警察实战综合演练是增强战术技能教学效果和扩大野外训练成效的重要手段

采用基于虚拟现实技术的警察实战综合演练系统进行训练，可以较好地解决公安教育训练中的理论与实践相脱节的问题，并实现了警员训练中的视觉、听觉和触觉的三统一。如果我们问一名警员在学习射击时什么方法最有效，是学习子弹推力、阻力和弹道学的物理公式，还是在模拟实战环境中亲身体验一次射击感受，他们都会选择后者。同时基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学有助于提高参训警员的实战能力，因为虚拟现实系统能将信息瞬时反馈，检查出训练成效；如果不够合格，则使受训者重复训练同一项目，直到完全掌握为止。人的神经系统接受信息能力是需要反复在实践中磨练才能提高的，如果仅靠读或听等学习方式，只能接受信息量的10%－20%；但如果通过虚拟现实系统进行模拟训练，则可学习到信息量的90%以上。因此，基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学满足了警员反复训练和综合处置现场的学习训练需求。

（二）基于虚拟现实技术的警察实战综合演练能在同一模拟现场完成各种不同环境的训练

由于虚拟现实模拟系统具有在同一模拟现场创造出不同实战环境的功能，所以在同一天中，一个训练组（队）可以既在大型商场、高速公路、山地丘陵的环境中训练，也可以在车站、机场、海滩、码头、沙漠中搏击，并可变换昼夜的训练条件。不仅如此，虚拟现实系统可使警员体验到实际生活中一般不大可能遇到的极端事件。比如，某重要办公大楼被恐怖分子控制，需要警员的应急力量参与营救人质，此时就可以通过计算机网络系统将大楼的设计图纸转换成三维立体场景图，警务指挥人员就能“进入”到虚拟的大楼里去“探索”一遍营救行动路线，并组织警员的营救力量在虚拟大楼内进行战术技能综合演练。

（三）基于虚拟现实技术的警察实战综合演练可实现“遥控领域”的训练

如某地受到恐怖分子使用化学武器的攻击，需要警员参与到化学防护救援行动中，用实兵实景实物进行控制训练基本上是不可能的，但让参训警员穿戴上数据头盔和手套就可到达虚拟现场，亲自感受一番，并试验不同抢救方案的可行性和有效性，从而提高行动成功的可能性和训练成效。

采用基于虚拟现实技术的警察实战综合演练系统进行教学训练，除上述固有的特点和优势外，还具有独特的经济效益，主要体现在减少警员训练伤亡率和节约教育训练经费两个方面。许多国家之所以在近几年中舍得投资数十亿美元的科研经费来研制虚拟现实模拟系统，原因就在于它既经济又安全，是训练出精良作战队伍的最佳手段之一。

四、警察实战综合演练教学的核心——基于虚拟现实技术的“人机互动”实景对抗训练

我国警察在执行公务活动中伤亡比重较高，仅就公安教育训练工作而言，缺乏有效的针对性强的实战对抗训练是造成民警在遭遇突发情况时伤亡的重要因素之一。实战综合演练教学以计算机科学技术为支撑，可以为工作在公安一线的民警提供有效的学习和训练手段，特别是以“人机互动”对抗训练为主的虚拟实景合成综合演练的新方法更为突出。以“人机互动”对抗训练为主的虚拟实景合成实战综合演练教学依托云计算等新技术，根据虚拟的现代社会实际场景，组织参训警员以“人机互动”的形式开展对抗训练，即在公安教学训练中开展实战教学。

（一）以“人机互动”的虚拟现实技术为依托

基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学系统中的射击对抗部分吸取了国外警用FX标记弹战术训练的成功经验，可以开展室内外射击训练和对抗训练，其特点是：（1）可在城市较小的场地中进行实战训练，提高民警的实战水平。（2）通过利用“人机互动”的技术优势，使用现役枪械发射，不改变枪械的物理结构，不需要增加或减少任何枪械零部件即可射击，扩展了现役枪械的应用领域。（3）具有与“64式”7.62mm手枪弹相似的声响和射击效果。（4）通用性较好，“64式”7.62mm实弹、橡皮弹、标记弹等可交替射击使用，用于对抗训练中具有一定的实战效果，在击中对方时会出现明显的标记和轻微疼痛感，但不会对人体构成伤害。

（二）“人机互动”的模拟实战场景设计

模拟实战场景设计是按照警务活动中的实际情况，从战术技能教学目标、教学内容出发，对典型案例进行选择和重新设计，对警情、民情、敌情等进行模拟策划，使其贴近警务实战要求，重现警察执法环境。在这方面，要力求真实、具有普遍性。首先，将筛选出的经典案例改编成“模拟实战剧本”，通过合理设计，改编故事发生的时间、地点、人物、事件等因素。然后，根据“剧本”需要，模拟出具有代表性的街区建筑群和场地场景，为标记弹对抗模拟演练提供一个地形复杂、贴近社会现实而又可以变化多样的街区场景；同时利用防弹膜与玻璃制成的防弹隔离墙，将训练区与观摩区、休息区等进行划分，并设置二楼观摩区以俯视整个演练场，力求准备充分，操作合理，场景真实，让受训警员有身临其境之感，以全身心地投入训练，观摩警员一览无遗，从总体上把握战术意图，以确保模拟实战训练高质量地完成。这些对参训警员都提出了更高的要求，也更有助于发挥他们的主观能动性，提高警员缉捕持枪歹徒的战斗力，增强警察在抓捕实战中的团队战斗力和良好的应战素质。

（三）“人机互动”实战综合演练教学新理念的形成

根据现有虚拟现实技术条件，警察实战综合演练教学体系专门编撰了互动对抗实战训练手册，以各类实战经典案例为背景展开教育训练工作，主要培养民警在各种环境下使用武力的综合能力，包括民警在执法中运用枪支必备的技能。警察实战综合演练教学完全从“人机互动”的实战角度出发选择教学内容，其训练方式紧紧围绕着“人机互动”的实战需要展开，训练目标在于使参训警员真切地领悟到“实战中如何以最小的执法代价换取最大的执法效益”，这也是警员必备的执法理念之一。在射击演练场内，还安装了数个摄像探头，以全方位地记录整个演练过程，并且可以实时显示在参训警员休息室内的大屏幕上，这样受训警员可以回顾小组中每一个队员在演练中的行为，对演练的成果进行总结，也有助于教官在演练后对各小组的成绩进行评定。这种开放式的教学模式能真正发挥参训警员的主观能动性，提高其沟通能力和团队协作能力，也为教官掌握各参训警员的学习特点提供了依据，以便因材施教，深化教学成果。

（四）“人机互动”实战综合演练教学模式的不足

当然，无论是“人人互动”还是“人机互动”的虚拟实战综合演练，总有其自身的局限性，这与警务实战中枪支的综合运用还是存在着一定的距离，这主要体现在两个方面：（1）模拟实战对抗训练内容是通过现场模拟场景开展的，其教学内容较为狭窄；（2）射击手对自身的受威胁度体会不深、安全意识提升不明显，互动效果较为单一。所以，基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学在对参训警员射击项目的培训上，需把警用标记弹的对抗射击训练科目和实景实弹射击训练科目结合起来，以互补不足，全面提升参训警员的射击能力。

作为警察职业教育训练的一个全新课题，以“人机互动”对抗训练为主的虚拟实景合成实战综合演练教学摒弃了传统的模拟实战训练模式，使警务对抗训练真正进入了实战状态。而基于虚拟现实技术的警察实战综合演练教学训练方式，无疑也成为我国警务实战训练发展的新方向。

五、结束语

近年来，微电子、通讯、多媒体、网络等高新技术已经全面进入公安科技领域并得到了广泛应用，给公安工作特别是公安教育培训工作带来了生机和活力，为我国公安事业的跨越式发展奠定了技术基础。以公安科技应用为重点，提高公安队伍战斗力，培育公安工作新的增长点，找准科技强警的着力点，实施科教强警战略，提升我国的公安科学技术水平，是公安机关为社会主义现代化建设保驾护航的强有力手段。

警察职业教育训练要构筑科学的教学理论体系，掌握灵活的教学训练方法，进行科学的组织实施，从而有效培养和提升广大民警的战术理念与实战技能。实施“科技强警”是一项长期性的系统工程，是公安机关适应社会形势发展的必然选择，也是更好地服务公安工作从人力密集型向技术集约型转变的必由之路。

[1]袁洪广．论控制反抗与查缉战术一体化教学模式[J]．上海公安高等专科学校学报，2004，（2）．

[2]张惠文．警察人力资源管理教程[M]．北京：中国人民公安大学出版社，2003．

[3] 袁洪广，杨静，江开忠．论体验式学习在公安培训中的应用[J]．上海公安高等专科学校学报，2005，（1）．

[4] 陈作聪，江开忠，袁洪广．虚拟现实技术在公安教育训练中的应用研究[J]．上海公安高等专科学校学报，2005，（6）．

[5] 孙树峰，潘雄．以教育信息化发展为契机 构建公安高等教育新局面[J]．上海公安高等专科学校学报，2009，（1）．

[6] 赵玉申，许德强．以科学技术为支撑 创新民警训练举措[J]．公安教育，2008，（6）．

[7] 万强．虚拟警务战术训练系统的设计与实现[D]．上海交通大学硕士论文，2008．

[8] 蒋凯．基于网络分层思想的虚拟仪器应用研究[D]．浙江大学硕士论文，2004．

[9] 张慧敏，白日东．浅谈虚拟现实技术及其在教学中的应用[J]．吉林工程技术师范学院学报，2005，（6）．

Study on the Educational Application of Police Combat Exercise Based on Virtual Reality Technology

Yu Xiyang, Chang Yuanhua
(China Criminal Police University, Shenyang, Liaoning 110854, China; Shanghai Police College, Shanghai 200137, China)

The educational model of police combat exercise is a novel means of training policemen. On the other hand, it is an effective training model of police’s tactics with combat exercise to serve the education and training of police work. It has made significant development, but police tactical skills do not meet the needs of public security. In order to enhance the tactics training skills of police, it is the best way to exercise the tactics with live ammunition based on the computer system of virtual reality technology.

Virtual Reality Technology; Combat Exercise with Live Ammunition; Tactics Training and Education of Police; Computer System

D631.15

：A

：1008-5750(2013)02-0021-(05)

10.3969/j.issn. 1008-5750.2013.02.004

2013-01-18 责任编辑：孙树峰

于喜洋（1969- ），男，中国刑事警察学院警察技能战术训练部讲师；昌远华（1970- ），男，上海公安高等专科学校警训部讲师。