铁路运输作业培训引入虚拟现实技术的思考

赵恺伦 上海铁路局上海站

铁路运输作业培训引入虚拟现实技术的思考

赵恺伦 上海铁路局上海站

介绍虚拟现实技术的概念及技术特点，并从优化培训方法、灵活度高、系统模拟、弥补教学条件的不足、改善从业人员的认知和意识等方面分析了此项技术在铁路运输作业人员培训中的优势。

虚拟现实；作业人员培训

随着时代的发展，铁路技术设备不断更新，铁路从业人员的安全素质对铁路运行的安全起着至关重要的作用。怎样提高从业人员的业务素质是我们一直探讨的问题，而借助虚拟现实（Virtual Reality，以下简称VR）的技术能有效地对铁路作业人员进行模拟培训。

1 认识虚拟现实技术

1.1 虚拟现实技术的概念

虚拟现实（V R）是近年来发展起来的技术研究领域，它涉及的技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算机技术。虚拟现实技术又称为“灵境”技术，简单来讲就是将软件与采集设备、显示设备、控制设备等硬件设备相结合，模拟出一个与现实环境酷似的三维虚拟空间，用户的感官体验及行动行为以数据形式传送到计算机系统中，在软件绘制的虚拟世界中实现人机交互，参与者能够获得控制和操作整个事件的自由度。通过计算机系统对真实世界的全面模拟，创造出与之高度相仿的数字环境，从而解决了人与计算机的自然交互。

1.2 虚拟现实技术的特点

虚拟现实技术有三个显著特点：沉浸性、交互性和构想性。沉浸性是指人在虚拟世界中听到的、看到的与现实中的感受差距微乎其微，在这种极具逼真的环境中，人们就好像完全融入其中一样；交互性是利用数据头盔、传感控制器等一系列的配戴设备，通过计算机数据采集、分析，将人的具体位置、肢体动作等通过硬件设备呈现出来。在这过程中，用户可以对虚拟环境中的任何对象进行观察或操作，从而达到一种近乎自然的交互方式。构想性是指通过计算机模拟，人们可以做一些在现实生活中不便进行的操作，不仅解决了资金、人员等方面的困难，还可以在模拟环境中启迪新的创意，并利用模拟来验证，可以说虚拟现实技术不仅是理想的创意实践平台，也是新创意、新构想的重要来源。

2 虚拟现实技术在铁路运输作业人员培训中的优势

随着高速化铁路建设进程的加快，老旧技术和运输设备不断被替换，一些新设备科技含量高，操作较为智能化，为确保铁路运输生产安全，过硬的业务能力是必须具备的，这就要求员工具有比以往更高的学习接受能力。将虚拟现实技术应用在员工的培训中，可以改进职工的培训和考核模式，让受培训者在身临其境的环境中去学习业务、体验作业流程及智能化操作。这种新型的虚拟培训模式一方面可以让员工产生更大的学习兴趣，培训效率也会大大提高，另一方面也解决了缺乏场地和资源的尴尬，并消除了现场潜在的危险隐患。

2.1 加强学习动机，优化培训方法

虚拟现实是一种具有沉浸性、临场感观超强的高级人机界面，培训者能够通过多种感官渠道与它进行实时交互，让培训者有种不用现实参与却胜过现实参与的感受，虚拟场景能让培训者在浓厚的兴趣中全身心投入其中，大大提高了学习效率，没有了现实的压迫感，更有利于思维的活跃，让培训者的大脑在不断的摸索中学习新的知识，萌生新的想法。在基于自然环境下的虚拟现实中的交互作用和个别化学习方式中提高了学习情趣，受训者不仅仅是一个观察者，还是一个学习环境中的积极参与者。这种新的培训方式，不仅节省资源成本，而且更容易被接受。

2.2 交互性强，灵活度高

虚拟现实的交互性为培训者提供了可以直接交互的视听空间，并将受培训者置于主动学习的中心地位，有利于受培训者知识的建构。物理世界的高度模拟，可以让学员在虚拟中快速参与到不同的工作环境，更加便捷的学习相关操作及业务知识。通过辅助设备，学员快速定位虚拟环境中的自己，在虚拟的控制室、站台、线路等任意作业环境进行操作训练，多感官的信息录入，最大程度的模拟了现实场景，按照操作规程进行操作，可以自由地实现人机交互。360度全景视野真实地还原了工作场景，使受训者身临其境，这种互动性的学习效果是理论学习及教学讲座所无法比拟的。

2.3 借助VR技术，对实际遇到的复杂情况可以进行系统模拟

利用虚拟现实技术，可以根据需要模拟出不同的环境，并对一些具有高危险性、高复杂性的环境进行重复多角度模仿训练，根据受培训者全身心投入在虚拟情境下突发状况的应对措施来判定其业务掌握情况及现场反应能力，从而能够更有针对性地安排理论及实践计划，使受培训者在现实作业中面对各类突发情况下，都具有潜在的模拟经验来解决，并且还能够尝试不同的培训方案，对业务知识的拓展，安全操作能力的提升都能起到明显的促进作用。

2.4 弥补教学条件的不足，避免危险

虚拟现实技术的应用，能够避免现实学习中面临的种种困难，比如场地、设备、人员的缺乏、现场危险隐患等问题，虚拟现实可以随时随地提供学习所需的模拟环境，大大节省了时间和经济成本。培训者及其培训组不必去配置与现实工作环境中一致或情况相似的物理场所，而是通过计算机、虚拟现实配戴控制设备就可以进入到对真实世界进行“复制”的虚拟环境中；受培训人员可以按需出现在运输作业流水线、车辆线路或突发的各种紧急情况中，在一定时间内自由地完成培训环节，人身安全却不会受到威胁。

2.5 改善从业人员的认知和意识

虚拟现实技术应用到从业人员的培训，其实就是将虚拟世界中所掌握的业务知识运用到真实工作中的过程。虚拟现实技术，不仅可以提供经济高效，安全，易用的学习环境，它还被发现能对有效学习中的许多认知因素产生积极的影响，诸如解决问题的意识，空间想象能力及对危险的感知等等。研究发现，紧急情况发生时，一个在虚拟环境中接受过培训的从业人员，能够更好地驾驭事件发展进程。他们比那些没有经过虚拟环境培训的人员，在紧急情况下的反应更加快速而准确。这是虚拟现实培训对从业人员的认知方面的空间意识所带来的影响。在许多不同的领域进行的各种研究表明，虚拟现实是开展有效培训的理想环境。现实世界中的各种问题可以呈现在虚拟环境中，促进学员形成相关的处理事件的经验，如在某些工作场所活动或紧急情况下，如何有效地应对各种突发事件。

3 结束语

虚拟现实技术引起了传统培训方式的变革，是科技发展带来的新的驱动力，影响着铁路行业的未来。人机交互变得简易有效，复杂多变的教学环境都可以通过配戴设备和计算机及软件相应实现，无疑让铁路运输各个工种、各种场地都可以采用该技术来实现模拟培训。新的经济形势下，科学发展观引领未来，铁路部门也应跟进科技的发展步伐，不断调整策略。只有实现了人才创新、培训学习方式的创新，才能让铁路事业持久健康的发展。

责任编辑：万宝安

来稿日期：2016-09-21