基于虚拟现实场景利用三维VR技术对“突发天气状况,云况观测”进行的沉浸式培训

赵玉琨

民航重庆空管分局 重庆 渝北 401120

引言

沉浸理论在1975年由美国芝加哥大学心理学教授Mihalyi Csikszentmihalyi首先提出。“沉浸”是 学习、工作时的最佳体验,“沉浸式教学法”是指教育教学工作者在施教过程中巧妙运用多种教学手段,以学生的主体体验为主,从其兴趣点出发,进入 一种“沉浸”体验的学习状态,达到自主学习目的。

一、3维VR技术在气象培训中的应用设想

随着现代互联网技术的快速发展,尤其是现在5G网络的普遍推广,现代信息技术越来越多的应用到新老员工的培训教学之中,新的培训演练模式改变了传统培训中许多不足,不但能够让员工更好的巩固培训教材的知识点,更能够改变传统的工作学习思维方式,尽早的演练各种复杂的天气情况从而在未来的工作中规避风险。本论文根据民航重庆空管分局探测室的实际情况,希望引入最新3维VR沉浸式交互技术,实现人和计算机模拟环境的多元化智能交互,进而进一步模拟各种天气状况,以及各类云状、云况,教员通过全息投影便可查知佩戴3D眼镜培训的员工处理各种突发情况的应变能力,进一步提高员工的自主性思考,结果可为构建具有民航特色的现代化天气、云状虚拟场景奠定基础。

首先借助VR引擎在虚拟环境中构建可视的外部三维视景,如地形地物(重庆江北机场、跑道、灯光、塔台、导航台站、城市、村庄、山川、河流、树木、铁路、公路等)、天气现象(雨、雪、霾、雾、冰雹等),云状(层积云、淡积云、积雨云等)、实况风速、气压等为观测员营造近似真实的观测环境。

通过前期根据江北机场实况营造的虚拟现实场景,使气象员佩戴VR头显设备所看到的正前方视景和转动头部所看到的视景,与站在观测平台看到的真实影像一致。使其具有较强的真实感,为在虚拟环境下完成特情处置奠定良好基础。

在气象观测过程中,观测员可自行选择或由教员选择启动预先设定的特情程序。特情一旦启动,气象观测员即可在头显中观察到各种天气要素的发生变化,以及出现相应特情显示,观测人员需要根据出现的情况,临场做出处置,从而达到模拟练习,精准规避风险的目的。

在传统的气象观测技能比拼中,有一项是看云图(电脑照片)识别,明显发现大家对日常工作中常见的云类较为熟知,而平日少见的云类,云状记忆比较模糊,确实大家对于少见的云类还停留在图片等二维平面,如果工作中偶尔遇到此类云状,很容易影响决断的时间,如果运用了虚拟现实技术,我们变可以日常三维还原各类云状、云况,是气象观测员对于云类识别的技能提升一个档次。

二、完善虚拟场景的搭建与天气模拟软件模型构建

那么虚拟现实场景的搭建需要的设备如下:

1.VR头显设备。可采用例如:HTC VIVE套装,包含定位器、头显及手柄(备用)。

2.专用PC。建议电脑配置:

GPU:NVIDIA?GeForce?GTX 970、AMD Radeon?R9 290同等或更高配置

3.数据手套。选用超感自主研发多交互智能手套Miiglove。

4.可接收蓝牙的投影仪或者电视

三、虚拟现实场景的搭建同样需要天气模拟软件模型构建

1.构建天气系统仿真软件,用于支持气象员识别各种机场可能发生的天气现象,以及识别各类云高、云状。

2.构建视景库软件,用于支持各种天气环境下所需室外外真实景象使观测员在训练中获得视觉上的参照信息,达到身临其境的效果;

3.构建灯光、音响、通讯软件,用于支持特情中的各种显示及音效。

4.构建航电系统软件,用于支持飞行中平显、多功能显示器、仪表的相关显示;

5.构建质量评估软件,用于支持训练过程记录和回放,客观评定特情处置成绩。

6、软件与硬件的匹配性与实际一致。

四、关于沉浸式气象观测教学培训的研究

3维VR沉浸式交互技术优势在于,VR-虚拟现实技术是一种新的信息传达工具,其具备三个特性:交融性、交互性和构想性,相较于传统的多媒体和3D显示课件,可以提供更加优秀的视听觉真实感和实时操作反馈。3维VR沉浸式交互技术除了传统的3D显示外,重点的演进变化特征在于:双眼3D主动式镜片,使得双眼的可视面积更大,可以达到人体眼球标准的可视角;带头部追踪的随动显示,使得头部转动可以和视角转动同步,带来强烈的沉浸体验;具备手部动作追踪,使得使用者可以用手部动作同步获得交互;立体声可以随着头部转动而变化声音大小。因此,与普通虚拟仿真技术类课件相比,此技术应用于民航气象培训时其具有如下优势:带有头部交互的3维视角,使得员工可观察到天气状况的各个视角,仪器展现的天气特征与细节更加容易被掌握;手部互动的操作感比鼠标键盘更加真实;身临其境的场景感,加深了受训员工们的理解和记忆。

结论

对于空管系统气象探测新员工的培训,仍停留在看图学习,文字解读天气现象的阶段,员工很难在放单前遇到各种复杂天气状况,以及正确的识别各种云状,为加强新老员工对于突发天气状况的了解,特通过引进三维VR设备开展对“突发天气状况,云况观测”的沉浸式培训,通过学习这种全新的技术,让受培训的气象员工们身临其境 的感受各种天气状况的变化,以便日后工作更好的对于突发 天气状况进行应急。