虚拟现实技术在警务射击训练中的应用研究

刘双振

（安徽省公安教育研究院， 安徽 合肥 230000）

武器作为公安机关人民警察执法执勤的最后安全保障，使用好武器是警察必不可少的职业能力之一。现存的警务训练体系可以很好地让警察具备“会开枪”的能力，但在“敢开枪”和“开好枪”方面显得力所不逮，这是受客观执法环境因素的制约所致，为了让警察具备使用武器的综合应用能力，国内外警务射击专家和实战教官纷纷进行了多种尝试，有的从战术层面入手，使用沙盘推演开展警组队形训练；有的从警情模拟入手，使用模拟街区和标记弹开展射击法定程序训练；有的从红蓝对抗入手，使用影像投影开展互动对抗射击训练[1]。无论哪种训练模式，都绕不开“安全性”和“真实度”两大核心问题。虚拟警务射击的雏形是美军仿真模拟射击训练，其核心要义就是借助信息技术手段优化现有训练模式或教学模式，基于受训者知识学习的同化和顺化机理，知识的获得在于意义构建，虚拟现实技术能够最大程度上使学习情境和学习知识具象化，也就是说它能使意义构建的过程看得见、摸得着，虚拟警务射击教学活动的开展与建构主义有着千丝万缕的关联。科学技术的发展能让我们突破客观因素的局限，尤其是虚拟现实技术的出现，将虚拟现实技术运用于警务射击训练中，能在保障训练学员安全的前提下，最大程度地让其感受到虚拟环境、虚拟人物和虚拟任务的真实性，身临其境般的仿真射击体验使得警务射击向实战射击迈出了一大步。

一、虚拟警务射击的特点和发展阶段

（一）虚拟警务射击的特点

虚拟警务射击是指公安机关人民警察在虚拟现实技术搭建的虚拟警情环境中，依法合理使用枪支处置虚拟现场的警务技能。虚拟警务射击是相对于现实警务射击而言的，二者之间既有联系又有区别：第一，虚拟警务射击是一种无限仿真的警务射击模式，在真实感受上只能接近现实而不会超越现实，在警情内容上依托现实而不仅仅局限于现实，在静态复盘上优于现实高于现实。第二，虚拟警务射击是为现实警务射击做准备的，通过大量反复地警情模拟训练，使得警察掌握涉枪类警情的处置流程，具备综合运用警用武器处置现场的实战能力。第三，虚拟警务射击和现实警务射击共同构成了警务射击，虚拟警务射击可以人为设定警情的各项元素，使得训练更具针对性和综合性，弥补现实警务射击的短板。

（二）虚拟警务射击的发展阶段

1.影像模拟阶段。影像模拟阶段最具代表性的就是激光模拟射击系统，其训练原理就是提前录制好各种执法案例，通过观看视频内执法对象的反抗行为，要求参训警员在短时间内要做出合理的研判，从而确定是否使用警用武器。激光模拟射击训练只能满足对有限警情的处置模拟，很难覆盖所有涉枪类警情，而且缺乏真实后坐力体验和枪声体验。迭代的激光模拟射击系统增加了两人对抗功能，借助双面投影幕布既可以开展“情显”模拟对抗训练，又可以开展警员间战术对抗训练，训练形式和内容更加丰富。

2.3D实感模拟阶段。随着3D技术的日趋成熟，实感模拟射击训练应运而生，支持参训者以第一人称视角进入建构的二维场景中，搭载气动式仿真枪和立体环绕音响设备，最大限度地还原了现实射击的感觉。二维场景的构建是由曲面巨屏呈现，在画面的真实感觉上更加逼真。

3.沉浸式互动阶段。沉浸式虚拟射击是基于虚拟现实技术搭建的虚拟射击平台，借助可穿戴式的数据手套、VR头盔、仿真互动枪等设备，不断向终端输入和输出信号以实现与虚拟环境中构建的虚拟人进行人机交互，完成涉枪类警情的模拟训练。沉浸式虚拟射击在安全性、逼真度、交互感等方面有着无法比拟的优越性，它能最大程度地将警情处置过程贴近实战，全方位训练参训者的现场反应能力和使用武器的能力。

二、虚拟警务射击的理论基础

（一）虚拟警务射击的虚拟警境构建

虚拟警境的构建完美的将教学情境和学习情境融合在一起，前期将涉枪类案例导入数据库，运用建模技术将案例中的所有元素变成数字模型，再借助便携式设备将数字模型呈现出来，参训警员便可以基于对法律法规的理解选择开枪与否、枪支使用程序、开枪时机、战术射击动作等，根据训练教学需求构建的虚拟警境不仅能够呈现所有的知识内涵，而且还能突破时空局限及时将新的射击知识和涉枪案例传授给参训者。

（二）虚拟警务射击的虚拟警情资源

就教学资源本身来讲，虚拟仿真教学最大的特点就在于能够为学习者提供最新的知识体系和资源信息，导入训练系统中的警情资源不单单局限于现实中已发生的案例，还可以是基于前沿理论、影视剧情、艺术构想等创造出来的警情。从教学资源的展现形式来说，利用虚拟现实技术构建的警情无限逼真地涵盖所有的要素，而且所有的警情构成要素都是可控的，能够精准无误地实现训练目的或学习目标。

（三）虚拟警务射击的跨域战术协作

建构主义强调师生间、生生间的协作，在协作中完成对新知识的意义构建，虚拟警务射击同样存在协作，只不过更加侧重于战术协作。虚拟警务射击能够突破空间局限性，既可以在同一区域内完成警组战术动作训练、火力部署指挥训练、警情模拟演练等科目，也可以通过互联虚拟警务射击局域网完成跨域联动联勤训练、跨域战术支援训练等科目，拓展了训练科目宽度和深度的同时，也为解决警务实践中训练与工作间的冲突、教与学间的冲突提供了思路。

（四）虚拟警务射击的即时交流交互

虚拟现实技术支持的会话，有别于一般的即时通讯途径，创新点就是基于现有跨时空通讯条件下，能够实现同空间沟通交流，即会话双方借助虚拟现实技术进入虚拟的模拟空间，开展零距离面对面的交流互动。[2]虚拟警务射击中开展诸如战术手语、摩斯密码信息传递、面部表情信号表达等静肃状态下的沟通训练具有极大的优势。

三、虚拟警务射击的优势

（一）反馈价值

虚拟警务射击训练系统的反馈功能体现在两个层面：一是训练全程记录。系统会记录警员训练的全过程，便于参训警员不断地进行自我纠正和总结，使自己具备在法律的范围内合理使用武力等级进行对抗的能力。而且数据库中的训练数据能够客观地反映参训警员的训练情况，系统根据选择的训练科目进行数据展现和报表生成，从而研判参训警员的训练效果。此外，这些训练数据指标还能对每一名队员的能力进行精准定位，为组建处置行动小组和分配任务提供可供参考的数据支撑。二是自动化考核评估。自动化考核评估是虚拟警务射击训练的重要组成部分，从某种程度上讲，考核标准和指标体系是否科学规范直接关乎训练的成效。首先运用摄像技术、云存储技术和数据分析技术把参训警员的训练过程转化为数据信息。然后将数据存储在平台数据库后，系统对这些数据进行转化和处理，与事先输入系统内设置的合理考核评价数据进行对比，以报表的形式呈现训练效果。最后运用大数据技术对数据库中存储的各项指标进行定量分析，结合分析结果动态优化调整训练考核评价体系，使之更加完善，从而更加科学地指导警员训练。

（二）安全价值

警务射击存在很大的安全隐患，尤其是在对抗训练过程中，很容易因为人员枪支操作不当导致安全事故的发生，比如枪口不经意间指向非射击区域或人群，当然也有可能因为枪支或子弹本身的质量问题导致安全事故的发生，比如出现炸膛、跳弹等，这些现实问题直接影响着训练的实际效果。运用虚拟现实技术开展警务射击能够很好地避免因枪弹故障或操作问题引发的安全隐患，一方面虚拟警务射击场地一般都会采用隔音棉进行墙体包装，防止过于沉浸虚拟场景而受到外界物理伤害。另一方面虚拟警务射击所选用的设备也具有保护功能，比如VR眼镜一般选用透明材质，方便视线观察实物，便携式数据衣具有红外线感应功能和力反馈功能，当受训者即将接近物理体时，系统会自动发出提示警报，便携式数据衣也会自动产生力反馈提醒。

（三）实战价值

虚拟警务射击训练源于现实射击训练，而又高于现实射击训练。自公安部提出警务实战化以来，各省、市级公安机关纷纷以实战为引领开展警务训练，无论怎么贴近实战开展模拟训练都很难像临战一样，虚拟现实技术的出现，为警务实战化训练找到了契机，尤其是开展警情处置预案的仿真推演，具体是指为了更好地处置涉枪类突发应急事件，在前期现场勘查的基础上，合理地部署警力资源，通过推演多种可能性以寻找最优化的事件处置办法的过程。该虚拟警务射击训练要求参训警员以指挥员的身份进入虚拟场景，负责整个虚拟涉枪类警情的指挥工作，并根据推演进程适当调整警力资源、处置方式、行动时机等，通过智能人机交互界面掌握计划执行情况，不断优化处置方案、熟悉处置进程和预测处置结果。随后系统会根据参训警员最终输入的预案指令，自动化开展仿真推演。

四、虚拟警务射击的应用构想

（一）初级虚拟警务基础射击训练

警员们除了进行长期的实弹训练以外，还应当掌握相关的射击基础知识和基本原理。由于理论的高度概括性和抽象性等特征，参训警员掌握这些知识和原理具有一定的难度。因此，可以借助虚拟现实技术把抽象的射击知识和原理具体化、可视化。

第一，利用VR眼镜、数据手套和触觉反馈手套可以开展对虚拟枪支的分解与结合训练，有利于对枪支构造进行精细化研究。现实中的枪支分解与结合教学在内容方面仅仅停留在枪支的不完全分解结合练习，不利于警员深入研究练习，借助虚拟现实技术的交互性和沉浸性特点刚好能够弥补传统教学的缺陷。运用VR眼镜可以看到三维化的各种类型枪支的参数，数据手套可以在虚拟场景中还原人的手部动作，触手可以实现人与虚拟枪支的交互。参训警员通过佩戴 VR眼镜和数据手套，根据系统的语音操作提示，利用触觉反馈手套对虚拟的枪支进行重复性完全分解与结合练习，直至掌握相关技能为止。

第二，借助VR眼镜观看射击发射原理。传统射击教学中教授射击发射原理时，往往会结合二维化的动态击发图辅助教学，这种教学方式在直观性上有些差强人意。通过计算机构建立体化、3D的枪支模型，近距离多角度观看枪弹发射全过程，直接观察到枪支膛内的击发过程，比如扣动扳机、击发杠杆转动、击锤击打击针、击针撞击子弹底火、子弹沿着膛线发射时枪膛内气体压力的变化与子弹运行速度的关系等，加深对武器全自动和半自动工作原理的理解和认知。

第三，通过可视化投影展示可以深入地了解弹道学相关知识。计算机系统可以精确地记录子弹的运行轨迹，参训警员通过轨迹回放能直观地观察瞄准区域和命中区域的关系、弹道高和距离之间的关系、命中率和综合因素（风速、风向、阳光、湿度、气压等）之间的关系，从而自觉地微调整射击动作和瞄准区域范围，提高射击的命中率，为实战部门狙击手的培养创造条件。

（二）中级虚拟警务战术射击训练

虚拟警务战术射击训练侧重于培养参训警员在移动中命中目标的能力，比如首发命中射击、抵近快速射击、持枪移动转体射击、持枪搜索、掩体应用射击等等。参训警员通过虚拟现实设备实现与虚拟环境中构建的虚拟人进行人-机交互，完成诸如巷战配合、进攻掩护、撤退掩护、迂回包抄、手语交流等战术射击训练科目。

以建筑物搜索战术为例，数据库搭建三层楼房场景和构建两个虚拟警员，参训警员根据系统分配的行动编组和角色任务，从系统武器列表中选择合适的警械武器，然后穿戴便携式设备后进入指定的虚拟警情，与另外两个虚拟警员汇合。楼道推进时采取三人小组队形，左侧民警警戒楼道的右前方，右侧民警则监视楼道左前方，后卫则警戒楼道的后方。在拐角搜索时，遵循最小暴露身体和最大视域范围的原则，采用枪口切角战术，综合考虑与墙体的距离、身体的扭转角度、合理的射击姿势等因素。破门搜索时，破门队员踹门后立即呈掩护姿势，左右两队员分别持枪交叉进入房间，并对潜在的危险位置逐一排查。系统记录参训警员的警务战术射击演示全过程，并对训练数据进行处理和分析，最终把评析结果反馈给参训警员，便于参训警员修改战术行动方案和更正错误的战术动作。

（三）高级虚拟警务综合射击训练

百发百中的命中率并不是警员射击训练的终极目标，如何在实战中依法合理地使用枪支成功处置警情才是警务射击实战化训练的目的。临战状态下使用枪支，往往会在开枪前出现犹豫心理，在开枪后会出现担心开枪对错与否的焦虑心态，因此，应用虚拟现实技术开展高级虚拟警务综合射击训练，让参训警员在搭建的多种虚拟警情中判明开枪的情形和时机，摆脱临战心理障碍，依法合理有效地使用枪支处置警情。

开展高级虚拟警务综合射击训练，不可避免地要涉及虚拟警情的内容建设。首先，从战术技能教学目标和实战化教学内容出发，选择有代表性的案例，尽可能地贴近实战要求再现执法环境。其次，将筛选出的经典案例改编成“模拟实战剧本”，通过合理修改设计，改编故事发生的时间、地点、人物、事件等因素。[3]最后，根据“剧本”需要，构建出具有代表性的街区建筑群和场地场景，为人-机互动虚拟警务综合射击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。此外，还要参照当前法律法规和规范化执法程序的要求，参考公安部制作的全国公安机关规范执法视频演示片，制定出符合执法规范程序和现场紧急处置流程的评估标准。

五、虚拟警务射击的训练流程

（一）训练准备阶段

设备管理员或者组训教师使用导调管控系统打开全部虚拟警务射击设备的开关，并根据参训警员的训练科目，从云端数据库中调出相应的训练方案及数据，剧情生成软件按照训练方案搭建符合训练要求的虚拟警情、设定虚拟场所的社会和人文环境、提供模拟装备、发布训练任务。参训警员穿戴好虚拟现实交互设备，比如虚拟现实头显、力反馈震动马甲、数据背包和数据手套，选择相应的虚拟警用装备，然后对训练装备进行开机、软件启动、数据初始化，并测试通讯网络环境及训练装备的工作状态，确保交互设备和导调管控系统的成功连接，待连接成功后，进入相应的虚拟场景中等待训练开始的指令。

（二）训练实施阶段

参训特警依托虚拟现实设备进入特定警情中，根据训练任务和自身需求开展诸如初级虚拟警务基础射击训练、中级虚拟警务战术射击训练和高级虚拟警务综合射击训练，设备管理人员或组训教师使用导调管控系统中的系统监测功能和训练监控功能实时监视整个训练过程，根据实际需要管理控制虚拟警务射击训练系统的中断或继续。训练操作评估系统实时记录收集参训警员的训练数据，直至完成所有的训练科目为止。

（三）综合考核评估阶段

操作评估模块会结合本身嵌入的指标清单和评价标准，对参训警员的训练情况进行量化，并出具相应的评估结果报告和训练建议报告，从而实现虚拟警务射击训练考核评估的自动化。教师、教官或其他专业人员可以使用回放功能对训练过程进行人工讲评，找出训练中参训警员的不足之处，以便参训警员矫正自己的训练方式或变更自己的训练方向。最后系统会将考核评估的数据上传至云端数据库，以供存档查阅。训练结束后，设备管理人员将所有的训练装备进行关机，并将训练装备归整到位，以备下次训练使用。

虚拟现实技术以及混合现实技术应用于警务射击训练中具有非常广阔的前景，但是以目前的行业标准、技术手段仍然难以达到理想效果，虚拟警务射击训练的技术程序还有待完善和优化，虚拟警务射击训练系统的集成化研究和各分要素的融合性研究还有待深入，建成一体化的虚拟警务射击体系仍需假以时日。此外，虽然虚拟仿真训练具有极大的优势，但是仍然不能替代现实训练，要兼顾虚拟仿真训练和日常基础训练的关系。只有将现实训练和虚拟训练有机结合起来，二者相辅相成、互为补充，才能使警务训练无限接近实战化。