虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）等，被稱為“XR”，這些技術(shù)已經(jīng)具備了民轉(zhuǎn)軍的條件。2019年11月底，洛克希德馬丁公司官網(wǎng)發(fā)布了名為“在2020年將有三項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于軍事訓(xùn)練”的文章。文中指出在游戲中的使用的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟度、質(zhì)量和價(jià)格已經(jīng)具備了在軍事領(lǐng)域推廣應(yīng)用的條件。三項(xiàng)即將投入軍事應(yīng)用的技術(shù)是：

1．增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)＋按需培訓(xùn)

美國洛馬公司提供的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)＋按需培訓(xùn)視頻（美國洛馬公司）就像網(wǎng)購、外賣食品、最新電影這些都可以按需交付。軍事訓(xùn)練領(lǐng)域也沿著這條路在發(fā)展任務(wù)訓(xùn)練技術(shù)。仿真與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡相結(jié)合，提供了對武器裝備維護(hù)保障訓(xùn)練的新手段。最近，美國洛馬公司與美海軍陸戰(zhàn)隊(duì)合作對新的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的裝備維護(hù)訓(xùn)練進(jìn)行了評估。

2．虛擬現(xiàn)實(shí)＋多域培訓(xùn)

美國洛馬公司提供的虛擬現(xiàn)實(shí)＋多域培訓(xùn)視頻（美國洛馬公司）在多域戰(zhàn)場中，系統(tǒng)是相互連接和集成的。2020年，F(xiàn)－35 Lightning II模擬器將與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以提供“隨戰(zhàn)而動”的虛擬環(huán)境。隨著澳大利亞運(yùn)營F－35機(jī)隊(duì)，該國正在構(gòu)建其最大的網(wǎng)絡(luò)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。愿景是將地面模擬器與飛行中的飛機(jī)以及虛擬的友好或敵對力量集成，使訓(xùn)練環(huán)境更真實(shí)。

3．混合現(xiàn)實(shí)＋交鑰匙培訓(xùn)

美國洛馬公司提供的混合現(xiàn)實(shí)＋交鑰匙培訓(xùn)視頻（美國洛馬公司）軍事訓(xùn)練主要是以人為核心的，而不僅僅是技術(shù)。傳統(tǒng)方法側(cè)重于提供訓(xùn)練工具和設(shè)備。如今，外軍正在采用更具創(chuàng)新性的方法來提供高效的學(xué)習(xí)方法。交鑰匙式訓(xùn)練計(jì)劃提供了一套包括實(shí)裝、模擬器、訓(xùn)練計(jì)劃、訓(xùn)練課件、教員等在內(nèi)的解決方案，快速增加學(xué)員技能，縮短訓(xùn)練時(shí)間，降低訓(xùn)練成本。澳大利亞、加拿大、英國和新加坡都采用了這種模式。這種模式還可以集成新興技術(shù)，例如混合現(xiàn)實(shí)結(jié)合了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)的優(yōu)點(diǎn)。通過合并現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界，讓物理和數(shù)字域可以共存并實(shí)時(shí)交互。

一、“飛行員未來訓(xùn)練”（PTN）計(jì)劃簡介飛行員未來訓(xùn)練（Pilot Training Next，PTN）是美空軍教育和訓(xùn)練司令部（AETC）新訓(xùn)練計(jì)劃的一部分，目標(biāo)是“重新想象”如何用新技術(shù)訓(xùn)練飛行員，提高訓(xùn)練效果并縮短訓(xùn)練周期，根據(jù)訓(xùn)練效果而不是訓(xùn)練時(shí)間來決定學(xué)員是否能畢業(yè)。該計(jì)劃將VR與傳統(tǒng)訓(xùn)練方式結(jié)合使用，為學(xué)員提供了補(bǔ)充訓(xùn)練，并取代了多達(dá)80個(gè)T－6初級教練機(jī)飛行小時(shí)。PTN將依靠多種新技術(shù)，包括虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、先進(jìn)的生物識別技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析，為學(xué)員提供了在以學(xué)員為中心的合作環(huán)境中學(xué)習(xí)的機(jī)會。據(jù)AETC官員稱，教員鼓勵(lì)他們盡可能在課外使用他們的系統(tǒng)。

學(xué)員使用VIVE眼鏡訓(xùn)練（美空軍圖片）

PTN使用商業(yè)模擬飛行軟件，如X－Plane和洛馬公司的Prepar3D。這些成熟的商用軟件可以模擬數(shù)十甚至數(shù)百種不同的民用和軍用飛機(jī)，從T－6教練機(jī)到C－130運(yùn)輸機(jī)、H－60直升機(jī)，甚至是F－35戰(zhàn)斗機(jī)。在PTN中使用虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡、仿真軟件和新學(xué)習(xí)理論等技術(shù)對飛行員訓(xùn)練進(jìn)行現(xiàn)代化優(yōu)化后，的確加訓(xùn)練快流程。學(xué)員們戴著HTC VIVE Pro頭戴式VR眼鏡（含耳機(jī)）除了能從眼鏡中看的虛擬環(huán)境外，看不見其它內(nèi)容，同時(shí)能聽到模擬出來的環(huán)境聲音，就好像他們實(shí)際上是在駕駛艙內(nèi)一樣。HTC VIVE Pro頭戴式VR眼鏡具有最佳分辨率，使用了發(fā)光二極管顯示屏。但是它還沒有達(dá)到理想的“眼球分辨率”，仍然有些細(xì)節(jié)比學(xué)員想要看到的要模糊一些。學(xué)員仍然需要做以前在傳統(tǒng)訓(xùn)練中做過的許多事情。例如，當(dāng)降落傘在地面上被拖曳時(shí)，他們?nèi)詫⒔邮茏枇τ?xùn)練以學(xué)習(xí)如何斷開降落傘的連接；仍然需要進(jìn)入高壓氧艙，在受控環(huán)境中會經(jīng)歷缺氧或血液中缺氧的情況。

PTN學(xué)員按照傳統(tǒng)訓(xùn)練模式開展保留科目的訓(xùn)練（美軍圖片）

二、PTN計(jì)劃發(fā)展過程

第一期PTN 于2018年2月開始，共有20名飛行學(xué)員參加，其中包括15名軍官和5名沒有大學(xué)學(xué)位的飛行學(xué)員。2018年8月，24周課程結(jié)束，共184個(gè)學(xué)時(shí)，其中T－6基礎(chǔ)教練機(jī)飛行約有70到80個(gè)飛行小時(shí)，在模擬器中約有80到90個(gè)小時(shí)的正式飛行訓(xùn)練（不包括學(xué)生自己進(jìn)行的訓(xùn)練）。第一期共有13名學(xué)員順利畢業(yè)，通常飛行員培訓(xùn)需要一年的時(shí)間。在傳統(tǒng)的飛行員訓(xùn)練方式中，學(xué)員每天在模擬器和飛行教練機(jī)平均飛行0．5架次。而在PTN中，學(xué)員訓(xùn)練另一方面，接下來的學(xué)生平均每天要出動兩次。

T－6基礎(chǔ)教練機(jī)（美空軍圖片）

第二期PTN于2019年1月開始，共有20名飛行學(xué)員參加，其中包括10名現(xiàn)役空軍軍官，2名空軍國民警衛(wèi)隊(duì)軍官，2名美海軍軍官，6名英國皇家空軍人員。在第二期中，有14人在2019年8月畢業(yè)，其中1人需要接受進(jìn)一步訓(xùn)練后在9月畢業(yè)，還有5人未完成該計(jì)劃。該批畢業(yè)生將繼續(xù)駕駛各種戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、特種作戰(zhàn)飛機(jī)。在14名畢業(yè)生中，有7名畢業(yè)生被分配到戰(zhàn)斗機(jī)部隊(duì)（4名在美國空軍、2名在美國海軍、1名在皇家空軍），3名被分配到空軍機(jī)動部隊(duì)，3名被分配給空軍特種作戰(zhàn)部隊(duì)，1人被分配到轟炸機(jī)部隊(duì)。有消息稱，海軍飛行員被選中駕駛T－45“蒼鷹”高級教練機(jī)，而皇家空軍的畢業(yè)生將駕駛“臺風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)。

第二期PTN畢業(yè)生（美軍圖片）

在第二期課程開始之前，20名中的8名加入了相對于第一期額外加入的沉浸式訓(xùn)練設(shè)備（immersive training devices， ITD）遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)計(jì)劃，學(xué)員可以充分使用相關(guān)的學(xué)習(xí)材料和人工智能技術(shù)用于支持開展訓(xùn)練。在正式課程開始時(shí)，提前加入的學(xué)生對ITD的功能、T－6飛機(jī)的基本操作和儀表有了更深入的了解。其中2名搶先體驗(yàn)的學(xué)生也是最終第一個(gè)完成飛行訓(xùn)練的學(xué)生。

PTN訓(xùn)練場景（美軍圖片）

第三期PTN將于2020年1月開始，計(jì)劃將加入數(shù)字地圖導(dǎo)航、傳感器使用、空空及空面任務(wù)的初始訓(xùn)練，方便學(xué)員未來向正規(guī)部隊(duì)過渡。在第三期，將充分總結(jié)從前兩期中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。第二期證明了像人工智能這樣的新興技術(shù)對于飛行員訓(xùn)練的價(jià)值，以及學(xué)員盡早使用ITD帶來的好處。鑒于前兩期PTN的成果，AETC決定從2019年5月31日開始將正式將飛行員訓(xùn)練的創(chuàng)新內(nèi)容整合到本科飛行員訓(xùn)練課程中。

三、新技術(shù)對訓(xùn)練的影響

1．使用人工智能提升效率

在第一期PTN結(jié)束后，開發(fā)出了一款名為“VIPER”的AI飛行教員。該工具對于個(gè)性化訓(xùn)練和讓學(xué)員能持續(xù)使用訓(xùn)練環(huán)境起到了至關(guān)重要的作用。憑借先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和相關(guān)的人工智能算法分析實(shí)時(shí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，提高或降低速度和復(fù)雜性，為持續(xù)改進(jìn)訓(xùn)練過程提供了直接和客觀的支撐，進(jìn)而可以優(yōu)化訓(xùn)練大綱。在PTN中還監(jiān)測學(xué)員的生物特征識別，使用人工智能分析來定制他們在面臨不同困難程度情況下如何有效地訓(xùn)練他們。學(xué)員在心臟附近佩戴監(jiān)測傳感器，可測量心率、呼吸頻率、脈搏和血壓，查看學(xué)員對任務(wù)的反應(yīng)程度。例如，它可以檢測當(dāng)前科目是否對學(xué)員過于簡單或困難。當(dāng)飛機(jī)單發(fā)失效或者任務(wù)臨時(shí)改變，或者遇到了惡劣天氣，敵方戰(zhàn)斗機(jī)或地空導(dǎo)彈來襲時(shí)學(xué)員心理的變化。在PTN中，有一些專業(yè)知識被存儲到計(jì)算機(jī)中，允許計(jì)算機(jī)用自動化的方式執(zhí)行一些完全客觀的過程，并用計(jì)算機(jī)對這些過程給出標(biāo)準(zhǔn)化的評估。這可以減少對教員的需求，增加對飛行員篩選的效率，但計(jì)算機(jī)教員不會代替人類。

2．給學(xué)員定制課程

在PTN中教員可以根據(jù)每個(gè)學(xué)員的特點(diǎn)為其量身定制訓(xùn)練課程，強(qiáng)調(diào)“個(gè)性化”學(xué)習(xí)。有些學(xué)員學(xué)習(xí)得更快，有些學(xué)習(xí)得慢，有些學(xué)員天生就擅長于某方面，但又缺乏其它技術(shù)，此時(shí)教員可以專注的解決學(xué)員的不足，避免浪費(fèi)時(shí)間去學(xué)習(xí)本已擅長的東西。PTN使用的模擬器已經(jīng)做到了小型化，且本地占用空間小，大部分內(nèi)容放在云端。這種云服務(wù)的方式也給了學(xué)員不受場地限制的便利，提供更多的動手時(shí)間，讓他們按照自己的節(jié)奏練習(xí)。學(xué)員可以在此過程中證明自己對某個(gè)方面的掌握和熟練程度，并在適當(dāng)?shù)那闆r下更換學(xué)習(xí)材料。但是，也需要重新評估對家用設(shè)備的需求。盡管AI可以查看學(xué)員在自己練習(xí)時(shí)是否養(yǎng)成不良習(xí)慣，并及時(shí)對其進(jìn)行糾正，但是學(xué)員們在家往往沒有充足時(shí)間或者足夠意愿去訓(xùn)練。

3．低成本的初始訓(xùn)練

使用新技術(shù)減少了學(xué)員訓(xùn)練時(shí)間和訓(xùn)練成本，同時(shí)又做到了不影響訓(xùn)練的效果。同時(shí)，為了最大化發(fā)揮出有限訓(xùn)練預(yù)算的作用，也需要將有一種高性價(jià)比的的解決方案。如果要提供更多數(shù)量的設(shè)備，則必須在保真度、觸感或解決方案的其他要素方面做出一些折衷，以實(shí)現(xiàn)較低的價(jià)格。每個(gè)VIVE眼鏡的成本都不到1000美元，再加上座椅、計(jì)算機(jī)、軟件、教員顯示屏、操縱桿、油門和其他設(shè)備，每個(gè)VR模擬器的費(fèi)用約為15000美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比傳統(tǒng)模擬器便宜。隨著在分辨率和視場顯示結(jié)合的進(jìn)步，頭戴式顯示技術(shù)將補(bǔ)充傳統(tǒng)訓(xùn)練系統(tǒng)。在某些情況下，這些利用“XR”技術(shù)的小型化、便攜式和可機(jī)動部署的訓(xùn)練系統(tǒng)將分擔(dān)當(dāng)前傳統(tǒng)訓(xùn)練系統(tǒng)（如全任務(wù)模擬器）上開展的一些訓(xùn)練任務(wù)，從而分擔(dān)了對這些高端的任務(wù)模擬器或者實(shí)裝的占用。

4．促進(jìn)LVC技術(shù)發(fā)展

目前，發(fā)達(dá)國家使用實(shí)況－虛擬－構(gòu)造仿真（LVC）技術(shù)來幫助其開展體系化對抗訓(xùn)練。在過去，實(shí)裝訓(xùn)練在培養(yǎng)戰(zhàn)斗力生成和戰(zhàn)備能力提升方面發(fā)揮了重要作用。近年來，由于仿真技術(shù)成熟，已將一些訓(xùn)練科目安排到虛擬環(huán)境中進(jìn)行。虛擬和構(gòu)造仿真將被更廣泛的使用，因?yàn)檫@種技術(shù)的費(fèi)效比具有顯著的優(yōu)勢。在“十四五”期間，隨著5G以及云計(jì)算、無線鏈路技術(shù)的改進(jìn)，將推動網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程及網(wǎng)絡(luò)安全的發(fā)展，仿真訓(xùn)練將會朝著整合實(shí)況－虛擬－構(gòu)造仿真的方向發(fā)展，而不是將每種視為孤立的訓(xùn)練技術(shù)。

L3公司的BBXR混合現(xiàn)實(shí)模擬器（美國L3哈里斯技術(shù)公司圖片）

四、小結(jié)

PTN計(jì)劃幫助飛行員訓(xùn)練向前邁出了重要的一步，這也很可能就是未來的空軍開展新飛行員初始訓(xùn)練的方式。新的訓(xùn)練方式從過去的集中訓(xùn)練在向基于云的分布式訓(xùn)練轉(zhuǎn)變；從以訓(xùn)練內(nèi)容為中心向以學(xué)員為中心轉(zhuǎn)變。虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練設(shè)備其在視景上有較高的代入感，在成本上比傳統(tǒng)模擬器便宜得多，在物理尺寸和應(yīng)用程序成熟度方面也有優(yōu)勢。但是在短期內(nèi)，“XR”訓(xùn)練方式不會取代現(xiàn)有的高端、高保真模擬器，只是對現(xiàn)有系統(tǒng)的一種補(bǔ)充，能夠提供額外的準(zhǔn)備和訓(xùn)練時(shí)間，加快知識轉(zhuǎn)移，以便在高端的模擬器中進(jìn)行更有針對性的訓(xùn)練。傳統(tǒng)高端模擬器在觸感和人機(jī)界面方面有優(yōu)勢，因此未來混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將物理座艙和虛擬視景結(jié)合，給飛行員觸感的反饋。但是，如今的VR模擬器也存在著分辨率不達(dá)標(biāo)，長時(shí)間使用會給學(xué)員帶來眩暈感的問題。（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  何曉驍）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所運(yùn) 營：李沅栩