VR虚拟现实技术与CQB近距离战斗教学融合的研究_方佳豪.pdf

58 引言警察的武力使用来源于国家赋予警察使用强制手段的权利，而警察的武力使用能力 则来源于学习与训练。目前由于警务教官人才不足、警务实战训练设施不完善、训练时长相对不足等原因，使得基层民警很难在兼顾工作的同时培养武力使用的判定决策思维和 CQB 的综合应用能力。虚拟现实技术的出现，为警务实战训练提供了新思路即结合 VR 虚拟现实技术和 CQB 近距离战斗教学，通过创建虚拟警情和环境，辅助警察进行科学性和针对性的虚拟仿真训练。一、VR 虚拟现实技术的概述VR（virtual reality），中文名称虚拟现实技术，是以计算机图形系统为基础，辅以各种显像和控制终端等各类硬件设备，加之利用人机交互技术、虚拟现实构建技术等技术，在计算上生成的可供交互的 3D 虚拟世界的前沿技术。1虚拟现实的关键技术主要包括：动态环境建模技术，实时三维图形生成技术，立体显示和传感器技术，应用系统开发工具，系统集成技术等。通过“虚拟”二字可以得知，其所生成的世界或环境是非真实存在的，是存在于计算机内部由人工所构造出来的。2用户可以通过专门的 VR 头盔或 VR 眼镜进入预先构造好的虚拟世界，通过触摸、移动等行为与虚拟世界进行交互，从而产生用户在现实环境中活动的“错觉”。在此基础上 VR 技术拥有以下特性：（一）交互性。交互性指用户对所模拟的环境内物体的可操控程度和从环境中得到反馈的自然程度。3用户利用数据手套，遥感装置等交互设备，通过计算机系统预先设计好的交互逻辑框架，使虚拟世界中的人或物的状态或属性发生改变，4用户在现实环境中产生了必要的行为动作后，计算机通过数据手套、遥感装置等交互设备接收到人向计算机输入的信息后便会在虚拟环境中将预先设定好的相应行为动作展示出来，向使用者反馈信息。如：用户在现实环境中做出拍打篮球的动作，虚拟世界中击打篮球时，篮球会因为受到力的影响而产生弹性形变，发生物理形态上的变化。（二）沉浸性。这是 VR 技术在众多技术中脱颖而出的最大特点。VR 头盔或 VR 眼镜等设备通过对用户的视觉、听觉、触觉、运动感知等进行封闭，再通过计算机模拟实时生成的虚拟图像、效果声音以及配套硬件产生的物理质感进行替换。5由于人类最主要的感知是来自于视觉、听觉、触觉，当这些主观感觉被替换为计算机生成的虚拟实时感觉时，用户就产生了身临其境的感觉，具有极强的沉浸式体验。（三）想象性。在 VR 这个虚拟的世界里，6用户可以动用自己的想象力，让思维在虚拟世界广州市公安管理干部学院学报2023 年第 1 期 NO.1，2023 Journal of Guangzhou Police College 总第 127 期 Sum127VR虚拟现实技术与CQB近距离战斗教学融合的研究方佳豪 梁君瑜 包泽盛 内容摘要：随着虚拟现实技术（VR 技术）的发展与成熟，虚拟现实技术（VR 技术）也在不断被应用于各个领域。为了探寻新型教学模式，提高教学效果，本课题小组将在本文对虚拟现实技术以及 CQB距离战斗进行介绍，着重研究将虚拟现实技术与 CQB 近距离战斗融合并应用于教学中的可行性，致力于为公安院校学生以及警务人员提供一种具集真实性、便利性等优势为一体的全新教学模式。关键词：VR 虚拟现实技术 CQB 近距离战斗 教学模式 作者简介：方佳豪、梁君瑜、包泽盛，广东警官学院警务指挥战术系。59 方佳豪 梁君瑜 包泽盛：VR 虚拟现实技术与 CQB 近距离战斗教学融合的研究自由发散，进而拓宽人类认知范围。而开发者不仅可再现真实存在的环境，也可以任意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境，从而提高自己对某些事物的客观认识，增加趣味性。如电影 头号玩家反映了对虚拟世界的遐想和探索，强调虚拟现实技术应具有广阔的可想象空间。这一特性正是现代教育事业所需要的，有助于学生发散思维，增强创造力。(四)多感知性。指 VR 设备能够为用户提供除了一般计算机具有的视觉感知外还能为用户带来听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至是嗅觉感知，在该技术下的虚拟世界拥有现实世界能够为用户提供一样丰富的感知，但目前因为技术受限，部分感知无法完全复刻。目前，VR 技术已经成为国内外研究机构的研究热点之一。美国作为 VR 技术的发祥地，其研究水平一定程度上代表国际VR技术的发展水平。美国的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面；7美国的 NASA 公司已经建立航空、卫星维护 VR 训练系统，且已经建立了可供全国使用的 VR 教育系统。英国则是侧重投入处理、辅助设备设计及应用研究方面的研究，英国的 windustrues 公司更是在可视化领域处于领先位置。日本主打研究建立大规模 VR 知识库，同时也发扬其在游戏方面的优势，其在 VR技术于游戏的融合方面处于优势地位，同时日本奈良尖端技术研究生院于 2004 年在嗅觉研究领域有了重大突破，该项研究可以做到模拟释放真实的水果香味。而我国由于 VR 技术起步较晚，相较于发达国家处于追赶状态，但也有了一定进展。2008 年北京航空航天大学虚拟现实重点实验室落成；浙江大学 CAD 国家重点实验室于 1989 年开始建设，1990 年对外开放，1992 年建成并通过国家验收，实验室主要从事计算机辅助设计、计算机图形学的基础理论、算法及其相关的应用研究；成都电子科技大学于 2016 年建立了电子与通讯系统虚拟仿真实验教学中心，并通过国家教育部专家的验收审核。二、CQB 近距离战斗的概述CQB（close quarter battle），即近距离作战或者狭窄空间内的战斗。早期主要是军方或者反恐部队等特勤单位为执行格杀、破坏、逮捕或拯救人质等任务逐渐总结提出的一整套战术模式和体系。主要包括人员配比、战术武器装备的配备、战术射击、战术格斗、战术队形、走位、通信和其他先进电子器材的应用以及目标清除等。警察使用 CQB 的提出是鉴于行动环境主要是在城市中各类建筑环境，执法对象主要是极端恐怖分子、宗教极端分子或其他持械不法分子，以致于警察在日常执法和实战过程中与不法分子近距离作战的几率大大增加，伤亡率也远超其他类型警务行动；尤其是在警员突入房门后的门口扇形区域，因为是双方火力交叉范围，8被称为“死亡漏斗”，危险系数极高。CQB 战术体系9的创始人是英国人威廉费尔贝恩，威廉费尔贝恩 20 世纪在上海租界担任巡捕期间遭遇千余次近距离战斗，五卅惨案爆发后，他奉命建立了一支特别小分队应对突发情况，这也是现代特警的雏形，他所提出的“Defendu”战术体系，最早系统地提出了近距离格斗和作战理念。后来费尔贝恩本人在英军工作时，用他的体系训练了世界特种部队鼻祖之一的“英国突击队”并取得了成效，而后美国陆军军官雷克斯阿普尔盖特将其完善后，就形成了基础 CQB 体系。二战时期，英国突击队、美国战略情报局（OSS）特工、特种空勤局（SAS）等特种作战人员于敌占区后方多次活动，在这些活动中广泛使用近距离战斗技巧。多次实战部队的使用和总结下，成体系的 CQB 训练方法逐渐在各国特种部队孕育成熟，逐步形成今日所知的 CQB 体系。一般特勤单位会依任务特性将人员做适当的编组，如：攻击、机动、狙击、破障、封锁等等。攻击组是整个执行 CQB 作战的核心成员，也是决定任务成功与否的关键所在，所以攻击组大多是整个特勤单位的精锐所组成。攻击组以两个人为最小单位，以六个人为一组最为合适，依任务需要可同时出动数组攻击组。机动组负责攻击组伤亡的替补、接手监控攻击组所逮捕的疑犯或其他需要人员补缺的情况直至制服警察接手为止。狙击组由特勤队中枪法精湛而且经验丰富的队员担任，负责监视现场环境。并随时与攻击组指挥官及任务指挥官保持联系，以便由需要时立即作出火力支援及现场监控，并视情况运用手中的武器限制疑犯的活动空间。通常执行一个任务都会有两组以上的狙击 60 方佳豪 梁君瑜 包泽盛：VR 虚拟现实技术与 CQB 近距离战斗教学融合的研究组占领制高点（即现场较高的建筑物或其他有利地点，方便监察现场环境），负责担任现场狙击的任务。每个狙击组大多由两人组成，一名是射手，负责狙击；一名为副射手，负责掩护、警戒、射程及疑犯位置等情报的提供、射手的伤亡替补等等。破障组负责扫除妨碍行动路线的障碍物，如墙、上锁的门、铁闸铁网等等。除个人装备及枪械外，另外并配备撞门锤、破门枪、电锯、炸药等破坏工具。在中国共产党的正确领导下，我国国内总体安全情况趋于稳定，恐怖活动等数量锐减，但另一方面，由于时代的影响，因经济、感情纠纷引起的人质劫持事件屡见不鲜，狭小空间内的暴力伤警也时有发生。10面对越来越复杂的执法环境，普通民警越来越需要有室内近距离战斗的能力，CQB 训练不再只是特种力量的专属科目，而要惠及到除特警外的其他一线警察。三、VR 虚拟现实技术与 CQB 近距离战斗融合可行性分析（一）VR 技术与 CQB 训练融合的特性1.真实性。虽然国内针对于 CQB 战术有系统性的进行训练，但由于条件有限、教育资源不均匀、教官训练方法不一、训练中遵循安全第一原则等因素限制，导致无法有效进行房间突入、掩体利用、攻击歹徒等训练，而VR技术基于我们的视觉、听觉、触觉等感官，由计算机产生无限趋近于现实的三维立体图像11，通过佩戴显示器12、各部位传感部件、手持枪械武器等交互设备，仿佛置身于真实的客观世界中，再通过构建一套完整的CQB 战术训练场景以及引入 AI 控制的歹徒角色，可以极大提升我们整个 CQB 战术训练的真实性。2.便利性。在 CQB 战术训练传统教学模式下，组织一场 CQB 战术训练不仅需要一定的场地、装备以及道具，还需要花费大量的时间以及规划各人员之间的协同，更需要花费大量人力物力；而通过构建 VR 技术下的 CQB 城市战术训练系统，我们可以做到极大程度节约传统教学所需的资源，只需一个合适的场地以及技术人员、战术教官即可对参训学员进行训练，若是因疫情原因无法进行现场教学的情况下，甚至可以通过邮寄VR设备，达到“居家教学”的效果。3.透明性。在 CQB 战术训练传统教学模式下，从宏观角度来看，战术教官很难去评估每个训练学员在训练中的身体状态和心理状态是否达到训练目标，13从微观角度来看，战术教官很难记录每个训练学员在训练中的战术动作和训练要点，而通过构建 VR 技术下的 CQB 城市战术训练系统，其数据统计系统会通过每个训练学员所佩戴的显示器、各部位传感部件、手持枪械武器等的交互设备，会将对应的各类数据汇总到每个训练学员的专属数据库，使整个 CQB 战术训练的过程更加透明。教官可以通过数据分析针对每个人做出相应的纠错和评价。4.自由性。在 CQB 战术训练的传统教学中，大部分训练学员只会使用较为保守的战术动作或攻击对策；而利用 VR 构建的 CQB 战术训练场景中，深度还原了现场情况，在此条件下每个训练学员都会展现出不同反应和理解，通过这样来训练学员的临场反应和随机应变能力以及思维跳跃能力，其突出自由性。(二）VR 技术与 CQB 训练融合的发展优势现阶段 VR 技术在应用上包括游戏领域、教育领域，旅游观光领域等领域都属于起步阶段，存在极大的发展空间。企业在竟相争夺 VR 技术的应用市场积极拓宽 VR 技术的应用领域以提高自身的竞争力，同时国内各大 VR 实验室的发展也欣欣向荣。VR技术的发展融合应用有如下优势：1.VR 技术发展态势良好，设备更新迭代。随着 VR 技术的突破，VR 眼镜、VR 头盔等基础交互设备生产费用也随之降低，使得 VR 技术应用的准入门槛有所降低，降低了企业应用 VR 技术的成本，降低了用户使用VR相关设备的身体负荷，同时也为企业研究 VR 技术的应用提供驱动力，形成了良性循环。2.国家政策的大力扶持。从国家的863计划、973 计划提出对信息技术的全面发展到 2016 年国务院印发的 “十三五”国家信息化规划 明确指出：强化战略性前沿技术超前布局。立足国情对虚拟现实技术基础研发和前沿布局，再到 2021 年 5 月关于开展出版业科技于标准创新示范项目试点工作的通知发布中提到重点聚焦虚拟现实和增强现实等技术的创新研