馬駿濤，牛曉芳，祝 茜，周 娟，宋 欣，金 鈺

·部隊衛(wèi)生·

美軍利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行心理疾患防控對我軍的啟示

馬駿濤1，牛曉芳1，祝 茜1，周 娟1，宋 欣1，金 鈺2

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已在美軍各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，在心理應(yīng)激方面美軍主要應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行心理評估、卓越選拔、創(chuàng)傷心理干預(yù)、和參戰(zhàn)心理醫(yī)師培訓(xùn)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身還面臨大范圍多目標系統(tǒng)融合困難、“沉浸感”和“真實感”相矛盾、不合理應(yīng)用、技術(shù)瓶頸等問題。這為我軍廣泛應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行教學(xué)、訓(xùn)練、科研提供重要啟示。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)；美軍；心理疾患防控；啟示

據(jù)美國權(quán)威數(shù)據(jù)統(tǒng)計，美軍先后向伊拉克戰(zhàn)場和阿富汗戰(zhàn)場派遣135萬名士兵，其中93萬名士兵在服役期間至少患有一種或幾種心理精神疾病[1]，雖然患心理疾患的官兵比例較高，但戰(zhàn)后官兵心理疾患的診治和恢復(fù)能力卻好于以往，這一方面得益于美軍逐漸健全的心理保障體制，另一方面得益于虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)、模擬仿真等技術(shù)在參戰(zhàn)官兵心理保障中的應(yīng)用。

1 美軍VR技術(shù)應(yīng)用概況

VR技術(shù)是一種綜合計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)，以及人機交互技術(shù)等發(fā)展而來的一門新興技術(shù)[2]。因其具有沉浸感、想象力和交互性等特點[3]，近年來被美軍廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。美軍率先將其與圖形學(xué)、實時分布系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、心理學(xué)、控制學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域理論和技術(shù)相結(jié)合[3]，應(yīng)用于虛擬戰(zhàn)場環(huán)境、軍事訓(xùn)練和演習(xí)、武器系統(tǒng)設(shè)計和評估、參戰(zhàn)人員心理干預(yù)、參戰(zhàn)人員選拔等領(lǐng)域[4]。其中較為典型的應(yīng)用是美軍將VR技術(shù)與醫(yī)學(xué)心理學(xué)相結(jié)合，用于解決參戰(zhàn)官兵的心理疾患。在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭后，美軍官兵患創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、抑郁癥、自殺等1種或多種心理疾患的比例有所升高[1]，促使其加快應(yīng)用VR技術(shù)解決參戰(zhàn)人員的心理問題。

2 VR技術(shù)在美軍心理應(yīng)激防治中的應(yīng)用

2.1心理評估 美軍在選派、選拔人員參戰(zhàn)方面有完整的心理評估標準和體系[2]。引入VR技術(shù)后，進行心理評估不僅再局限于傳統(tǒng)量表填寫和計算機軟件等測試方法，利用VR系統(tǒng)使士兵處于逼真的模擬環(huán)境中進行測試評估，提升心理測評準確性的方法得到普遍應(yīng)用。如美軍已將“虛擬伊拉克”和“虛擬阿富汗”系統(tǒng)應(yīng)用于參戰(zhàn)士兵的心理評估[5]。此外美軍還研發(fā)出VR認知能力評估系統(tǒng)[6]，該系統(tǒng)能夠結(jié)合擬參戰(zhàn)人員在虛擬戰(zhàn)場所表現(xiàn)出來的技戰(zhàn)術(shù)動作、指揮及應(yīng)對突發(fā)事件所表現(xiàn)出的行為變化和生理變化，實現(xiàn)對復(fù)雜認知功能和任務(wù)完成能力的評估，用來預(yù)測受測士兵是否能夠順利完成任務(wù)，是否為戰(zhàn)爭導(dǎo)致心理疾患的易感人群，并據(jù)此給出綜合評估結(jié)論。

2.2卓越選拔 美軍應(yīng)用VR認知能力評估測試系統(tǒng)對特殊戰(zhàn)斗人員進行心理素質(zhì)方面的選拔。長期以來，美軍無人機飛行員由于不存在載人機飛行員執(zhí)行任務(wù)時所面臨的生命危險，其心理問題未受到足夠重視[7]，美國空軍賴特帕特森空軍基地就此開展無人機飛行員心理素質(zhì)卓越選拔的相關(guān)研究，并針對候選人醫(yī)學(xué)心理標準測試開發(fā)出了VR與推理分布式訓(xùn)練計算機評估系統(tǒng)。此外，美軍利用“虛擬伊拉克”“虛擬阿富汗”系統(tǒng)自定義創(chuàng)建虛擬戰(zhàn)爭事件，在部署戰(zhàn)斗任務(wù)前，先將士兵置身于虛擬戰(zhàn)斗場景中，通過一系列的儀器監(jiān)測官兵呼吸、代謝、循環(huán)系統(tǒng)的生理指標，用以評估士兵機體對特定戰(zhàn)斗事件的應(yīng)激適應(yīng)負荷從而預(yù)測應(yīng)激反應(yīng)的敏感指標[2]，并以此決定參戰(zhàn)士兵。

2.3創(chuàng)傷心理干預(yù) 美軍基于VR技術(shù)的心理干預(yù)工作已逐步開展，其中最具影響力的是VR軍人心理恢復(fù)訓(xùn)練計劃[8]，其核心是VR暴露療法[9]。該系統(tǒng)由若干交互式虛擬故事組成，士兵沉浸在虛擬戰(zhàn)爭環(huán)境中，虛擬環(huán)境又分為多個等級。當情緒沖突事件出現(xiàn)后，虛擬心理輔導(dǎo)員定格沖突場景，實時指導(dǎo)士兵調(diào)整情緒狀態(tài)，增強在戰(zhàn)場應(yīng)激條件下的情緒管理能力和應(yīng)對能力，降低過度應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。傳統(tǒng)的暴露療法要求創(chuàng)傷患者進行想象暴露，但許多患有心理疾患的士兵不愿進行想象暴露，甚至出現(xiàn)回避現(xiàn)象[10]。將VR與暴露療法結(jié)合，提供基于直觀感覺的情緒加工，不需強迫患者回憶創(chuàng)傷經(jīng)歷，而且可控制刺激的暴露強度，減少回避。迄今為止，美軍已研發(fā)出“越戰(zhàn)”“9·11事件”“虛擬伊拉克”“虛擬阿富汗”等VR系統(tǒng)用于士兵的創(chuàng)傷心理干預(yù)[11]。

2.4參戰(zhàn)心理醫(yī)師培訓(xùn) 美軍計劃在戰(zhàn)場上使用一個名為“Ahead 2000”的智能手機診斷APP，該APP由美國國防部與貝塞斯達的Brainscope公司合作開發(fā)，已通過FDA的審批，可用于醫(yī)師培訓(xùn)[12]。該APP運用VR建立虛擬患者(virtual patients，VP)，用于初級心理醫(yī)師的技能培訓(xùn)。目前VP系統(tǒng)設(shè)定了兩個虛擬患者，兩名 VP均設(shè)為士兵身份，以訓(xùn)練戰(zhàn)場心理醫(yī)師識別情緒低落或有自殺企圖的士兵。未來美軍還將在VP系統(tǒng)設(shè)置更多心理疾患樣本，用于訓(xùn)練心理治療師對參戰(zhàn)士兵的心理支持。

3 面臨的問題

3.1大范圍多目標復(fù)雜融合問題 大范圍多目標復(fù)雜融合是VR系統(tǒng)實現(xiàn)多人、多物、多環(huán)境聯(lián)合參訓(xùn)的必要條件，這其中涉及多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、分布式計算、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)接口開發(fā)、人機交互設(shè)計等關(guān)機技術(shù)的整合應(yīng)用，需要從系統(tǒng)工程的角度理解和攻關(guān)。除此之外，另一個影響多目標系統(tǒng)融合的因素是精確定位技術(shù)誤差大?，F(xiàn)有VR物理場所尚缺失精確空間定位技術(shù)支持[13]。綜合訓(xùn)練系統(tǒng)要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r確定各參訓(xùn)者在VR物理場所中的絕對空間位置并反饋給所有參訓(xùn)者和模擬訓(xùn)練服務(wù)器進行計算，這是小隊和分組協(xié)同訓(xùn)練必需的設(shè)計邏輯，否則VR系統(tǒng)就無法擺脫單人、單物、單環(huán)境的單一性局限。

3.2“沉浸感”和“真實感”矛盾 VR的一個重要衡量指標就是“沉浸感”，但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，“沉浸感”與“真實感”(即圖像的清晰度)相矛盾。提高畫面清晰度，圖像就更真實，但清晰度的提高會使畫面離人眼更遠，這就降低了VR的“沉浸感”；反之亦然。這主要歸因于屏幕分辨率受限，通常情況下，畫面離屏幕越近，畫質(zhì)的顆粒感越強，通過透鏡放大后畫質(zhì)顆粒感更加明顯，這造成人眼獲取的實景就更模糊；如果分辨率達不到一定程度，就無法解決這一問題。一般而言，若要達到“沉浸感”和“真實感”的平衡，至少需要4096×2160的像素分辨率，但目前市場上主流VR頭盔還不能到達到這一要求。

3.3眩暈和人眼疲勞問題 目前幾乎所有在售的 VR 產(chǎn)品都存在導(dǎo)致佩戴者眩暈和人眼疲勞的問題，該問題易導(dǎo)致頭暈、惡心、心悸等身體不適感[14]。眩暈和人眼疲勞被普遍認為是目前為止VR最迫切需要解決的問題，是現(xiàn)階段制約VR技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。主要由VR所帶來的“視覺輻輳調(diào)節(jié)沖突”導(dǎo)致的眼部疲勞所致[15]。體驗者佩帶超過15 min就明顯感覺不舒服，解決眩暈和人眼疲勞問題涉及整個VR技術(shù)體系的改良。一般認為眩暈和眼疲勞的耐受時間與VR畫面內(nèi)容有關(guān)，VR內(nèi)容的畫面過度越平緩，人的耐受時間越長。

3.4VR不合理應(yīng)用問題 VR技術(shù)的合理應(yīng)用雖然能夠有效緩解一些心理疾患癥狀，但對于一些本來就分不清幻想和現(xiàn)實的患者來說，VR所營造的虛擬環(huán)境有可能使他們產(chǎn)生更嚴重的精神問題，加重他們幻視、幻聽、幻嗅、幻觸、幻味等癥狀，甚至可能出現(xiàn)各種類型的妄想癥。

3.5核心技術(shù)遇瓶頸 雖然VR的技術(shù)發(fā)展已形成熱潮，但VR核心技術(shù)所遇的瓶頸不可忽視。①硬件瓶頸。VR所遇的硬件瓶頸主要包括計算硬件和顯示硬件兩類。VR對計算硬件要求較高，目前主流的CPU、GPU只能在有限程度上實現(xiàn)VR的計算[16]。在畫面顯示方面，VR通常要求顯示硬件要低于20 ms延時、75 Hz以上屏幕刷新率、1K陀螺儀刷新率，而目前主流TFT液晶顯示屏的延時均>20 ms，屏幕刷新率多為60 Hz[17]，還未達到顯示硬件的基本要求。②軟件瓶頸。圖像識別技術(shù)特別是復(fù)雜圖形、動態(tài)圖像、特殊場景(如雨雪黑夜)等的信息篩選、識別精確率較低，VR的實時三維建模需要以圖像識別技術(shù)為基礎(chǔ)，目前的圖像識別技術(shù)不能有效滿足需求。③數(shù)據(jù)瓶頸。現(xiàn)實環(huán)境中無差別圖像及視頻識別需要龐大的數(shù)據(jù)做支撐，如一個戰(zhàn)斗場景，需要地形地貌、人員配飾、武器裝備、天氣等各種數(shù)據(jù)，目前數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、分析均有需要解決的難題，僅海量數(shù)據(jù)的清洗、錄入就已經(jīng)是一項龐大的工作。

4 對我軍的啟示

4.1軍事虛擬仿真實驗室建設(shè) 與外軍相比我軍利用虛擬仿真實驗室進行教、訓(xùn)、研的水平差距較大。自2013年教育部批準的二批次200個虛擬仿真實驗室中，軍隊院校只有7個。軍人心理疾患方面的衛(wèi)勤虛擬仿真實驗室尚未建設(shè)。雖然軍隊院校和相關(guān)科研機構(gòu)也積極開展衛(wèi)勤模擬訓(xùn)練研究，研發(fā)和引進一系列VR和模擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，但總體而言，仍存在涉及領(lǐng)域內(nèi)容少，樣式單一，系統(tǒng)性能弱等不足，特別是在官兵心理應(yīng)激耐受評測、心理疾患康復(fù)、保持心理健康方面尤其薄弱。沉浸式虛擬仿真實驗室建設(shè)在系統(tǒng)適應(yīng)性、環(huán)境集成性、多系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性、人員參與程度等方面都有明顯優(yōu)勢。因此，應(yīng)用VR、增強現(xiàn)實、全息、模擬仿真等新技術(shù)盡快建立相關(guān)虛擬仿真實驗室并應(yīng)用于軍事訓(xùn)練和教學(xué)科研顯得極為迫切。

4.2特殊軍兵種VR應(yīng)用 空軍：據(jù)統(tǒng)計，從未參加過實戰(zhàn)的飛行員在首次執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時生存概率只有60%，而經(jīng)過了計算機虛擬對抗訓(xùn)練后，生存率可提升至90%以上[7]，其原因主要歸于真實戰(zhàn)場環(huán)境下心理應(yīng)激導(dǎo)致的技戰(zhàn)術(shù)動作和及時反應(yīng)能力下降。美國波音公司的固定分辨率視覺系統(tǒng)(CRVS)是該公司最新研發(fā)的用于飛行員訓(xùn)練的視覺顯示系統(tǒng)[18]，已經(jīng)被美軍應(yīng)用于高速噴氣飛機、旋翼飛機和地面服務(wù)培訓(xùn)，通過對真實環(huán)境的模擬，有效提升訓(xùn)練的沉浸感，提升心理應(yīng)激的耐受能力，從而提高飛行員的訓(xùn)練和作戰(zhàn)水平。

潛艇：潛艇內(nèi)部空間狹小，艙室全程封閉，不見陽光，不分晝夜，官兵無法與外界聯(lián)絡(luò)，再加之潛航時間長、內(nèi)部空氣污濁、任務(wù)隱蔽性強，面臨的海情、敵情相對復(fù)雜等特點[19-20]，要求潛艇官兵必須具備極強大的心理抗壓能力。如果心理素質(zhì)不過關(guān)，易形成焦躁、恐慌、憂郁等負面情緒，特別是在遭受暈船等身體反應(yīng)后，心理疾患更加難以避免。且在潛艇這種密閉空間中，負面情緒的傳染性和擴散性較快，一名官兵的恐慌、害怕情緒，很可能迅速蔓延至全艇官兵。雖然國內(nèi)外尚無VR技術(shù)應(yīng)用于潛艇官兵心理疾患防治的報道，VR也無法為改變潛艇環(huán)境提供更多支持，但VR能通過虛擬的環(huán)境對提高潛艇官兵人際關(guān)系、訓(xùn)練、演習(xí)、以及應(yīng)急事故的認知能力有一定幫助。

核化生武器防護：核化生武器屬大規(guī)模殺傷性武器，其戰(zhàn)場應(yīng)用會對敵方作戰(zhàn)人員造成極大的威懾和心理壓力，易造成官兵的心理疾患。在通常的核化生武器防護訓(xùn)練和演習(xí)過程中，很難對其武器效能和打擊范圍進行精準控制，越逼近真實戰(zhàn)場條件的演習(xí)和訓(xùn)練越易造成人員傷亡，這給參訓(xùn)人員也造成巨大的心理壓力，多次參訓(xùn)易造成官兵的心理疾患。此外，核化生衛(wèi)勤防護人員戰(zhàn)時技戰(zhàn)術(shù)動作是否能夠正常發(fā)揮對于防護效果有巨大影響，防護人員的心理刺激耐受能力直接影響其技戰(zhàn)術(shù)動作的發(fā)揮。VR輔以現(xiàn)代化綜合環(huán)境模擬輔助手段能夠有效構(gòu)建出逼真的教學(xué)、訓(xùn)練環(huán)境，大幅提高我軍核化生醫(yī)學(xué)救援、防護實戰(zhàn)化水平。因此，充分利用VR技術(shù)，實現(xiàn)核化生醫(yī)學(xué)衛(wèi)勤保障教學(xué)和訓(xùn)練勢在必行。

4.3加強虛擬仿真核心技術(shù)科研攻關(guān) 目前，VR仍面臨許多技術(shù)問題，其中最亟待解決問題為：①眩暈感。雖然有些研究人員提出在虛擬影像中添加一個鼻子的圖像，可能會使體驗者更好地適應(yīng)眩暈[21]，但此方法是否有效還有待大樣本試驗的驗證。一些高端設(shè)備廠商稱在一定程度上緩解了體驗者的眩暈感，但體驗者身體狀況、適應(yīng)能力的個體差異較大，一般人群仍會出現(xiàn)眩暈感。②屏幕刷新率技術(shù)門檻。要使VR畫面接近于現(xiàn)實的最低屏幕刷新率為120 Hz，主流VR頭盔的屏幕刷新率僅為60 Hz，還無法達到最低要求。提升屏幕刷新率會對芯片性能、功耗產(chǎn)生巨大壓力，因此其成為VR的技術(shù)門檻。③頭盔過于笨重。為了追求沉浸感，體驗者需佩帶數(shù)據(jù)頭盔，但VR頭盔笨重的外表，對頭部活動的限制使VR的體驗大大折扣。如何在裸眼狀態(tài)下減輕或消除體驗者的眩暈感，大幅提升VR硬件的技術(shù)水平和技術(shù)方法是當前需要重點攻克的技術(shù)難關(guān)。我軍應(yīng)設(shè)立專項研究經(jīng)費支持該領(lǐng)域的科研攻關(guān)，以便能夠使VR應(yīng)用于更多的軍事領(lǐng)域。

4.4VR技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合 未來VR在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將基于其工具的靈活性與創(chuàng)造性而不斷創(chuàng)新。心理疾患本身是由心理或生理的功能障礙所致，因此，研究藥物與VR技術(shù)對情緒障礙治療的協(xié)同效應(yīng)將是應(yīng)對因戰(zhàn)爭導(dǎo)致心理疾患的重要趨勢。目前，已有D—環(huán)絲氨酸的認知增強劑與VR暴露療法聯(lián)合應(yīng)用[22]，并結(jié)合MRI、PET技術(shù)，治療情緒障礙的報道。以此為例，研究者可開展更深入的腦神經(jīng)科學(xué)研究。

5 結(jié) 語

VR已成為信息領(lǐng)域中繼多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后被廣泛關(guān)注的技術(shù)之一。美軍及時將VR應(yīng)用于因戰(zhàn)爭導(dǎo)致心理疾患的官兵的防治，并建立相應(yīng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在過去幾年對美軍心理疾患的防治起到了積極作用。美軍的成功經(jīng)驗值得我軍參考借鑒，我軍應(yīng)將VR技術(shù)同戰(zhàn)爭需求緊密相聯(lián)，以求達到增強作戰(zhàn)能力、提高訓(xùn)練水平，節(jié)省訓(xùn)練經(jīng)費、避免傷亡的目的。隨著人工智能、腦科學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的協(xié)同發(fā)展，VR必將為新軍事戰(zhàn)爭條件下的心理應(yīng)激評估，官兵身心健康保持，科學(xué)訓(xùn)練、卓越選拔提供更多的技術(shù)支持和保障。

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(本文編輯：劉玉巧)

2015年全軍青年培育成長項目(15QNP092)

1.100039 北京，解放軍醫(yī)學(xué)圖書館；2.210002 南京，解放軍第81醫(yī)院信息科

金 鈺，E-mail:412935584@qq.com

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