惠鐸鐸，馬 進(jìn)，柳 平，胡文東

(1.第四軍醫(yī)大學(xué) 航空航天醫(yī)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710032；2.95503 部隊(duì)，貴州 遵義 563127)

0 引 言

從20世紀(jì)80年代起，經(jīng)過國(guó)家的批準(zhǔn)，民航總局引入了國(guó)外先進(jìn)的飛行員選拔技術(shù)和人才，自此才建立起我國(guó)的民航飛行員選拔系統(tǒng)[1]。經(jīng)過多年的努力和發(fā)展，目前我國(guó)已經(jīng)形成一系列比較全面的民航飛行員選拔體系，并且飛行員選拔的技術(shù)和研究還在持續(xù)不斷的發(fā)展中。相對(duì)于快速發(fā)展的飛行員選拔技術(shù)，VR技術(shù)的飛速發(fā)展使人們?cè)诠ぷ骱蜕畹姆椒矫婷姘l(fā)生了巨大變化。將VR技術(shù)應(yīng)用于飛行員心理選拔技術(shù)中，將現(xiàn)代的高科技技術(shù)融入到民航飛行員心理選拔領(lǐng)域，使飛行員心理選拔技術(shù)變得更加完善。將VR技術(shù)應(yīng)用于民航飛行員心理選拔中目前在國(guó)內(nèi)外比較少見，文中將VR技術(shù)應(yīng)用于民航飛行員心理選拔中，旨在探索為被試塑造一個(gè)身臨其境的場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行情緒穩(wěn)定性及手眼協(xié)調(diào)能力的測(cè)試,以期在原有儀器檢測(cè)的基礎(chǔ)上有所改進(jìn)[2]。

1 VR技術(shù)

VR技術(shù)簡(jiǎn)稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫模擬與仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、心理學(xué)、人工智能等學(xué)科的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，其中“現(xiàn)實(shí)”泛指客觀上可能存在或不存在于世界上的任何環(huán)境或事物，它在實(shí)際操作中也許是可實(shí)現(xiàn)的，也有可能難以實(shí)現(xiàn)或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而“虛擬”則是指用計(jì)算機(jī)生成的意思[3]。借助于該技術(shù)的發(fā)展，用戶在計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬世界中體驗(yàn)到身臨其境的感覺，還可同虛擬世界中的物體進(jìn)行交互作用。

在文中研究的系統(tǒng)中，利用VR技術(shù)開發(fā)出一套可用于民航飛行員選拔中的心理測(cè)試軟件，旨在進(jìn)一步優(yōu)化和提高現(xiàn)有民航飛行員選拔中飛行員心理穩(wěn)定性選拔的準(zhǔn)確性[4]。將采用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)立體的三維空間，在該空間中利用VR設(shè)備塑造一種強(qiáng)大心理壓力的氣氛，同時(shí)讓被試?yán)猛饨玉{駛桿來(lái)操縱立體空間上的圖形[5]。

2 軟件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)的平臺(tái)是當(dāng)前最流行的3D開發(fā)軟件Unity。Unity3D是由Unity Technologies開發(fā)創(chuàng)建的如三維視頻游戲、建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫等類型互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)的綜合型游戲開發(fā)工具[6]，是一個(gè)全面整合的專業(yè)游戲引擎，其開發(fā)效率出類拔萃，是一款優(yōu)秀的軟件開發(fā)平臺(tái)。文中所用的Unity軟件開發(fā)版本為5.1.1，外接虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備型號(hào)為索尼HMZ-T1,外接游戲桿操縱設(shè)備為賽鈦客X52pro。

在該系統(tǒng)中，首先使用Unity開發(fā)平臺(tái)，在塑造好的背景空間中，利用網(wǎng)格建模技術(shù)[7]，設(shè)置5條形狀不同但是長(zhǎng)度和坡度等效的軌跡，建立一個(gè)由游戲桿控制的3D小球，使該小球在軌跡上運(yùn)行，計(jì)算其從開始點(diǎn)到小球掉落下的距離，同時(shí)計(jì)算小球偏離軌跡中心的距離，經(jīng)過計(jì)算后，用來(lái)作為考察被試的成績(jī)[8]。總測(cè)試時(shí)間為3分鐘。在測(cè)試系統(tǒng)中，所使用的數(shù)據(jù)庫(kù)為Access2007。

該測(cè)試在設(shè)計(jì)過程中主要分為三部分，分別為登錄界面、測(cè)試界面和數(shù)據(jù)記錄。系統(tǒng)基本框架流程如圖1所示。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入登錄界面時(shí)，被試填寫基本信息后選擇相應(yīng)的軌跡點(diǎn)擊開始按鈕進(jìn)入測(cè)試，同時(shí)將基本信息寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)入測(cè)試后首先獲取外設(shè)和場(chǎng)景對(duì)象，等待被試進(jìn)行操作[9]。在測(cè)試界面中，最上方是測(cè)試時(shí)間倒計(jì)時(shí)條，測(cè)試總時(shí)間為3分鐘，被試使用駕駛桿操縱小球，使小球在自動(dòng)生成的軌跡上運(yùn)動(dòng)[10]。小球每掉落一次，將在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄一次數(shù)據(jù)，直到測(cè)試時(shí)間結(jié)束。小球離起點(diǎn)的距離越長(zhǎng)，得分會(huì)越高；程序?qū)崟r(shí)記錄下來(lái)的小球距離軌跡中心點(diǎn)的距離越小，得分會(huì)越高。圖2是系統(tǒng)的測(cè)試界面[11]。

圖1 基本框架流程

圖2 測(cè)試界面

3 關(guān)鍵技術(shù)

該測(cè)試軟件的開發(fā)平臺(tái)是在Unity開發(fā)平臺(tái)中利用軟件及硬件協(xié)作[12]，使用游戲桿操控小球的同時(shí)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬真實(shí)的立體空間，以實(shí)現(xiàn)有壓力的心理氛圍。軟件的開發(fā)平臺(tái)是用.NET語(yǔ)言在VS2010平臺(tái)上開發(fā)出來(lái)的，硬件采用的是索尼HMZ-T1頭戴顯示設(shè)備和賽鈦客X52pro[13]。

(1)使用外接游戲桿控制虛擬小球。

在該測(cè)試軟件中，利用Unity開發(fā)平臺(tái)自帶的重力系統(tǒng)為小球設(shè)置剛體屬性，在開發(fā)軟件的Component選項(xiàng)中選擇physics子菜單中的rigidbody選項(xiàng)，并在Inspector面板中設(shè)置剛體的具體屬性。軟件中小球的剛體屬性設(shè)置如圖3所示。

設(shè)置外接游戲桿的屬性，在Unity軟件中的Edit菜單中選擇Project settings子菜單中的Input選項(xiàng)，在Inspector面板中的具體設(shè)置如圖4所示。

控制小球的腳本如下：

void Start()

{

rigibody target.GetComponent();

rigibody.maxAngularVelocity=1000f;

drivehandleforce=150;

}

//Update is called once per frame

void Update()

{

if(PublicApplicationData.isstart==true)

{

x=-Input.GetAxis("Horizontal")*drivehandleforce*Time.deltaTime;

z=-Input.GetAxis("Vertical")*drivehandleforce*Time.deltaTime;

rigibody.AddForce(-z,0, x, ForceMode.Force);

}

}

圖3 剛體屬性設(shè)置

圖4 外接游戲桿設(shè)置

在Unity開發(fā)平臺(tái)中，Start()函數(shù)只在程序開始時(shí)運(yùn)行一次，Update()函數(shù)在程序運(yùn)行的每幀都運(yùn)行。在后臺(tái)初始化函數(shù)void Start()中，得到場(chǎng)景中的對(duì)象，使用GetComponent方法：rigibody=target.GetComponent();使用GetAxis()函數(shù)獲得游戲桿上不同方向的軸，利用rigibody.AddForce(-z,0,x,ForceMode.Force);該語(yǔ)句使獲得的游戲桿上的力施加在小球?qū)ο笊稀?/p>

(2)利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)立體視覺效果。

人的兩只眼有一定距離，這就造成物體的影像在兩眼中有一些差異[14]，由于物體與眼的距離不同，兩眼的視角會(huì)有所不同。由于視角的不同，所看到的影像也會(huì)有所差異，大腦會(huì)根據(jù)這種差異感覺到立體的景象。為了達(dá)到模擬人眼立體視覺的效果，在Unity開發(fā)平臺(tái)中創(chuàng)建兩個(gè)攝像機(jī)模擬人的兩只眼睛[15]，且兩只攝像機(jī)之間的水平距離約為人兩眼的瞳孔距離，將場(chǎng)景中的小球?qū)ο笤O(shè)置為焦點(diǎn)，使用LookAt()函數(shù)使攝像機(jī)聚焦在對(duì)象上。這樣兩個(gè)攝像機(jī)設(shè)置后，會(huì)將測(cè)試場(chǎng)景以不同角度的分屏幕顯示出來(lái)，如圖3所示。外接索尼頭戴顯示器HMZ-T1,通過HMDI高清接口連接電腦和設(shè)備，打開索尼頭戴顯示器開關(guān)，將其設(shè)置為并排3D顯示，HMDI會(huì)將電腦中屏幕顯示的并排場(chǎng)景傳輸給索尼頭戴顯示設(shè)備，通過索尼頭戴顯示設(shè)備中的兩個(gè)OLED屏幕，就可以體驗(yàn)?zāi)M人眼的逼真3D場(chǎng)景。實(shí)現(xiàn)腳本如下：

void Update()

{

leftCameraPosition.z=leftCameraPosition.z+Eyesdistance;

rightCameraPosition.z=rightCameraPosition.z-Eyesdistance;

Left_Camera.transform.localPosition=leftCameraPosition;

Right_Camera.transform.localPosition=rightCameraPosition;

}

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)錄入的實(shí)現(xiàn)。

該軟件是用C#開發(fā)的，所以數(shù)據(jù)庫(kù)的錄入依然引用C#的數(shù)據(jù)開發(fā)包，在程序的開始聲明引用如下：

using System;

using System.Data;

using System.Data.Odbc;

存儲(chǔ)數(shù)據(jù)腳本如下：

void StoreData(string path,string command)

{

string connection="Driver={Microsoft Access Driver (*.mdb)};DBQ="+path;

OdbcConnection odbcconnection=new OdbcConnection(connection);

OdbcCommand odbccommand=new OdbcCommand(command, odbcconnection);

odbcconnection.Open();

odbccommand.ExecuteNonQuery();

odbcconnection.Close();

if(odbcconnection.State!=ConnectionState.Closed)

{

odbcconnection.Close();

}

odbcconnection.Dispose();

}

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)基于VR技術(shù)開發(fā)的心理測(cè)試軟件的軟件需求和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)說明，同時(shí)對(duì)開發(fā)過程中的核心關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，將關(guān)鍵算法予以細(xì)致的說明。目前VR技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，

將這種新興技術(shù)融入傳統(tǒng)的民航飛行員心理測(cè)評(píng)領(lǐng)域，使傳統(tǒng)行業(yè)借助于新技術(shù)得到更大發(fā)展，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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[3] 郭為民,羅曉利.國(guó)內(nèi)外飛行人員心理選拔研究述評(píng)[J].國(guó)際航空,1995(2):28-31.

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[13] 惠鐸鐸,馬 進(jìn),李曉京，等.基于Opengl的飛行團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力評(píng)價(jià)系統(tǒng)開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2016,26(1):134-136.

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