陳 杰 何小二 李崇斌 何景異 張 煜

（1.武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢 430205；2.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

0 前言

隨著新型艦船裝備的技術(shù)指標(biāo)大幅度提升，其信息量的復(fù)雜程度呈幾何級(jí)增加，這對(duì)操作人員的能力提出了更高的要求。忽視人的生理特征和認(rèn)知水平的設(shè)計(jì)可能會(huì)危及任務(wù)的有效性、計(jì)劃的執(zhí)行、進(jìn)度和成本[1]。情境意識(shí)（Situation Awareness，SA）這一概念最早由Endsley[2]提出，被用于評(píng)估飛行員操作時(shí)的認(rèn)知特性。情境意識(shí)，即在特定的時(shí)間和空間內(nèi)對(duì)環(huán)境中各種要素的知覺，對(duì)其含義的理解以及預(yù)測(cè)它們隨后的狀態(tài)，反映了“認(rèn)知-理解-預(yù)測(cè)”這一高水平的認(rèn)知過程。其評(píng)估方法可以分為4 類，包括生理指標(biāo)評(píng)估（眼動(dòng)、EEG 等）、記憶探查評(píng)估（SAGAT 等）、操作水平評(píng)估（任務(wù)績(jī)效）和主觀評(píng)估（SART 等）。

在艦船航行的過程中，操作員長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)導(dǎo)致的疲勞可能會(huì)使注意力集中程度下降、腦力負(fù)荷增加，從而導(dǎo)致SA出現(xiàn)問題，使其操作效能下降。因此在航行任務(wù)中對(duì)操作員的SA 進(jìn)行評(píng)估具有一定的必要性，既可以優(yōu)化操作臺(tái)的界面設(shè)計(jì)，也可以提升艦船整體的操作效能。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）是一種通過計(jì)算機(jī)程序創(chuàng)造三維虛擬世界的數(shù)字技術(shù)。該文是在VR 仿真平臺(tái)與實(shí)物仿真平臺(tái)中進(jìn)行研究，通過評(píng)估操作者的SA 來驗(yàn)證是否可以用VR 仿真平臺(tái)替代實(shí)物仿真平臺(tái)進(jìn)行艦船操作臺(tái)人機(jī)界面的人機(jī)工效評(píng)估。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 艦船航行操作任務(wù)

艦船是復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，具有多人多機(jī)協(xié)同關(guān)系復(fù)雜、環(huán)境惡劣、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)、有限或特定空間中人流、物流、信息流高度密集以及人機(jī)界面交互操作繁多等特點(diǎn)[3]。該研究對(duì)常規(guī)操作及異常情況下操作的SA 進(jìn)行評(píng)估，設(shè)定的主要任務(wù)包括正常航行工況下發(fā)現(xiàn)異常、執(zhí)行變速和變向等常規(guī)指令操作以及出現(xiàn)應(yīng)急情況下的應(yīng)急處置操作。各工況的具體任務(wù)見表1～表3。

表1 工況一具體任務(wù)

表2 工況二具體任務(wù)

表3 工況三具體任務(wù)

1.2 VR仿真平臺(tái)及實(shí)物仿真平臺(tái)

近年來，隨著VR 技術(shù)的發(fā)展和成熟，VR 技術(shù)在包括場(chǎng)景展示、虛擬漫游、設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及虛擬演練等很多領(lǐng)域中進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用?；赩R 技術(shù)的設(shè)計(jì)、評(píng)估和驗(yàn)證系統(tǒng)也得到了廣泛運(yùn)用，包括波音、大眾以及通用等在內(nèi)的公司在很長(zhǎng)一段時(shí)間以來通過使用VR 技術(shù)來對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行模擬以及驗(yàn)證相關(guān)方案，減少了昂貴的物理原型的使用，從而節(jié)約了大量成本；同時(shí)能夠有效地縮短研發(fā)周期，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。Rieuf V.等為了驗(yàn)證在真實(shí)環(huán)境與VR 環(huán)境2 種情境下，人在執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)過程中的行為模式和工作效率是否存在明顯差異這一疑問，將VR 環(huán)境下與真實(shí)環(huán)境下的作業(yè)效率、滿意度以及體驗(yàn)感受等做了對(duì)比測(cè)試，讓用戶在2 種環(huán)境下完成一系列的概念設(shè)計(jì)的任務(wù)，例如草圖繪制、概念設(shè)計(jì)等，結(jié)果發(fā)現(xiàn)VR 環(huán)境下不僅沒有影響其工作成效，還在某些環(huán)節(jié)擁有更好的體驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)表明VR 環(huán)境下人的行為、感受和思維與真實(shí)環(huán)境下無顯著差異。

與此同時(shí)，VR 技術(shù)也存在一些不足之處，其主要用處在于為用戶提供視覺上的沉浸體驗(yàn)，但是無法真實(shí)地模擬現(xiàn)實(shí)中人的動(dòng)作或展示真實(shí)的交互行為，也無法完全模擬操作過程中的力反饋等。因此在使用VR 技術(shù)時(shí)，需要考慮交互需求和應(yīng)用場(chǎng)景?；赩R 的人機(jī)工效評(píng)價(jià)手段由單維度視覺驗(yàn)證發(fā)展為多維度虛實(shí)結(jié)合驗(yàn)證，即在真實(shí)的仿真環(huán)境中，借助半實(shí)物來進(jìn)行仿真驗(yàn)證，提供更好的交互體驗(yàn)，同時(shí)提供真實(shí)的物理操作反饋，保證用戶輸入的準(zhǔn)確性，從而提高產(chǎn)品人機(jī)工效驗(yàn)證的結(jié)果和質(zhì)量。

該文實(shí)驗(yàn)涉及的評(píng)估設(shè)備包括測(cè)試使用的高性能主機(jī)、29 英寸顯示屏、VR 仿真平臺(tái)采用VR 眼動(dòng)儀（HTC Vive Pro eye，采用的是植入式VR 眼動(dòng)追蹤元件，幀率為120 Hz，采用5 點(diǎn)校準(zhǔn)，精度為0.5°～1.1°）、實(shí)物仿真平臺(tái)采用眼鏡式眼動(dòng)儀（SMI Eye Tracking Glasses 2.0，采樣率為60 Hz，精度為0.5°）以及配套的實(shí)驗(yàn)室記錄設(shè)備（記錄用紙筆，錄像機(jī)，錄音筆等）；使用的軟件包括unity 引擎（Unity 2019.3.4f1）、眼動(dòng)儀測(cè)試數(shù)據(jù)記錄軟件（iMotions）以及屏幕錄制軟件（Camtasia 2019）等。

實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)寬各5 m，分為VR 仿真平臺(tái)（主機(jī)與VR 頭盔）、實(shí)物仿真平臺(tái)（原有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）和眼鏡式眼動(dòng)儀及相關(guān)設(shè)備存放桌共3 個(gè)區(qū)域，VR 定位器位于房間對(duì)角線，共2 臺(tái)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備布置平面圖如圖1 所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備布置平面圖

VR 仿真實(shí)驗(yàn)過程中，高性能主機(jī)通過HDMI 接口將視頻信號(hào)傳輸?shù)斤@示屏上供測(cè)試人員監(jiān)視，通過USB 接口將視頻信號(hào)傳輸?shù)絍R 頭盔中供被測(cè)人員測(cè)試。同時(shí)，VR 定位器通過光學(xué)信號(hào)對(duì)VR 頭盔和VR 手柄進(jìn)行定位，再通過USB 接口將這些位置信息傳輸回主機(jī)。VR 手柄也通過USB接口將手部動(dòng)作傳輸回主機(jī)。設(shè)備連接以及數(shù)據(jù)傳輸情況如圖2 所示。

圖2 VR 仿真平臺(tái)設(shè)備連接與數(shù)據(jù)傳輸

在實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)過程中，眼鏡式眼動(dòng)儀采集被測(cè)使用實(shí)物仿真平臺(tái)時(shí)的眼動(dòng)信息并將其通過USB 接口傳輸至高性能主機(jī)。設(shè)備連接以及數(shù)據(jù)傳輸情況如圖3 所示。

圖3 實(shí)物仿真平臺(tái)設(shè)備連接與數(shù)據(jù)傳輸

1.3 被試及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

該研究共招募9 名被試者，分為3 組，均為男性（年齡范圍在18～45 歲）。第一組為4 名人機(jī)工效評(píng)價(jià)專家，具備人機(jī)工效評(píng)價(jià)的各種方法與理論，能對(duì)艦船操作臺(tái)的人機(jī)工效做出全面評(píng)價(jià)并給出改進(jìn)建議，但對(duì)艦船操作任務(wù)流程不太熟悉；第二組為3 名艦船操作臺(tái)設(shè)計(jì)人員，具有多年設(shè)計(jì)艦船操作臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，熟悉艦船操作臺(tái)界面以及艦船操作方式，對(duì)于艦船操作臺(tái)的設(shè)計(jì)能夠提出有效建議；第三組為2 名艦船操作員，具有多年艦船操作實(shí)踐經(jīng)歷，熟悉艦船操作臺(tái)界面以及艦船操作方式，并且熟悉操作艦船時(shí)各種不同的任務(wù)指令與異常情況。實(shí)驗(yàn)前，所有被試者均被告知實(shí)驗(yàn)步驟和需要采集的數(shù)據(jù)，并簽署了知情同意書。所有被試者身體狀況良好，視力或矯正視力正常，實(shí)驗(yàn)前24 h 內(nèi)保證被試者有足夠的睡眠時(shí)間（6 h 以上）。

測(cè)試任務(wù)分為4 個(gè)部分：第一部分是訓(xùn)練任務(wù)，幫助被試者熟悉被試系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)界面邏輯與操作方式。第二部分是模擬正常航行工況，需要被試者及時(shí)發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常情況并報(bào)告指揮員（這里以及下文所有的指揮員均由主測(cè)試員擔(dān)任）。第三部分是模擬工況切換任務(wù)，被試者需要聽從指揮員的口令完成操作任務(wù)，并在完成后報(bào)告指揮員。第四部分是模擬應(yīng)急處置等事故工況，被試者需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并報(bào)告指揮員，指揮員下達(dá)處置操作的口令，被試者通過處置操作解除異常情況后報(bào)告指揮員。

被試在測(cè)試人員的幫助下穿戴用于VR 仿真平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備并進(jìn)行校準(zhǔn)，首先進(jìn)行第一部分的訓(xùn)練任務(wù)，再依次進(jìn)行第二部分模擬正常航行工況、第三部分模擬工況切換任務(wù)以及第四部分模擬應(yīng)急處置等任務(wù)。各個(gè)工況間有5 min 的休息時(shí)間，被試在完成每個(gè)工況后需要填寫10D-SART 量表。在測(cè)試過程中眼動(dòng)儀全程采集生理信號(hào)并由主測(cè)試員進(jìn)行SAGAT 測(cè)試。

實(shí)物仿真平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)流程同上。隨機(jī)選擇VR 或?qū)嵨锓抡嫫脚_(tái)進(jìn)行測(cè)試，全部任務(wù)完成后，再間隔24 h 并在另一平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試。

1.4 評(píng)估變量

Endsley 提出的情境意識(shí)評(píng)定技術(shù)（Situation Awareness Rating Technique，SART）通過10 維或3 維的SART 量表來評(píng)估操作者的SA。近年來有研究表明眼動(dòng)注視特性與SA 存在聯(lián)系。Van de merwe 等人在一項(xiàng)模擬飛行任務(wù)的故障檢測(cè)任務(wù)中提出使用眼動(dòng)的注視率、注視持續(xù)時(shí)間和注視熵作為評(píng)估信息獲取效率的指標(biāo)[5]。因?yàn)槿蝿?wù)績(jī)效無法直接反映操作人員的SA，所以通常被作為一種間接的SA 評(píng)估方式，而情境意識(shí)全局評(píng)估技術(shù)（Situation Awareness Global Assess Technique，SAGAT）被認(rèn)為是評(píng)估SA 最有效的方法之一[6]。

腦力負(fù)荷、注意力分配策略與情境意識(shí)之間存在緊密又復(fù)雜的關(guān)系，一般認(rèn)為腦力負(fù)荷水平?jīng)Q定了注意力分配的效率和方式，而注意力分配水平的優(yōu)劣則是測(cè)試作業(yè)人員情境意識(shí)水平高低的依據(jù)之一[7]。現(xiàn)有研究更多地關(guān)注了腦力負(fù)荷和情境意識(shí)之間的關(guān)系，而其中較少涉及由信息優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的作業(yè)人員注意力分配策略的影響。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于信息化人機(jī)交互界面的工作負(fù)荷評(píng)估方面的研究起步較晚，主要在航空航天領(lǐng)域較為系統(tǒng)地開展了腦力工作負(fù)荷方面的研究工作，海軍裝備受到技術(shù)等各方面因素的制約，還未對(duì)評(píng)價(jià)人員的腦力工作負(fù)荷能力展開深入研究。張智君對(duì)飛行員腦力負(fù)荷主觀評(píng)定方法的特點(diǎn)及局限性進(jìn)行了總結(jié)[8]，董明清等人對(duì)腦力負(fù)荷評(píng)定指標(biāo)敏感性做了比較研究[9]。

該研究記錄SART 得分、SAGAT 得分、眼動(dòng)指標(biāo)以及任務(wù)績(jī)效作為SA 的評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，SART 得分即10D-SART量表的得分。10D-SART 量表包括3 個(gè)一級(jí)維度和10 個(gè)二級(jí)維度，見表4。

表4 10D-SART 量表子維度

通過每個(gè)二級(jí)維度的打分求每個(gè)一級(jí)維度的平均值，再通過Q3-（Q1-Q2）來計(jì)算SA 的水平。

SAGAT 得分指將任務(wù)界面暫停（即“凍結(jié)”），詢問操作員當(dāng)時(shí)的情景認(rèn)知狀況問題，對(duì)問題進(jìn)行正確反應(yīng)的百分比[2]。由于各個(gè)工況任務(wù)中參數(shù)復(fù)雜，艦船狀態(tài)變化快，無法采用凍結(jié)法對(duì)停止界面進(jìn)行操作，因此采用穿插提問的方式，詢問被測(cè)者有關(guān)界面上部分參數(shù)的相關(guān)問題，不打斷其操作。問題類型包括當(dāng)前參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)以及參數(shù)變化量等。根據(jù)參數(shù)的重要性對(duì)問題進(jìn)行賦權(quán)，再結(jié)合正確率來計(jì)算SAGAT 得分。眼動(dòng)指標(biāo)采用iMotions 軟件進(jìn)行采集和初步分析，采集指標(biāo)包括注視率與注視熵。注視率指單位時(shí)間在AOI 內(nèi)的注視次數(shù)，反映注視在某一區(qū)域的注意力集中程度，注視率越高，表明SA 越好。注視熵反映視覺掃描的隨意性[10]，根據(jù)任務(wù)性質(zhì)反映了不同的含義，對(duì)于視覺搜索類的任務(wù)來說，注視熵越高，反映任務(wù)負(fù)荷越大，SA 越強(qiáng)；對(duì)于需要解決某個(gè)問題集中注視的任務(wù)來說，注視熵越低，反映注意力的集中程度越高，SA 越強(qiáng)[11-12]。任務(wù)績(jī)效包括響應(yīng)時(shí)間t和正確率p，響應(yīng)時(shí)間為每個(gè)子任務(wù)的平均響應(yīng)時(shí)間，正確率為每個(gè)子任務(wù)的正確響應(yīng)次數(shù)占異常次數(shù)的百分比。

2 結(jié)果與討論

2.1 10D-SART量表

該實(shí)驗(yàn)使用的是10D-SART 量表，該量表比3D-SART 量表有更多的子維度，其中3 個(gè)一級(jí)維度分別為注意力需求。注意力供應(yīng)和情境理解，各工況平均得分如圖4 所示。工況一在VR 仿真平臺(tái)平均得分為5.42，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為5.93，實(shí)物仿真平臺(tái)的SA 略好于VR 仿真平臺(tái)，具有一定相關(guān)性（r1=0.586）且無顯著差異（p1=0.408）。工況二在VR 仿真平臺(tái)平均得分為5.44，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為5.69，實(shí)物仿真平臺(tái)的SA 略好于VR 仿真平臺(tái)，具有一定相關(guān)性（r2=0.743）且無顯著差異（p2=0.668）。工況三在VR 仿真平臺(tái)平均得分為5.63，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為5.24，VR 仿真平臺(tái)的SA 略好于實(shí)物仿真平臺(tái)，具有一定相關(guān)性（r3=0.694）且無顯著差異（p3=0.570）。同時(shí)，注意力需求、注意力供應(yīng)以及情境理解3 個(gè)一級(jí)維度的得分差異不大，具有較好的一致性。其中，實(shí)物仿真平臺(tái)對(duì)操作員的注意力需求較低，與操作員對(duì)實(shí)物仿真平臺(tái)操作的熟悉程度有關(guān)。

圖4 操作員在各工況下2 種平臺(tái)的SART 量表平均得分

2.2 SAGAT

SAGAT 在各工況下的平均得分如圖5 所示。工況一在VR 仿真平臺(tái)平均得分為94.25，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為95.83，實(shí)物仿真平臺(tái)的SA 略好于VR 仿真平臺(tái)，具有一定相關(guān)性（r1=0.699）且無顯著差異（p1=0.541）。工況二在VR 仿真平臺(tái)平均得分為93.55，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為93.46，2 個(gè)平臺(tái)得分非常接近，具有一定相關(guān)性（r2=0.623）且無顯著差異（p2=0.979）。工況三在VR 仿真平臺(tái)平均得分為95.47，實(shí)物仿真平臺(tái)平均得分為95.07，VR 仿真平臺(tái)的SA 略好于實(shí)物仿真平臺(tái)，具有一定相關(guān)性（r3=0.715）且無顯著差異（p3=0.383）。在3 種工況下，VR 仿真平臺(tái)和實(shí)物仿真平臺(tái)的SAGAT 法的SA 得分具有較好的一致性。

圖5 操作員在各工況下2 種平臺(tái)的SAGAT 平均得分

2.3 眼動(dòng)評(píng)估數(shù)據(jù)

工況一各任務(wù)的注視率普遍略高于工況二與工況三，是由于工況一的任務(wù)特點(diǎn)需要關(guān)注整個(gè)屏幕，而工況二與工況三的任務(wù)在大部分時(shí)間只關(guān)注幾個(gè)主要參數(shù)，因此注視率大部分不超過3 次/s，如圖6 所示。2 種平臺(tái)注視率在置信度0.05 水平下顯著相關(guān)（r=0.570）且無顯著差異（p=0.848）。

圖6 操作員在各任務(wù)中2 種平臺(tái)的注視率對(duì)比

VR 仿真平臺(tái)的注視熵普遍略高于實(shí)物仿真平臺(tái)，這是由于VR 環(huán)境中的視野較小，因此被試者需要進(jìn)行頻繁掃視與眼跳，各任務(wù)注視熵如圖7 所示。工況二中任務(wù)9 和任務(wù)10 比任務(wù)7 和任務(wù)8 的注視熵更小，是因?yàn)槿蝿?wù)9 和任務(wù)10 只需要調(diào)整航速，只須關(guān)注部分參數(shù)。同樣，工況三中任務(wù)11 比任務(wù)12 和任務(wù)13 的注視熵更小，是因?yàn)榭ǘ鏁r(shí)只需要按下停車減速即可，只須關(guān)注部分參數(shù)。2 種平臺(tái)的注視熵在置信度0.01 水平下顯著相關(guān)（r=0.956）且無顯著差異（p=0.249），能夠有效證明VR 仿真平臺(tái)的模擬仿真效果不低于實(shí)物仿真平臺(tái)的模擬仿真效果。

圖7 操作員在各任務(wù)中2 種平臺(tái)的注視熵對(duì)比

2.4 任務(wù)績(jī)效

從工況一的6 個(gè)子任務(wù)的平均反應(yīng)時(shí)間（r1=0.681）來看，實(shí)物仿真平臺(tái)和VR 仿真平臺(tái)有較高的一致性，且實(shí)物仿真平臺(tái)的反應(yīng)時(shí)間普遍低于VR仿真平臺(tái)。主要原因是VR仿真平臺(tái)的視野范圍較小，部分參數(shù)不易查看，與實(shí)際視野范圍有一定差異，需要對(duì)操作員佩戴VR 頭盔操作進(jìn)行一定培訓(xùn)。二者的完成率沒有明顯差異，任務(wù)3、任務(wù)4 和任務(wù)5存在未完成任務(wù)的情況，主要原因是橫傾、縱傾和轉(zhuǎn)速這3個(gè)參數(shù)在界面上不易被發(fā)現(xiàn)，需要對(duì)3 個(gè)參數(shù)的布局進(jìn)行改進(jìn)。從工況二的4 個(gè)子任務(wù)的平均完成時(shí)間（r2=0.996）來看，實(shí)物仿真平臺(tái)與VR 仿真平臺(tái)的相關(guān)性很高，其中，實(shí)物仿真平臺(tái)任務(wù)7 的平均完成時(shí)間略大于VR 仿真平臺(tái)。從工況三的3 個(gè)子任務(wù)的平均完成時(shí)間（r3=0.972）來看，實(shí)物仿真平臺(tái)與VR 仿真平臺(tái)的相關(guān)性很高?？傮w來看，2 個(gè)平臺(tái)各個(gè)工況完成時(shí)間的一致性很高（r=0.988）且沒有顯著差異（p=0.899），見表5。

表5 各工況子任務(wù)平均完成時(shí)間

2.5 討論

該研究的目的是通過評(píng)估SA 來驗(yàn)證仿真評(píng)估系統(tǒng)的有效性，對(duì)比實(shí)物仿真平臺(tái)與VR 仿真平臺(tái)對(duì)于實(shí)際操作的仿真效果，比較2 種仿真評(píng)估系統(tǒng)的優(yōu)劣。該實(shí)驗(yàn)的3 組用戶在SA 的評(píng)價(jià)指標(biāo)方面并無顯著差異，主要是由于3 組用戶的專業(yè)知識(shí)水平、操作策略、操作技能以及對(duì)界面的熟悉程度等方面存在較大差異，影響人機(jī)工效評(píng)價(jià)指標(biāo)的變量較多。由于注意策略不同，第三組用戶對(duì)非重要參數(shù)的敏感性較低，導(dǎo)致工況一的任務(wù)績(jī)效并不理想，而面對(duì)工況二、工況三中的復(fù)雜任務(wù)，第三組用戶的完成率有明顯提升，但同時(shí)他們對(duì)于任務(wù)完成的自我標(biāo)準(zhǔn)較高，從完成時(shí)間并不能準(zhǔn)確反映該類用戶的操作水平明顯優(yōu)于前兩類用戶。SA 取決于任務(wù)因素（工作負(fù)荷、壓力、平臺(tái)設(shè)計(jì)以及復(fù)雜度）和個(gè)人因素（目標(biāo)、經(jīng)驗(yàn)、預(yù)判、培訓(xùn)、知識(shí)水平以及能力），在不同工況及不同用戶的影響下，3 類工況的SART 得分與SAGAT 得分的變化趨勢(shì)均不明顯。在測(cè)試中對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，其存在的主要問題有屏幕配色不適、分辨率低以及燈光顏色不適等，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)上述問題進(jìn)行改進(jìn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)樣本量較少，也是影響統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果的主要原因，后續(xù)研究需要進(jìn)一步增加被試樣本的人數(shù)。

該研究方法可以應(yīng)用于其他各類艙室的設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)中，使用VR 技術(shù)在虛擬環(huán)境下對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行人機(jī)工效學(xué)評(píng)價(jià)，可以節(jié)省大量制造樣機(jī)的成本，同時(shí)也可以取得與實(shí)物仿真平臺(tái)基本一致的效果。

3 結(jié)論

該研究通過在VR 仿真平臺(tái)和實(shí)物仿真平臺(tái)上進(jìn)行3 種工況任務(wù)操作，記錄了包括SART、SAGAT、眼動(dòng)指標(biāo)以及任務(wù)績(jī)效等多個(gè)SA 直接或間接評(píng)估指標(biāo)。從上述指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，實(shí)物仿真平臺(tái)與VR 仿真平臺(tái)在評(píng)價(jià)結(jié)果上存在較高的一致性（r>0.5），見表6。

表6 各工況各指標(biāo)相關(guān)性

相比于實(shí)物仿真平臺(tái)，VR 仿真平臺(tái)具有更低的成本，這是由于沒有實(shí)體的物理模型，因此修改設(shè)計(jì)方案時(shí)只需要修改VR環(huán)境中的模型和參數(shù)即可。該研究為艦船操作臺(tái)在VR環(huán)境下進(jìn)行方案評(píng)估的可行性與合理性提供了一定依據(jù)。但同時(shí)由于VR 設(shè)備的特殊性以及視野較小，因此被試者需要一定時(shí)間去學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，并且容易產(chǎn)生視覺疲勞。今后仍需要對(duì)VR 場(chǎng)景設(shè)計(jì)及測(cè)試任務(wù)選擇方面進(jìn)行研究。例如通過改進(jìn)信息優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)來優(yōu)化操作員的注意力分配策略，以提高SA；也可以通過優(yōu)化界面顏色與亮度來減輕VR 環(huán)境中的視覺疲勞。