惠鐸鐸，馬 進，柳 平，胡文東

(1.第四軍醫(yī)大學 航空航天醫(yī)學教育部重點實驗室，陜西 西安 710032；2.95503 部隊，貴州 遵義 563127)

0 引 言

從20世紀80年代起，經(jīng)過國家的批準，民航總局引入了國外先進的飛行員選拔技術(shù)和人才，自此才建立起我國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)展使人們在工作和生活的方方面面發(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身臨其境的場景來進行情緒穩(wěn)定性及手眼協(xié)調(diào)能力的測試,以期在原有儀器檢測的基礎(chǔ)上有所改進[2]。

1 VR技術(shù)

VR技術(shù)簡稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是在計算機圖形學、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、計算機動畫模擬與仿真技術(shù)、人機交互技術(shù)、心理學、人工智能等學科的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其中“現(xiàn)實”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，它在實際操作中也許是可實現(xiàn)的，也有可能難以實現(xiàn)或根本無法實現(xiàn)。而“虛擬”則是指用計算機生成的意思[3]。借助于該技術(shù)的發(fā)展，用戶在計算機創(chuàng)造的虛擬世界中體驗到身臨其境的感覺，還可同虛擬世界中的物體進行交互作用。

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試軟件，旨在進一步優(yōu)化和提高現(xiàn)有民航飛行員選拔中飛行員心理穩(wěn)定性選拔的準確性[4]。將采用VR技術(shù)實現(xiàn)一個立體的三維空間，在該空間中利用VR設(shè)備塑造一種強大心理壓力的氣氛，同時讓被試利用外接駕駛桿來操縱立體空間上的圖形[5]。

2 軟件設(shè)計

實現(xiàn)VR技術(shù)的平臺是當前最流行的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、實時三維動畫等類型互動內(nèi)容的多平臺的綜合型游戲開發(fā)工具[6]，是一個全面整合的專業(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。文中所用的Unity軟件開發(fā)版本為5.1.1，外接虛擬現(xiàn)實設(shè)備型號為索尼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，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條形狀不同但是長度和坡度等效的軌跡，建立一個由游戲桿控制的3D小球，使該小球在軌跡上運行，計算其從開始點到小球掉落下的距離，同時計算小球偏離軌跡中心的距離，經(jīng)過計算后，用來作為考察被試的成績[8]。總測試時間為3分鐘。在測試系統(tǒng)中，所使用的數(shù)據(jù)庫為Access2007。

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

當系統(tǒng)進入登錄界面時，被試填寫基本信息后選擇相應(yīng)的軌跡點擊開始按鈕進入測試，同時將基本信息寫入數(shù)據(jù)庫。進入測試后首先獲取外設(shè)和場景對象，等待被試進行操作[9]。在測試界面中，最上方是測試時間倒計時條，測試總時間為3分鐘，被試使用駕駛桿操縱小球，使小球在自動生成的軌跡上運動[10]。小球每掉落一次，將在數(shù)據(jù)庫中記錄一次數(shù)據(jù)，直到測試時間結(jié)束。小球離起點的距離越長，得分會越高；程序?qū)崟r記錄下來的小球距離軌跡中心點的距離越小，得分會越高。圖2是系統(tǒng)的測試界面[11]。

圖1 基本框架流程

圖2 測試界面

3 關(guān)鍵技術(shù)

該測試軟件的開發(fā)平臺是在Unity開發(fā)平臺中利用軟件及硬件協(xié)作[12]，使用游戲桿操控小球的同時利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)模擬真實的立體空間，以實現(xiàn)有壓力的心理氛圍。軟件的開發(fā)平臺是用.NET語言在VS2010平臺上開發(fā)出來的，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。

在該測試軟件中，利用Unity開發(fā)平臺自帶的重力系統(tǒng)為小球設(shè)置剛體屬性，在開發(fā)軟件的Component選項中選擇physics子菜單中的rigidbody選項，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，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)平臺中，Start()函數(shù)只在程序開始時運行一次，Update()函數(shù)在程序運行的每幀都運行。在后臺初始化函數(shù)void Start()中，得到場景中的對象，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，兩眼的視角會有所不同。由于視角的不同，所看到的影像也會有所差異，大腦會根據(jù)這種差異感覺到立體的景象。為了達到模擬人眼立體視覺的效果，在Unity開發(fā)平臺中創(chuàng)建兩個攝像機模擬人的兩只眼睛[15]，且兩只攝像機之間的水平距離約為人兩眼的瞳孔距離，將場景中的小球?qū)ο笤O(shè)置為焦點，使用LookAt()函數(shù)使攝像機聚焦在對象上。這樣兩個攝像機設(shè)置后，會將測試場景以不同角度的分屏幕顯示出來，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會將電腦中屏幕顯示的并排場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OLED屏幕，就可以體驗?zāi)M人眼的逼真3D場景。實現(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)庫錄入的實現(xiàn)。

該軟件是用C#開發(fā)的，所以數(shù)據(jù)庫的錄入依然引用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

對基于VR技術(shù)開發(fā)的心理測試軟件的軟件需求和軟件設(shè)計進行了詳細說明，同時對開發(fā)過程中的核心關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和研究，將關(guān)鍵算法予以細致的說明。目前VR技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，

將這種新興技術(shù)融入傳統(tǒng)的民航飛行員心理測評領(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)實意義。

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[6] 武國城.對空軍飛行學員心理選拔工作的看法和建議[J].中華航空醫(yī)學雜志,1994,5(1):17-20.

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[12] 王 丹.基于游戲引擎3D GAMESTUDIO的虛擬校園系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：西南交通大學，2010.

[13] 惠鐸鐸,馬 進,李曉京，等.基于Opengl的飛行團隊協(xié)作能力評價系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2016,26(1):134-136.

[14] 惠鐸鐸，李曉京，文治洪，等.心理運動能力測評系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2014,24(12)：180-182.

[15] 惠鐸鐸，胡文東，李曉京，等.心理運動能力測試軟件的開發(fā)與應(yīng)用[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2014,24(4)：155-157.