一、需求分析

近年来，国内外反恐怖斗争出现一些新变化新动向，恐怖活动有着深刻国际背景和经济、文化、社会、宗教因素，国际国内反恐战场融为一体，境外指挥、网上勾联、境内行动的趋势愈加明显，特别是疆藏地区，反恐怖斗争形势依然严峻。面对日益严峻的反恐形势，党和国家高度重视，并有效采取各项措施，严厉打击暴力恐怖活动，坚决维护人民群众自身安全。严峻反恐形势要求参与打击暴恐的公安、特警、武警、反恐战士在军事素养和战术水平，处突能力等方面必须做出有针对性的训练。

现阶段的反恐训练都是真实场景下的实战训练。实战训练场景下的反恐训练在完成各项反恐战斗任务中发挥了重要作用。但受场地和训练条件的影响和限制，难以达到多视角、多场景、多维度的精细化及数字化的训练效果。公安队伍传统作战训练按部就班的常规组训模式，无法体验真实突发事件发生时视觉和心理的作用对战术动作的影响。受传统训练方式的束缚，当前公安部门作战训练的精细化程度还比较低，训练方式与精细化考核管理模式的技术装备保障和信息化支撑都相对较弱。

将先进的VR技术应用于传统反恐训练，可以逼真的还原打击暴恐战斗现场的三维立体场景；可以模拟爆炸、射击、砍杀等惊险场面冲击效果；可以轻易切换民居、街区、卡点等不同的训练场景；可以真实模拟高温、酷暑、严寒、冰冻等风雪雷电极端天气；可以实现车辆晃动、刹车、翻滚、坠落等高难度动作；可以有效弥补传统训练方式及场景的局限。

VR训练可以在同一训练场地内，针对不同的作战训练任务，轻易更换不同场景进行多维度、多角色的训练。也可以根据训练要求，对场景内墙体、街道、房门位置等进行适应性配置，最大的满足训练需求。

VR训练中的参训人员的轨迹、视野、动作、体征等数据可以实时存储，长期积累形成大数据，用于训练的精细化分析；训练结束后，可多角度、多线程推演复盘，有效的提升训练效果。

二、系统设计

北京九天研发的VR警用作训系统是利用虚拟现实技术、三维仿真技术、动作捕捉技术、人工智能技术以及物理模拟技术，将受训人员带入可交互的沉浸式环境中，对公安特警反恐队伍所承担的巡逻、搜捕、处突和围歼等主要任务进行的有针对性的模拟训练（学习、训练、考核）。

通过获取参训者的技术展现、装备及器具的使用、个人战术表现、小组成员战术协同与配合、战术的要点体现、完成任务的实际效果等多角度的仿真训练数据，帮助教官更好的制定训练方案，进一步提升参训者的动作能力、战术能力和心理承受能力。

2.1虚拟现实仿真技术

用户可以利用VR技术与虚拟环境进行人机交互，将传统的被动式观看变为更加真实的互动体验，把体验者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起，给体验者一种身临其境的沉浸式的多维体验。

（1）三维地理环境

主要有城市街区、车站、机场、港口等三维地形，并可以根据任务需求订制三维地形。

（2）气象仿真

气象仿真功能用于进行各种气象条件下的场景模拟。系统可以进行气象环境动态设置，根据需要制定任意时间的任意气象，可设置雨水大小、云的密集度和闪电、自定义雾的高度、范围、强度，可设置风力大小、方向、阵风、海浪大小等。夜晚的行星按照真实天文现象构建，如夜晚无指北针可根据星座判定方位。

（3）红外、夜视仿真

系统具有红外热成像、微光夜视显示效果，能按不同的红外、夜视数学模型生成对应的成像图像。

红外效果

夜视效果

（4）时间仿真

时间可以根据需要加速流逝和随意调整。

2.2空间动作捕捉技术

通过佩戴动补设备同步记录参与者动作与姿态，并将参与者动作实时映射在训练系统中，实现在虚拟环境中的人机交互活动。

多人互动VR要求让参训人员可在虚拟场景中行走，虚拟场景模拟现实中的场景特点，将虚拟场景作为固定参照系，让人感知到自身移位和视角的转动。如果说VR头戴显示器的是我们的眼睛的话，那么动作捕捉的作用就是相当于我们的脚。结合虚拟场景实时匹配人员在虚拟场景中坐标位置，为VR训练提供坐标基础。

真人一旦与虚拟人物建立联系，犹如有心灵感应一般，虚拟的人物会随着真人移动，空间上实现等距移位，时间上延时小于5ms。

动作捕捉技术实际在大空间多人互动VR方案中实现两种功能，其一是空间定位技术，将人在现实空间的位置信息定位到相应的虚拟场景中，让人能感知虚拟空间中自己的位置，其次就是对人的肢体活动进行六自由度运动捕捉，让人在现实世界中的肢体活动同步到虚拟人物身上，让虚拟人物活灵活现，更具有沉浸感和真实感。

大空间动作捕捉技术可以允许多人同时在同一虚拟场景中活动，彼此可以感知对方的距离、可以看到对方的人物模型，结合团队作战时，可观察参训人员动作手势以及作战姿态等。通过感知层，真实得还原作训环境

2.3智能分析技术

将系统中的虚拟人物通过人工智能技术，将其设定为高智商、富有作战经验的恐怖分子或反派人物，并可实时对用户的反应与动作做出判断与处置，更大程度上锻炼用户的作战技能与作战心理。

（1）毁伤计算

毁伤计算功能根据参训人员、载具、工事的不同毁伤仿真特性进行不同部位的毁伤效果计算。

（2）作训过程分析

通过结合相关穿戴式传感器，可实时采集用户实际作战训练中姿态、位置、体征（体温、心率、血压）等各种体征数据信息，以数字化手段分析用户在实训场景中的真实状态。

三、主要功能

3.1 枪械使用训练

虚拟场景中具备各类枪械，包括步枪、手枪、手雷等，至少5种。用户可使用VR交互手柄拿取各类枪械，进行枪械使用训练。

可模拟操作各类逼真枪械：选中目标枪支，系统就会调出对应的枪支三维立体模型。

（1）枪械组装操作

系统在系统枪支模型库中还预设了多种警用的枪支类型，学员可以在系统中亲自进行枪械组装操作。

对每一种枪的零部件都进行了模拟仿真，制作成与实物无异的零件三维模型，学员只需要控制VR手柄就可以对枪支进行拆卸和组装，真正做到全方位剖析枪械。

枪械拆解认知

学员还可以在虚拟现实培训系统中进行弹药装填操作，为以后实际训练奠定好基础，避免不熟悉操作而引起的不必要伤害。虚拟现实技术的应用完美地创造了实践与理论相结合的高效教学模式。

3.2枪械射击训练

(1) 仿真枪械

软件支持拓展性外设仿真枪械，仿真枪械具备外观贴近真实枪械，符合人体工学，能够实现扣动扳机进行射击。

（2）仿真射击场

系统中搭建了虚拟仿真射击场，仿真射击场完全按照实景进行模拟搭建的，而且附有多套射击环境，如室内靶场、野外山地、村落、工厂等，供学员自由选择。当学员戴上VR眼镜和耳麦，就能感觉到射击场所的紧张气氛，仿佛身处战场，危机四伏。虚拟现实仿真射击场给学员完全沉浸感，极具冲击的视觉效应加深学员对日后工作环境的了解。

室内靶场

户外靶场

在虚拟现实仿真射击场里，会出现不同类型的射击靶，学员在系统中可以进行射击训练，系统还会即时分析学员的射击情况，包括射击姿势，瞄准要领，弹道分析等。

系统还会通过语音指导学员进行正确的射击练习，让学员学习操作更轻松，提高射击培训的效率。

3.3人质解救训练

虚拟场景为劫匪将挟持人质，情境为警方突击解救人质。进行人质解救实战，参训人员扮演警方突击成员迅速制服劫匪。

结合仿真枪械，支持多人同时处于虚拟场景中进行射击训练，多人协同抵抗虚拟敌人的袭击。

可以预设虚拟敌人数量以及攻击武器：虚拟敌人可对参训人员进行攻击。

3.4车辆检查训练

还原执勤区域街区场景，结合警务规范流程还原车辆检查流程，

检查流程：出示证件、检查受检查方证件、判断是否提出进一步检查。

通过对话选项的形式表现，受盘查将根据预设进行行为反馈，作为用户是否需要进行进一步检查的依据。可对受盘查方是否存在问题以及反抗程度进行控制。

3.5心理素质训练

依据公安民警心理素质训练相关内容进行训练内容编制，包含抗压能力训练、自信心训练、基础心理能力训练三个方面，具备完整的体验剧情。

（1）抗压能力训练

用户乘坐电梯至高楼楼顶，需走过一段高空独步桥追捕挟持人质的嫌疑犯。

（2）自信心训练

走过独木桥后有1分钟的喊话“劝降”时间，时间过后嫌疑犯进行随机形式的行为反馈，反馈表型为推开人质逃跑或冲向用户进行反抗。如果嫌疑犯被制服则训练结束；如果嫌疑犯推开人质，用户需接住人质，防止人质从高楼跌落，嫌疑犯默认逃跑成功，训练结束。

四、系统优势

VR+演练，能够通过场景塑造，利用三维仿真模型还原不同类别的事故现场，通过动态演示的形式来模拟事故的发展态势，让演练人员在逼真的环境中训练各种应对处理技能，提高技术水平及应对经验，保持良好的响应状态。

4.1时间成本低

学员可以利用自己的空余时间上机操作,掌握知识要领,养成很好的安全防护习惯。

操作终端既可以是电脑也可以是VR终端

4.2学习成本低

事故现场可以无限重复使用场地小,无需实际操作等成本,减少天气因素对培训的影响,安全而且有效。

分角色同场景演练

4.3互动性强

这种集趣味性、知识性、互动性于一体的培训方式,学习效率高更好的提高每个警员的学习积极性。

4.4可视化训练考评

通过培训可以将每个学员的成绩储存在考核系统里,教官、领导可以随时随地通过培训数据,了解安全防护知识的掌握情况。

实时记录考试成绩，形成可视化报表，多种终端均可显示成绩报表

五、拓展应用

5.1 典型案情重现

基于VR技术开发现场刑侦培训系统，通过经典的案例还原，结合现场勘查的工作步骤，演练人员能够在虚拟场景中进行现场勘查学习，积累相关经验提高逻辑思维与破案能力。另外，还可以建立多种案件虚拟场景，形成演练资源库，让演练更加系统科学。除此之外，身临其境的场景体验还能实现心理脱敏训练，提升受训人员的心理素质。

5.2 知识与实践相结合

VR演练系统具有互动强、安全高、成本低、沉浸感强等优点，可以提高公安部门及公安院校的实践训练，改善纸上谈兵的教学模式，全面提升教学及演练的效果。虚拟现实技术不仅降低演练成本，还实现事故演练培训手段技术革新和升级，对提高全民安全防护意识，科技强警、创建更加成熟社会安全环境等具有重大意义。

5.3专业与科普于一体

VR演练系统面向的使用对象具有多样性，不仅可以使专业的公安人员，还可以是普通的人民群众，例如：对公安刑警进行案发现场刑事侦查教学，提升公安的业务解决的综合能力；对青少年学生群体进行安全知识普及、普法教育，提升自我保护意识和应对灾害能力；对社会成员进行普法宣传，深度解析法律法规，提升对犯罪行为的识别能力进行犯罪预防，宣传违法后果预防犯罪。这些都是虚拟现实演练系统能够胜任的环节，同时也使演练成为常规性活动，共同推动社会安全体系建设。