作者：刘诗雅
来源：诗词雅赋
虚拟现实技术的发展源于航天和军事部门，最新技术成果往往被率先应用于航天和军事领域。今天先写一篇虚拟现实技术在航空航天领域的应用吧。
虚拟现实技术在航天训练中的应用
航天员训练器利用虚拟训练系统对航天员进行失重心理训练, 使其建立失重环境下空间方位感。其次,通过构造航天器虚拟座舱模型,训练航天员熟悉舱内布局、界面和位置关系,演练飞行程序和操作技能等。通过虚拟现实工具包和模拟管理器,让航天员可以打开舱门、用手操纵开关等。而且还带有声音识别合成功能, 能发出相应动作的声音, 这样能使航天员更加沉浸于虚拟世界中, 提高仿真试验效果。
航天器某些关键设备在轨运行期间发生故障时,为使航天员能正确进行在轨修理, 可以通过虚拟现实技术, 在地面或空间站对其进行修理培训。例如,1993年,美国约翰逊航天中心启用了一套虚拟现实系统来训练航天员熟悉太空环境,为修复哈勃望远镜作准备。航天员通过操作虚拟设备,大大提高了操作水平。
虚拟训练器作为传统飞行训练模拟器的补充或替代,可对乘员进行操作技能训练、乘员间协同作业,甚至包括维修训练、舱外活动、交会对接等多种训练。
虚拟现实技术在航天环境控制与生命保障工程设计中的应用
在航天服和环境生保系统的设计与研制中,可利用VR技术进行原理设计、逻辑验证及模型的仿真。设计者通过与设计的虚拟交互,不仅可及时观察到所设计部件的整体结构与外形,而且还能够及时改进设计中的原理或功能性缺陷,从而提高设计与研制效率。
虚拟现实技术在航天器控制上的应用
控制系统的弹(箭)设备监控
控制系统的弹(箭)设备的工作状况直接关系到整个火箭飞行实验的成败,所以对这些设备的监控始终都是地面测发控系统的重要工作内容。然而, 传统的数据采集、判读方式不能为工作人员提供弹(箭)上设备的宏观工作状况。此外, 在机电设备出现故障时设计人员不但需要知道设备的各项测试参数,同时更渴望看到故障发生时的场景。利用虚拟现实技术,可以完全模拟弹(箭)上设备的工作状况,如平台的转动、伺服机构的伸缩都能逼真、实时地显示出来,而且可以根据需要多次模拟故障现场,对设备局部进行放大,对故障过程进行慢速度回放,这将为设计人员监视控制系统的弹(箭)上设备提供新的方式, 是对目前测控系统的有益补充。
控制系统飞行仿真
控制系统的工作核心是通过飞行程序完成火箭（导弹）的制导飞行与姿态控制,为了验证飞行程序的功能,在大型综合实验中都要进行长时间的“模飞”测试,测试结束后根据测试数据判断飞行程序的工作是否正常。将虚拟现实技术应用到控制系统模飞过程中,可以通过三维动画实时显示火箭模型在飞行程序的控制下如何实现制导飞行和姿态控制。通过软件设计可以模拟火箭飞行中可能遇到的各种现象,全面考验飞行程序的适应能力,并可将控制系统的所有飞行动作以具体的画面表现出来,从而在一定的程度上避免了飞行数据判读中出现的漏判、误判现象。
虚拟现实技术在航天工效学中的应用
随着载人航天技术的发展,人在空间停留时间已明显增加(最高已达300多天),因此,如何提高航天员的长时间工作效率及心理适应能力, 使之稳定、可靠地工作是当前航天工效学研究的重要课题。其研究内容主要有:结构空间与人体尺寸的适配性、控制器与显示器的置列布局方式、特殊的助力措施、控制器的参数、信息获取的方式与效率( 格式、大小、对比、编码等) 、报警类型与参数、照明要求(均匀性、显色性、安装位置、色温) 以及舱内视觉空间的颜色匹配性等。在工程设计过程中, 对它们考虑恰当, 能够使载人航天器舱内人机界面很好地同航天员的心理生理特性相匹配, 从而激发航天员工作效率;反之, 就会感到不适, 轻则工作效率下降,严重时, 应急工作情况下甚至可能造成操作失误, 危及安全。特别是由于载人航天器座舱空间的局限性与环境的特殊性, 是否进行航天工效学设计更关系到整个系统安全可靠性。计算机技术为该研究提供灵活、先进的设计手段, 很大程度上提高了航天工效学研究及设计水平和效率, 尤其虚拟现实技术的应用突破了传统的基于二维的人机界面模式和交互方式的局限, 极大地增强了人的主动性和仿真方法的灵活性,在载人航天技术发展过程中, 航天工效学主要研究航天环境对航天员工效的影响。使航天员发挥最好的工作效率, 即要求一个合理的人机界面。
目前, VR技术可以在航天工效学的所有研究领域均能应用，但主要集中于下述几个方面：
1) 飞船座舱结构设计, 航天员的工作场所为飞船的座舱, 它是一个含座椅、各种显示/ 控制器件及其它生命保障系统的特定环境。因此, 座舱结构设计要充分考虑航天员的基本人体尺寸(穿和不穿航天服)、活动范围以及仪表板、座椅的结构尺寸等符合航天员和心理、生理特性。它包括人体参数、座椅设计、舱门设计、座舱总体布局以及控制杆、钮、键的布局等内容。其参数应当保证：进出与脱离操作位置方便、操纵姿态舒适以及信息可视与可达。以座舱仪表布局为例, 原则上应把最重要且经常查看的仪表放在仪表板中心区域, 次重要的仪表放在中心区域以外的地方。这样能减少航天员的眼动次数, 降低负荷, 同时也让其注意力落在重要的仪表上。但究竟哪块仪表放在哪个精确的位置, 以及相对距离是否合适,只有通过实验确定。因此利用VR作为工具来设计出相应具有立体感、逼真性高的排列组合方案, 逐个进行试验，使航天员仿佛置身于真实的载人航天器座舱仪表板面前, 就能达到理想客观的实验效果。
2) 飞船人工控制设计, 利用VR技术研究在充分考虑航天员的信息感知处理能力、反应能力以及紧急情况下操纵控制能力。具体可分为航天员与飞船动力学匹配、全姿态仪、舷窗、潜望镜以及操纵杆和执行件的工效学设计, 研究内容包括仪表的显示形式、光学特性、指示与刻度方式以及构件的结构、形状、大小、力学特性和防误操作能力等。
3) 仪表显示和座舱照明的工效学研究, 视觉显示是飞行中飞船向航天员传递信息的主要形式。仪表显示和座舱照明是否有利于航天员的观察, 直接关系到飞行安全。因此, 座舱内仪表显示和照明要充分考虑航天员的信息输入/输出能力及注意力分配等心理、生理特性,使飞船仪表显示和照明系统设计符合航天员的工效学要求。研究内容包括建立虚拟显示器的可读性、分辨性、编码和照明灯等。
4) 报警系统设计, 其研究内容是建立虚拟报警系统的报警信号分级和报警信号的显示种类等, 即对视觉报警信号、听觉报警信号以及语音报警信号从物理特性、认知特性以及舱内布局这三个方面来开展研究。
5) 航天员工作负荷的评价, 进行航天工效学研究的一个重要问题是如何评价飞行中航天员的脑力和体力负荷, 这是研究其工作能力的关键技术。
通过设计虚拟环境中的作业任务进行下述三个途径的工作负荷评价：
① 主观评级法 ;
② 生理学评级法, 即分析某些生理指标在作业过程中的变化,来评定其功能状态；
③ 定量计算型, 已经建立的有实测的肌电信号(EMG)模型、EMG优化决策模型以及人工神经网络(ANN)模型等。
研究趋势
为了使参与者真正能够“沉浸”于一个由计算机生成的虚拟座舱环境中, 必须使生成的虚拟舱的视觉场景足够逼真和自然, 一个好的交互式虚拟现实系统需给人的感官提供与现实环境相似的刺激。建立一个完善实用的交互式航天工效学设计虚拟实验系统, 需要在以下六个方面取得突破 :
1)交互通道。只有被试者与虚拟系统建立多通道交互方式时, 才会进行可靠的工效学虚拟试验。目前, 产生一个完备的触觉和力的反馈在技术上还在不断的突破, 因而, 必须研究在进行航天工效学虚拟实验时的信息需求以及可靠实验系统的最低标准。
2)虚拟视景生成技术。构造虚拟场景要通过环境生成工具来实现。视景中的图像是计算机根据环境需要,利用给定条件与模型,在对图像数据和图形数据计算后所生成的。因此, 计算机图像处理中图形特征分析与推理以及图形模块相互作用和处理, 是交互式航天虚拟场景的一个首要环节。目前,已有的环境生成工具专用性很强, 尚不具有通用性。
3)头盔显示器的舒适性设计。尽管在过去的几年中,头盔设计已取得了明显的进展,但仍然存在舒适性较差的问题。另外,还需解决头盔的视场角和分辨率的适配性关系, 对实验系统中的被试者而言, 视场角越大越好, 因为这有助于它本人的操作性和沉浸感, 可是大的视场角会增加头盔的重量和体积, 甚至影响图像的分辨率。
4)三维图像处理与显示技术。虚拟座舱布局环境是由计算机根据研究要求和约束条件, 基于数学和视觉原理用小多边形“构造”出来的三维立体图像。据估计,建立载人航天器座舱内物品及对接机构形状等逼真的虚拟环境,需要的图像生成速度为8000万个多边形/秒,这就要求专门的数学模型和仿真软件,这是三维图像处理的主要内容。
5)位置感知。位置是被试者对虚拟乘员舱中的位置感觉,这是现实环境与虚拟环境的最主要区别。目前影响位置感知的因素很多,例如视场角、传感器的带宽、交互方式、被试者本人的特点以及实验过程中的任务等。因此,有必要对它们进行分别研究。
6)交会对接人工控制工效学虚拟仿真技术。航天器的空间交会对接是发展载人航天事业的一项关键技术。其控制方式分为自动和人工控制两种,根据国外经验,人工控制在交会对接的最终逼近与对接过程中发挥非常重要的作用。目前现有的人工控制交会对接仿真系统是由计算机系统(包括数学模型)、运动模拟器、座舱(包括控制操作台)、视景系统、操作负载系统等五部分组成, 其设备复杂、投资巨大。若采用虚拟现实技术, 整个系统由计算机系统、头盔显示器和数据手套三部分组成，将交会对接动力学模型存入计算机系统,通过计算机仿真,实时地解出这两个航天器间的相对距离和姿态角参量, 通过计算机生成图像, 在头盔显示器里实时地显示两个航天器虚拟环境, 此时航天员就像真正处在飞行空间进行交会对接操作一样。因而, 这样建立的系统设备简单、投资少。另外, 若需考虑空间环境因素(如失重、加速度等)，可以把虚拟交会对接仿真器安置在离心机上或模拟失重的水池里, 直接在航天员身上产生失重或加速度效应。这种具有空间环境效应的虚拟仿真器是现有仿真系统所没有的。因为采用通常技术的仿真器设备多、重量和体积大, 一般是不可能实现空间环境效应。
虚拟现实技术在航天医学工程中的应用
VR技术的特点与优越性以及国外(尤其是NASA)的载人航天实践启示我们,VR在航天医学工程领域有着极大的应用潜力,可能的应用场合包括下述几个方面。
乘员医监医保
在中长期飞行任务中,乘员医监医保更为重要。VR技术可发挥重要作用。首先在地面上可使用VR装置训练航天员进行手术治疗的能力。一旦在天上乘员出现疾病, 还可利用VR装置与地面医生一起研究治疗方案。还可开发舱载VR游戏机，供乘员娱乐消遣，以及为乘员准备专门的虚拟知己，能与之谈心, 以保持乘员心理健康。
空间运动病研究
VR虚拟景象经特殊设计可为空间运动病研究提供很好的手段,而且经过专门的VR装置,还可选拔航天员以及训练其对抗运动病的影响的能力。
可视化航天医学研究
可视化不仅能将大量的枯燥的原始数据转换成易于理解的图象,而且允许用户在数据空间和时域上前后移动, 这在航天医学研究中将得到广泛应用。不仅能对人体各部分生理属性建立各种静态和动态模型,还可将失重模型叠于其中,为研究人员提供研究人在失重条件下行为学和生理学变化与效应。另外,失重条件下心血管系统、骨骼系统、免疫系统等研究的实验数据通过可视化手段处理后能使研究人员发现更多有益和有趣的结果。
虚拟现实技术在飞行模拟器中的应用
传统模拟器在通用航空领域使用的局限飞行模拟器是培养飞行员的一个重要环节，利用高等级的飞行模拟器，可以模拟部分甚至全部飞行科目，可以消除飞行风险，大大提高飞行员的培训效率，降低培训成本。目前研制的模拟器，配备相应的视景系统及座舱仿真系统，这些系统针对特定的机型设计，因而只能用于培养单一机型的飞行员。在通用航空领域，其行业特点决定了通用航空使用的飞机型号种类多，单一型号飞机保有数量少，很多型号飞机的数量达不到配备特定机型模拟器的要求。据不完全统计，通用航空领域内固定翼飞机和直升机超过百种。同时，即便同种飞行器也会因为客户的选型不同而具有不同的配置，这就必然导致各种不同的模拟器之间存在着功能重复和交叉浪费。而为了保证飞行员的模拟训练，必须开发新型的飞行训练模拟器。
基于虚拟现实技术的飞行模拟器在通用航空领域的前景广阔，针对通用航空领域飞行员模拟训练的特点，必须开发一种有别于传统模拟器的、通用性强、可兼容多种机型的飞行模拟器。虚拟现实技术的发展，为飞行模拟器的研发提供了一种新的思路。同传统的飞行模拟器相比，基于虚拟现实的飞行模拟器有着无可比拟的巨大优势。基于虚拟现实技术的模拟器，不需要配置座舱等硬件设备，而是通过虚拟现实的方法，利用软件呈现一个完整的飞行训练环境。可以方便地实现一机多能，即利用一个训练平台完成多种机型飞行任务的训练。目前，飞行模拟器的视景系统及驾驶舱仪表显示系统普遍应用三维建模软件开发，这些完全可以与虚拟现实技术中的头盔显示器结合，为用户营造极具沉浸感的三维驾驶舱环境。
在20世纪90年代，波音777飞机的设计师们就已开始应用虚拟现实技术。按照传统的图纸设计方式，零件总数高达300万件以上的波音777，需要7000余名各类专业设计人员组成200多个产品综合研制小组同时工作。在规模如此庞大的设计工作中，小组之间的衔接不当、错误率、重复工作等现象时有发生;然而，在虚拟现实的三维模型仿真技术的帮助下，波音777的设计错误修改量较过去减少了90%，研发周期缩短了50%，成本降低了60%。
通用航空市场中，固定翼飞机与直升机种类繁多，与它们相应的真实性及沉浸感俱佳的D级飞行模拟器远超过了航空器的价格，因此，通用航空市场中C级或D级飞行模拟器的数量非常稀少。通航运营公司为了保证飞行的安全，只能引入低端的飞行训练器，这种训练器不具有运动系统，视景系统采用实像技术，显示效果较差，这些都降低了飞行训练的有效性。通过向飞行训练器中引入虚拟现实技术，配以相关的运动平台技术，能在极大降低飞行训练器价格的同时，显著地提升飞行的沉浸感，这也必然伴随飞行训练效率的提高。
美国军方的AVCATT系统将增强现实概念引入飞行模拟器，该系统使用光学透视式头盔显示器和真实座舱，通过精确的头部位置跟踪器实现了对直升机的模拟驾驶。基于头盔式显示器的虚拟现实飞行模拟器系统主要由头盔式显示器、计算机、数据手套、力感装置、话筒和耳机等组成。飞行员通过模拟操纵杆的力感装置进行飞行操纵，同时感受操纵力，利用数据手套操纵视景系统中虚拟仪表板上的按钮和开关。头盔上的空间定位装置实时测量飞行员的头位，并在头盔式显示器中显示相应空间方位的图像。将这套系统安装到运动台上，根据飞机姿态及速率变化信号驱动运动台运动，可以更逼真地进行飞行模拟训练。在计算机中可以安装多个机型的飞行仿真驱动软件及多个场景软件，根据培训需要，可自由选择培训机型和培训场景，大大提高飞行模拟器使用的灵活性。
虚拟现实技术在通用航空飞行模拟器领域具有广泛的市场前景，通过相应的技术手段，VR技术完全可以替代现有的飞行模拟器相关模块，极大地改善飞行学员的驾驶沉浸感，进而提升飞行培训的效率。飞行模拟器运营方可以显著降低设备成本，提高培训的经济性。
虚拟现实技术在无人机培训中的应用
民用无人机是一种特殊的航空器，相对而言，拍摄类无人机目前在影视行业应用普及，各类影视作品都会需要使用拍摄类无人机进行航拍作业，甚至是在其他专业领域，诸如商业设施航拍、遥感数据采集、植物保护、电力线路检修、灾后救援、工程建设、快递物流、环保检测等方面，无人机都得到了广泛应用。
而在无人机职业培训中，初学者进行飞行训练时存在一定的危险性和拍摄作业时的困难性：(1)失误操作导致的无人机损坏；(2)失误操作导致的人员伤害；(3)失误操作导致私人、公共财产损害；(4)不熟悉飞行拍摄操作导致的拍摄困难和实验教学效率低；(5)天气因素极其容易干扰到实践课程的进程。无人机飞行拍摄的培训，除了存在危险性之外，还存在一个缺陷，即在同时对数十名学员进行教学时，因为受到无人机固定面积区域同飞数量的限制和无人机单次飞行续航时间限制，难以让所有学员都能够快速地进行飞行的实际操作学习。这就要求学员在进行真机飞行前，都能够事先对无人机飞行进行模拟试飞，充分了解无人机飞行特性，熟悉基本操作后，才能在实际操作中最大化的降低失误概率，降低飞行风险。
为了解决无人机飞行训练中存在的问题，相关人员研究开发了一款无人机飞行虚拟训练平台应用软件。其能够使用计算机进行三维模拟飞行训练，让学员能够在实际飞行操作之前进行无人机的起降、飞行、拍摄演练。从而熟悉无人机的飞行拍摄感觉，能够在模拟训练中熟悉飞行拍摄的航拍画面取景，提升实际飞行教学的操作成功率。该软件具备以下功能：
(1)模拟无人机的飞行，包含飞行时的电量、高度、速度数据；
(2)模拟无人机在各种天气和天气强度下可能受到的干扰；
(3)模拟摄像头的操控，呈现摄像机画面，并可以模拟拍照保存图片。
虚拟现实技术在飞行员空间认知能力培训中的应用
飞行过程中，飞机状态在三维空间中不断变化，飞行员要不断对空间信息进行搜索、记忆、加工、整合、决策及判断，其中，解决每一项空间问题的关键都是以视觉空间表象为基础，其过程实质就是空间认知能力的体现。视觉空间认知能力是飞行员从事飞行职业的必备技能，与其飞行能力密切相关。经论证研究与试验检测，个体视觉空间认知特征与其飞行能力之间有内在联系，空间认知能力可作为飞行学员评估分析飞行能力与选拔培养价值预测的重要参考指标。针对空间认知能力基础理论、试验方法的研究讨论，尤其是如何有效预测检验及训练培养空间认知能力具有重要的现实意义。目前，传统视觉空间认知能力测验是否具有针对性、测验间的相关度和测验对个体空间能力评定是否具有跨情景、跨方法的一致性等方面都逐渐产生了一些问题。虚拟地理空间环境具有的沉浸、交互等特征，使得被试者的逻辑思维和形象思维并用，提高了其空间信息感知能力，为空间认知能力预测检验、训练培养提供了一种开创性的技术手段。
空间认知能力预测检验现状及存在的问题
目前，飞行员空间认知能力的预测检验及培养训练主要有4种途径，即生活实践、飞行实践、模拟训练和离心机训练。其中，人类千百年生活实践中，地面上进化出的空间认知方式和前庭器官并不能完全适应飞行三维活动；飞行过程中，飞行员既要判读仪表、操纵飞机，又要进行空间认知，分配给空间能力培养的时间和心理资源较少；离心机训练复杂、设备昂贵，目前主要用于阶段性优秀飞行员选拔与训练；飞行模拟器主要用于改装、飞行技能保持，较少用于空间认知能力检测及培养。通过国内外文献阅读整理及调研交流，分析研究现行的试验方法逐渐暴露出以下几方面问题。
1、空间认知能力因子各自的测量方法尚无普遍认可的方法工具，随着时间推移，目前应用测验的结构效度逐渐引起研究者的质疑，发现存在着一定的误用。
2、不同测验间的相关度、个别测验是否具有针对性、现行测验在跨情景、跨方法时对视觉空间能力的评定结论是否一致等方面都还有待进一步证明。
3、近期实践证明，静态测验结果仅与初期飞行成绩有关，而与后期飞行能力相关度低，出现了“时间性准确度减退”现象。目前，经过大量实践研究及反馈，发现现行量表测试只与训练成绩有关，不排除“训练效应”，但与后期实践绩效相关性不高，分析原因有可能是刺激环境缺乏生态性、真实任务导向，缺少其他环境变量的综合影响，过于单一因素刺激得到的结果。
4、现行动态空间能力测验只关注了客体动态因素，未考虑主体的动态变化影响，更未考虑主客体同时处在动态环境中的实际空间能力。
5、目前，视觉空间能力测验更多关注行为反应的个体差异，在脑认知及神经机制方面的差异分析研究深度不够。
利用虚拟现实技术进行试验优势
VR技术能更好地模拟真实环境，增加情景意识，从而提高被试者的空间信息加工能力，会使空间能力的测试更加注重生态性。基于VR技术的空间能力试验将会结合综合性动态飞行实际任务，试验场景更接近真实飞行情境，可为被试者营造仿真性、沉浸性、构想性空间认知试验环境，关注其在动态情境中的实时加工能力，更为准确地评估和预测飞行员的优势动态空间能力，这种试验方法改进趋势将会成为未来飞行员空间能力研究的主导方向。
1、虚拟地理空间环境的仿真性空间认知
虚拟环境可真实地模拟现实地理世界，实现物理上、功能上的事物和环境。飞行学员投入到这种环境中，立即有“身临其境”的感觉，并可亲自操作、实践，参与虚拟地理空间环境交互作用，形成对真实地理空间环境的仿真性空间认知。构建的空间地理虚拟环境是飞行空间信息融合系统，飞行学员在进行空间认知能力试验时，可实现实时的空间态势感知，并对实时空间的容纳对象进行发现感知及位置判定，还可实时认知所处空间环境涉及的地理环境信息，实时真实地感知学习空间承载的目标多种属性信息，进而体验真实飞行所带来的感官体验及分析判断。
2、虚拟地理空间环境的沉浸性空间认知
虚拟环境中人的身体非真实存在，亦未消失，只是以一种代理身体形式存在，继续发挥着身体的作用。通过将收到的各方面知觉信息反馈给人的身体本身，人的空间认知能力也会以化身作为主体得到发挥。在虚拟地理空间环境中，飞行学员可在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知系统感觉自己融合到虚拟环境中，相信自己正处于某个真实的环境中，去感知、预判，与虚拟环境交互，在交互过程中去重复感知、预判。这种基于构建的虚拟环境产生的空间沉浸感，可有效地开展飞行学员空间认知能力相关试验，训练培养实际飞行中的空间认知能力。
3、虚拟地理空间环境的构想性空间认知
空间地理虚拟环境中，被试者的主要认知方式应合乎虚拟环境的要求，而不是真实环境，而由认知引发的动作也应与虚拟环境有关而不是真实世界。如一名飞行学员完全沉浸在构建的虚拟地理空间环境中，用驾驶杆等操控装置来反映具体试验任务，他要选择与虚拟环境相适应的真实世界规则，操控飞机完成试验任务，他的反应会适应实时虚拟地理环境，将在虚拟环境中按照试验构想处理相应真实世界的问题。利用虚拟地理空间环境的构想性认知可拓宽飞行学员的空间认知试验范畴，对于飞行学员的空间认知能力预测检验、训练培养具有重要的现实意义。
4、空间认知能力虚拟试验构想及设计
基于虚拟地理空间环境的空间认知试验主要包括试验设备及试验内容研发。试验设备主要由飞行空间认知试验台、平台控制和数据采集席、图形工作站等组成。其中，飞行空间认知试验台由六自由度运动座椅、眼动追踪仪、生理测量设备、VR 头盔等组成。试验内容主要包括空间认知能力各要素的虚拟情景试验脚本设计及开发实践。
VR技术在民航训练领域中的应用
1. 飞行员训练
飞机驾驶与其他驾驶工作一个重要差异就是高脑力负荷，即指在某些飞行阶段需要在极短时间内迅速而准确的完成一系列的判断和操作。飞行员需要同时调动多种感觉器官对外界信息进行感知，除了用视觉感知外部视景和仪表参数、听觉感知告警声响外，还需要通过前庭系统感知飞机的运动状态，通过力反馈感知飞行手柄的反馈力度和各种控制键的状态。这些操作需要通过反复的训练转化为熟练的认知反馈和带有肌肉记忆性质的动作技能。而大部分涉及力反馈的训练都需要实体设备，现阶段VR设备的力反馈设备无法达到要求。VR设备到底能在飞行训练过程中发挥怎样的作用，还需要通过规避现有VR技术局限寻找合适的应用场景。此外还需要考虑合规的要求，必须在民航法规规则范围内开展训练。具体来说，我们认为现阶段要想在飞行员训练中应用VR技术的优势就必须避开需要力反馈参与的训练内容。
1.1. 驾驶舱布局学习与熟悉
商用客机的驾驶舱布局非常复杂，飞行学员在进入程序训练前需要熟记各个面板上的仪表和控制设备的位置和功能。成本的原因不会在飞行模拟器上进行学习，一般采用挂图的方式或者在IPT（程序练习器）上进行。挂图是平面形式，需要通过理解建立起和驾驶舱形成的空间映射，这种技能迁移效率比较低。IPT虽说是低端的训练设备，但也涉及硬件和软件的投入，面向个体的普及率无法达到较高的水平。这一类的训练便可以使用VR技术手段进行替代，飞行学员可以佩戴VR头盔在沉浸式环境下进行布局学习，VR技术能够很好的再现真实座舱环境，其技能迁移程度非常高。
使用VR设备进行驾驶舱布局学习与熟悉一般在飞行驾驶技能形成的初期阶段，以个人学习的形式为主，在这一阶段局方并未强制约定哪种手段进行，因此对VR技术的应用没有法规障碍，关键还是取决于用户和局方对应用方案培训效果的认可程度。这种训练应用不需要力反馈参与，如果广泛推广，其终端成本很低，需要注意的是尽量采用分辨率高的VR设备，防止纱窗效应带来的仪表读取困难。
1.2. 高等级训练设备的辅助训练工具
尽管全动（D级）飞行模拟器的训练效果最佳，但由于其价格非常昂贵，航空公司处于训练成本的考虑，无法大量使用高等级训练设备来进行人员培训。为了合理利用训练资源，飞行员在进入全动模拟器之前需要先在成本相对较低的IPT（程序训练器）上完成基础的程序训练。不过IPT的成本依然比较高，教员数量也有限，因此也面临无法大规模应用的矛盾。
我们可以利用VR程序进行预先训练解决这一问题，也就是在进入高等级训练设备训练之前，学员先在VR环境下将整个操作程序进行熟悉，保证在进入训练设备进行操作技能训练之前，已经熟知了这些技能的认知内容，进而再利用带有力反馈的真实飞行手柄和控制装置来训练需要有肌肉记忆的动作技能。这相当于在高等级训练设备和书本、CBT之间加入一级VR训练装置，进行程序性认知技能训练。这样会大大提高整体的训练效率和水平。该种方法目前已经在美国空军飞行员培训的PTN计划中得到应用，最终结果证明了插入的这个VR训练装置会大大提高整体的训练效率，减少了在高等级训练设备上的训练时间。
插入VR程序训练应用实际上就是细分了训练级别，充分利用了VR训练应用低成本的优势，将程序操作训练内容剥离出来单独进行训练，并且绕开需要力反馈参与的技能训练。而且这种VR应用的方式只是辅助训练方式，最终还是需要满足局方对高等级训练设备的使用要求，但这种培训方案的设计，解决了合规的问题，最终提高了整体训练效率。
2. 机务技能训练
笔者是航空机务出身，有过很多年的机务教育培训经历，机务技能培训一般分为三种类型：基本技能训练、维护流程训练和排故训练。基本技能训练主要是指拆装保险、开关舱口盖等涉及细微手部和肢体动作的动作技能训练，这类训练需要通过反复操作形成肌肉记忆，最终形成熟练的动作技能。这类精细操作动作技能会涉及到力反馈，往往需要通过工具的力反馈来判断施力角度和力度，现阶段VR领域的输入方式精度有限，力反馈技术很不成熟，难以提供训练所需要的高精度输入和力反馈，所以这类训练不适合在VR方式下进行。而另外两种类型技能训练则是VR技术的优势所在：
2.1. 维护流程训练
民航领域非常强调操作程序，所有的操作都需要按照事先设计好的流程进行，机务工作也是如此，维护操作（如航前绕机检查、更换轮胎等）有严格的顺序要求，并且每一步都有严格操作标准。这就需要进行反复的操作训练才能形成熟练的维护技能。实际训练中由于训练装备有限，机务人员实践机会有限，往往只是通过书本或者CBT进行记忆，很难形成有效的技能迁移。而VR工具的特性就是能够进行复杂的交互操作，可以将维护工作按照流程要求开发成VR训练软件，机务人员可以在虚拟环境中反复的操作形成最终操作技能。这种VR交互训练程序不仅训练效果比传统手段好很多，而且效率也会比传统手段要高，这两点也在我们这些年的VR训练程序开发实践中得到了验证。
2.2. 排故训练
机务排故训练类似于医生对病人病情进行诊断，需要综合多种故障现象来判断原因所在，而故障的复现在传统训练中一直是个难题，特别是复杂故障现象，比如主要部件裂纹、发动机喘振甚至很多机务人员一生中都未曾见过，并且在实践中有些危险故障是无法进行复现的，机务人员只能通过视频和图片来进行记忆，缺乏对故障现象的全方位了解，这种方式训练获得的技能是有欠缺的。而VR技术则可以有效弥补传统训练手段的短板，VR技术能够精确的模拟故障发生的现象，并能够通过分解动画等方式来演示故障成因，不仅让机务人员在训练中有效的获取故障现象，而且还能直观的给与故障原理演示。
3. 乘务技能训练
与一般人想象不同，乘务人员训练在民航法规中是有严格的类型、流程、内容和时长要求，在应急生存训练和飞机飞行训练中有大量处置流程和飞机设备使用训练，这些训练一般情况下都需要在模拟客舱中进行反复实训和演练，与飞行员和机务人员面临的问题相同，就是成本高效率低。乘务人员大量的处置程序和设备使用训练没有力反馈辅助对于最终的训练效果影响不大，所以可以使用VR技术应用进行训练。
3.1. 机上设备使用
机上设备使用训练虽然难度较小，但是仍然需要占用大量的实际装备和模拟客舱的训练资源，可以在实训操作前使用VR应用进行预先训练，利用VR技术交互性好的优势，进行设备使用程序和注意事项的培训，由于这些技能主要是程序认知性的，不需要或者需要很少的力反馈协助，VR训练技术完全可以胜任。这些设备使用VR培训是预先性质的，并不替代实际装备和模拟客舱的培训，只是事先完成了大部分程序性技能训练，提高培训质量，缩短培训时间（部分民航培训是有时间要求的，在这些训练过程中VR训练暂时只可以提高培训质量，不能压缩培训时间，但是有可能通过长期实践的验证来修正一些法规要求），与民航法规并无冲突。
3.2. 一般和紧急状况处置
乘务员在飞机上的大部分行为也都是程序化的，有明确的处置流程规定，包括一般和紧急处置流程，这些训练同样要占用模拟客舱甚至需要大量的人员进行保障。特别是紧急情况处置流程不仅训练过程成本高而且有一定的安全风险，不能进行反复训练。这些处置操作程序性很强，完全可以使用VR应用进行训练，不仅成本很低，而且无风险，还能反复训练，提高技能水平。这些VR训练与设备使用训练一样，可以作为实际演练前的预先训练，降低训练成本，提高训练效率，同时符合民航法规要求。
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