计算机应用虚拟现实在矿山人员安全培训中的作用（一）英国诺丁汉化学、环境与矿业工程学院院长B.登比讲师D.斯科菲尔德工、监察和管理人员的安全培训创造了机遇。VR有潜力使矿山人员以安全、良好的视觉和交互的方式置身于危险境地，并能建立总体的布局、动态的作业和开采环境下的模拟。这一虚拟矿井能允许采矿人员在其中自由走动，在关键的地方作出决策。同时，不论决策的正确与否，其结果都会立即反馈给受训者。
0引言露天与地下采矿环境的危险性限制了可实行的安全培训的种类。室内训练经常脱离真正的操作环境，并且这种训练仅能在某种水平上增长人的知识与技能。很自然，职业培训必须保证受训者处于安全的工作实践和过程内。
Simpson（1996）都已强调了矿业要重视安全的态度。他们共同的主题是：在危险识别和个人风险性确认方面需要高质量的培训。
虚拟现实（VR）能够使矿工以安全、良好的视觉和交互的行为的方式置身于危险的虚拟境地，并能模拟展示实际的采矿布置、动态的操作和开采环境。它允许采矿人员在虚拟矿井中任意走动并作出重要决策，不论这种决策正确与否，都将被立即反馈给受训者。正因为现在VR系统具有操作简单、良好的视觉、实施便宜的特点，因此其进行集体培训的潜力巨大。
本文通过诺丁汉大学开发的事例图文并茂地阐述了虚拟现实的潜在用途。这些事例所包含的系统如下：???在安全生产实践中培训露天矿汽车司机???在常规安全监察中培训和测试新矿工???在事故反应中培训和测试矿山救护队。
1虚拟现实技术VR是一种持续更新且似乎其更新速度在不断加快的技术。由于常规出版物中的有关信息很可能已经是过时的，因此，大部分有关该技术的最新信息可以从因特网上获得。建议读者查阅AIMS站点（www.aimssolutions.com.），浏览虚拟现实培训软件的最新发展。所以，与其将精力集中在目前的现状上，不如回顾一下这门技术的基础。许多有代表性的文献，诸如Rheingoldetal.，（1996）等都提供了这些基础的范例。
VR系统基本上是对现实世界的实时计国外金属矿山算机模拟，在这个系统中，虚拟的世界、对象行为以及与用户的交互是基本的要素。系统由软件和硬件组成。硬件包括一个普通快速处理器、一个专门的图形处理器、输入装置（如键盘、鼠标、操作杆以及一些专用设备）和输出装置（如普通显示器、投影系统或头盔式显示装置）。软件提供了在虚拟世界中创建图像和操纵对象的功能。
尽管对大多数VR系统来说，其主要硬件部分是相同的，但仍然有很多硬件种类、型号可供选择，主要特性分类如下：1）输入设备：该种设备允许用户与虚拟现实系统之间交互并控制系统的行为。输入设备包括简单的键盘输入（极少被采用），鼠标或操纵杆以及更为高级的专门控制装置，如控制模拟器或形体跟踪设备。经验表明，简单的操纵杆对大多数低价系统来说也许是最简单的配备。
2）处理器：处理器可以处理输入信号和针对模拟而需要的特殊计算并且产生输出结果。VR系统非常急切的需要处理这些信息并且使你永远也无法满足其要求的处理速度和能力。实际上，现在所有的VR系统，无论处于何种档次上，其大量的图形处理都由专门的三维图形处理器进行，以便获得高质量的图形输出效果并具有足够的速度。同样，在声音产生方面也由专门的处理器进行。
3）内存：为有效地存储复杂的世界，VR系统一般需要相对小的内存。正是由于高效的处理器和软件算法才不断产生系统的输出。
4）输出设备：与输入设备相拟，有广泛的外设供选择。如普通平面显示器，投影系统以及具有立体视觉的完全嵌入式头盔显示器。绝大多数的廉价系统采用某种屏幕的显示器。
用于建造VR世界的软件系统有许多种。以下是一些常用的方法：1）采用某种形式的CAD系统建造VR世界中的对象（例如，设施、场景及人物）。
很多CAD系统通常提供与VR系统接口的输出功能。
2）VR外壳能够用于建造VR世界。
这些系统提供一系列的常规功能以便使对象与加在其上的有限功能以相当快的速度融合。通常情况下，这些系统常用于快速构造原形，但对于更为复杂的情节却缺乏足够的灵活性。
3）VR工具箱可代替VR外壳。它通常以专用代码库的形式存在，这些代码库与程序语言结合可以提供高水平的灵活性和效率。由此可知，工具箱远比VR外壳更需编程技巧，但它通常用于构造高质量的系统。
4）浏览器是专用程序，它允许用户不必通晓程序如何运行就能够与VR世界交互。浏览器通常界面尽可能简单，以便用户能够将精力放在VR世界而不是交互界面上。
低档的VR系统。前文说过，尽管常规出版了的信息都已过时，但还是有必要查看一下当前有关廉价VR系统的杂志，因为这些系统很可能是用于对矿工成批培训的系统。
近年来PC技术的飞速发展以及在广阔范围内对桌面VR存在的巨大的潜在市场意味着这一领域将会出现一些高速的发展。当这些发展大多数面向休闲业时，对于开发面向工程的系统也就存在一个极好的机遇。到本文发稿时，一种S1000型具有VR培训所必须的图形加速功能的桌面PC问世。这样的系统能够产生具有连贯平稳动作和立体（环绕）声音的高水平虚拟世界。因为这种机器也适用于其他种类的应用，所以对于这种较高价格的硬件不必有太多的争议。
当硬件性能价格比达到合理的水平时，就会存在一个不断增长的VR软件市场，它导致了软件开发成本的不断降低。随着VR在采矿中应用市场的不断扩大，将促使完成训练系统所需的单位成本的降低。因此，VR是一种昂贵技术的争议将不复存在，并且随着单位成本的大幅度下降，采用VR进行成批培训的机会将继续增大。
在许多领域都有基于VR培训的事例，这些事例表明了将其用于矿业的方式，以及2危险识别/风险评价模型诺丁汉大学开发的大多数系统利用了一种方法学，它基于危险识别和风险评价这一重要的概念。安全培训必须涉及到开发一种技术，即不仅能够识别在工作空间存在的潜在隐患，而且能够评价危害的严重程度以及评价导致事故发生的概率。
识别潜在的隐患需要知识、技术、意识和聪明才智。评价危害的严重性依赖于对危害自身的理解和当事故发生时可能的伤害。
评价导致事故发生的概率也依赖于对环境、设备和过程的理解。当这些具备后，做出评价基本上就靠个人的经验了。
在诺丁汉大学，作者一直在研究通过这种方法综合开发出一种能够被用在大量VR世界的模型。基本上来说，该法具有以下特性：???这种方法提供一个能使用户通过简单和直观的界面就能自由浏览的VR世界。
???在虚拟世界范围内的任何点，用户能够驻足辨别与特定危险相关的事物。
???用户能够选择事物所属的危险类型。特定的事物也许不止与一种类型的危险相关。
???一旦危险类型被确定，用户必须从有限的选项中选择危险的严重程度（典型的选项包括轻伤，致残伤或致命伤）。
???用户必需能够判断危险发生的概率。典型的选项包括低、中和高。
???一个附加的选项是使用户能够选择行动的过程（例如通知主管或由个人解决问题）。
需要注意的是尽可能的运用语言变量，并且用户能够通过图示（或图标）作出选择。这对那些文化层次较低的矿工来说，使用这样的系统显得尤为重要。
作为这种模型应用的一个事例，考虑这样的情况：用户走在采矿运输卸载各环节正在生产的矿井运输长巷内，在交叉点附近，有一个事故截面，通电电缆掉入运输通道。这样，事件的发生顺序应该是：???用箭头、鼠标或操纵杆选定电缆???判断存在危险是触电???判断触电的严重性是高???判断触电的概率为高。
2.1训练与测试同一VR系统能够用于不同的模式。其中，训练与测试二者相似但在某些方面又有些不同。在训练模式下，当受训者走在虚拟世界中时，VR系统高亮显示潜在的危险处。比如在上例中，当受训者接近交叉点时，电缆将被通过增强视觉（例如电缆变红）来加以强调，并且演示触电的正确反应，展现出触电的严重性以及触电的高概率。
在测试模式，受训者被置于同样存在大量危险的相似环境下，但却有些不同。当接近危险处时，危险的对象不是被强调显示，而是由用户主动通过点击鼠标或操纵杆按钮确定所存在的危险，并进一步选择一系列的选项以评价其潜在的严重性和危险发生的概率。同样，有时同一事物存在有多重危险的选项。
当计算机基于这种形式的测试不变时，自动记录受训者表现是可能的。这样，测试完成后就可获得一个评估受训者表现的总结报告。每种危险都能根据其重要性排序，用国外金属矿山户的反应也可根据操作的正确性排序，没有被发现的危险单独列出，有待进一步开发的更为先进的系统能够改变测试，包括增加测试时未被发现的危险，这样可提醒受训者针对特定的危险进行训练。
使用VR系统的一个真正的好处在于用户化和应用危险随机性。这一点非常重要，它意味着受训者无法通过反复摸索训练从而获得测试的合格。每一次测试都是****的，这样，受训者所具有专业知识就被评估出来。
2.2基于资格测试的VR系统应用通过这种方法进行资格测试也是可能的。有些特殊的问题发生在那些滥用药物或酒精后工作的矿工身上。也存在一些家庭问题与这种滥用相结合，致使矿工到岗后不能安全有效的胜任工作的情况。世界范围内大量的这种神志不清的操作在这一领域会有一些特定的问题。
作者建议现在应该考虑将基于VR并用于发现危险点能力测试的系统作为一种真正的选择。可以考虑这种情况，一汽车司机到达上班地点，所面对的真实的VR是模拟他或她的汽车以及矿山场景的布置。在VR世界中，随机出现的问题会呈现于司机面前，他或她的反应情况能被自动的评估。没能找出危险的事件或者没能对找到的危险作出恰当的反应可能预示那个人的某些表现有问题。这些问题的事例很可能是警告灯的闪烁，超速行驶或者追尾。因为工人每次当班中所遇到的危险是不相同的，所以，他或她不能通过记忆来蒙混过关。并且对于这种轮班，也将测试司机提取或应用知识的能力。
如果设计恰当，这样的系统能成为评价工程适应度的真正客观的尺度，它能够定制工人上岗时所应面对的环境和设备。仔细定义专注度下VR系统所预示的潜在问题要比工人将自己和同伴置身于实际工作中的危险境地好得多。在VR世界中没能发现警告灯开关是一回事，但不能发现真实世界中的问题却完全是另一回事。
将这样的系统发行流通之前有很多实际的问题要加以说明。如果有这种愿望，可以通过现有的技术解决这种类型的测试。需要有一个基准评价个体行为，并确保这个标准设定对工人没有影响。如果这个计划没有与工会恰当协商，就会出现一些问题。但是，作者觉得这些问题能够被克服，并且假设在危险环境中由于工人没有充分准备而引起了真正危险，那么，这种类型的评估对安全的改善是深远的。
2.3用VR改善训练系统必需强调指出，不推荐完全依赖基于VR的训练和测试。应用VR成功的事例表明，综合地认真设计培训计划是**真正的选择。VR系统有时不能模拟许多工作需要的策略技巧。人类交互的行为在许多采矿活动中也是重要的，但目前在VR系统中不能合成。然而，作为系统培训计划的一部分，应用VR系统的真正益处在于它能够强化室内教学而不是用在工作培训。
但是，使用VR系统的好处不仅如此，VR可用于使用正面反馈的适应性训练系统。如果某人多次错过某种危险或没能作出正确的反应时，就需要针对该人修改训练程序以提供有关该问题更详细的训练细节。在成批工人的培训时，如多次没有发现危险则预示出系统的培训存在某种类型的问题，它将反馈回培训的质量。需要认真考虑怎样使采矿工业与VR训练成功地结合起来。因为技术是现成的，重要的是一些主要采矿组织的培训部门该开始认真的考虑VR与哪些培训项目结合起来。
（待续）（王家臣张瑞新吴志山）
