观察者存在对远程军事训练中虚拟人类混合现实环境中受训者心理状态和表现的影响

研究背景与问题

作者发现了哪些问题或挑战？

作者指出，在远程军事训练中，培训效果可能会因学员的注意力和参与度不足而下降。传统上，为了弥补远程训练中缺乏现场互动的问题，常常会安排现场观察员来监督和评估学员的表现。然而，现场观察员的存在可能会带来负面心理影响，例如增加学生的压力和认知负担，尤其是在复杂或不熟悉的任务中。

为什么这个问题很重要？

军事训练中高效培养士兵的执行能力和心理适应性至关重要，尤其是在面临复杂或新颖的训练任务时。过高的心理压力可能削弱学员的表现，而缺乏监督又可能导致学员分心或参与度下降。因此，平衡监督的必要性和心理负担显得尤为重要。

研究动机与相关工作

技术进步使得混合现实（MR）和全息远程教育成为可能，为培训情境模拟提供了沉浸式体验。虽然虚拟人类（如虚拟化身）已在军事模拟中被广泛应用，但替代现场观察员的效果尚未得到深入研究。作者旨在探索虚拟观察员是否可以实现与人类观察员类似的训练效果，同时减少心理压力。

解决方案

作者提出了哪些方法或解决方案？

研究通过比较以下三种条件来验证观察员的影响：

1. 没有观察员的训练 (NO)。
2. 有现场真实观察员的训练 (RO)。
3. 有虚拟观察员的训练 (VO)。

虚拟化身由训练员远程实时控制，以模拟指令与任务环境的交互。此外，研究还设计了虚拟观察员，其视觉和行为特点均匹配真实观察员，但通过混合现实技术增添的虚拟元素。

该解决方案的创新之处是什么？

1. 混合现实环境：使用MR技术提供了逼真的训练环境，增强了存在感和沉浸感。
2. 虚拟人类的应用：以实时控制的虚拟化身取代传统的语音或文本指令，提升了协作感和任务参与度。
3. 虚拟观察员测试：通过研究虚拟观察员替代真实观察员的可能性，提供了一种平滑降低心理压力的解决途径。

实施步骤是什么？使用了哪些关键技术？

1. 实验设计：通过一个独立变量（现场观察员的有无类型）的三种条件比较（NO、RO、VO）。
2. 设备与平台：使用Meta Quest 3设备和基于MR的训练平台，提供动态训练内容并引导学员完成如武器选择、目标射击等任务。
3. 指标测量：使用包括情绪变化问卷、压力水平（SUDS）、任务工作负荷（NASA-TLX）、存在感问卷（IPQ）等量化措施，评估观察员存在对心理状态和任务表现的影响。
4. 用户行为分析：记录学员在任务完成后的虚拟化身回避行为和任务完成时间，以衡量学员的行为模式。

研究成果

取得了哪些具体成果？

1. 心理状态的变化：

   • 现场观察员（RO）的存在显著增加了学员的压力和指令工作负荷（例如，心理需求和时间需求）。
   • 虚拟观察员（VO）的影响介于真实观察员（RO）和无观察员（NO）之间，产生了适度的心理压力。

2. 任务表现：

   • 虽然观察员的存在对学员的心理状态造成影响，但训练任务表现（如射击气球和响应战术信号）未受显著影响。
   • 混合现实内容的沉浸感和虚拟化身的高效引导可能减少了观察员对任务表现的负面效应。

3. 与现有解决方案的比较：

   • 虚拟观察员在维持训练纪律和稳定学员心理状态方面，比真实观察员表现更好，同时避免了现实元素对虚拟环境的破坏（如“存在感破裂”）。
   • 没有观察员（NO）能显著降低学员的心理需求，但可能不适合需要严肃纪律的军事训练。

4. 专家反馈：

   • 军事专家认为虚拟化身能有效增强训练，尤其适用于不便进行实地模拟的环境（例如高风险操作）。
   • 但模拟触感（如武器重量与后座力）和情感反馈能力尚需改进。

实验或评估结果是什么？

1. 心理压力：
   • SUDS评分显示RO组的心理压力显著高于NO组。使用NASATLX的任务工作负荷测试显示，精神需求和挫折感在RO组最高。
2. 训练质量：
   • 所有组别的训练投入、空间存在感和系统易用性评分大致相等，表明MR内容和虚拟化身对整体训练效果有积极作用。
3. 回避行为：
   • 三个组的学员均表现出对虚拟角色的回避行为，说明无论是否有观察员，虚拟化身都能产生一定的社交存在感。

局限性与未来方向

1. 本研究未直接比较与传统训练环境（例如面授和全沉浸VR）的差异，未来应探索不同环境对训练效果的综合影响。
2. 仅招募了男性参与者（基于韩国强制服兵役背景），可能限制了结果的普适性。
3. 实验控制下限制了学员自由探索内容的能力，与现实中士兵的自主行动有所差异。
4. 推荐未来进一步开发虚拟化身的情感交互功能，如实时解读学员情绪并提供鼓励，以提升特定情况下的训练有效性。

总体而言，本研究为军事及其他远程领域的训练（如医疗、技术教育等）提供了设计与实践的指导：使用虚拟观察员和混合现实技术可以在降低心理压力的同时维持较高的任务参与和训练效果。