一种基于虚拟现实的培训与评估方法及系统与流程

本发明属于虚拟现实领域，尤其涉及一种基于虚拟现实的培训与评估方法及系统。

背景技术：

1、在海洋运输和航运行业，船员的操作技能和应对高负荷工作环境的能力至关重要。随着全球贸易的增长，船舶的运载量和航行复杂性不断增加，船员面临的工作压力和任务复杂度也随之加大。传统的培训方法通常依赖于课堂讲授、实地操作和模拟设备，但这些方法存在一些显著的局限性。

2、首先，培训环境的局限性是传统方法的一大短板。尽管一些培训中心具备模拟设备，但这些设备往往无法完全复制真实的航行环境。在实际操作中，船员可能会遇到各种不可预见的情况，如恶劣天气、设备故障或突发事件。传统的培训无法让船员充分体验这些情境，导致他们在真实航行中的应变能力不足。这种缺乏实战经验的培训方式，可能会在关键时刻影响船员的决策能力和操作安全性。

3、其次，技能评估的主观性也是一个值得关注的问题。传统培训中，船员的技能评估往往依赖于培训师的个人判断和经验，缺乏客观性和一致性。不同的培训师可能会对同一船员的表现有不同的看法，这种主观性使得评估结果难以量化，无法为后续培训提供明确的指导。此外，缺乏统一的评估标准也使得培训效果难以进行横向比较，影响了培训的整体质量。

4、再者，反馈与适应性不足是传统培训的另一个缺陷。通常情况下，船员在完成培训后，会在几周或几个月后进行一次评估，而不是在培训过程中提供实时反馈。这种滞后的反馈机制使得船员在实际操作中无法及时调整自己的技能，导致培训与实际工作之间的脱节。因此，无法根据船员的表现迅速调整培训内容，以满足其个性化需求。

5、此外，生理状态监测的缺失也是传统培训方法中的一大不足。船员在高负荷工作环境中，身体和心理状态对其操作表现有着重要影响。传统培训往往忽视了这一点，没有实时监测船员的生理指标，如心率、呼吸频率等，导致无法评估船员的心理负荷和身体疲劳。这种忽视可能导致船员在高压环境下做出错误决策，从而影响航行安全。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种基于虚拟现实的培训与评估方法，包括以下步骤：

2、步骤s101、创建虚拟现实船舶操作工作场景模型，关联相应的虚拟现实vr设备；

3、步骤s103、利用生理反馈监测设备，实时获取所述相关人员的生理状态数据，所述生理状态数据包括心率、呼吸频率和皮肤电反应，并基于所述生理状态数据计算所述相关人员的工作负荷指数wli；

4、步骤s105、基于所述相关人员的操作表现数据，对所述相关人员的操作技能进行评估结果；

5、步骤s107、根据工作负荷指数wli和评估结果，生成个人化的培训建议。

6、其中，所述步骤s103中所述工作负荷指数wli采用如下公式进行计算：

7、其中hri表示第i次心率数据，bri表示第i次呼吸频率数据，edri表示第i次皮肤电反应数据，ci表示对应的权重系数，n表示监测次数。

8、其中，所述步骤s105中所述操作表现数据包括任务完成时间指标t、操作准确性指标a、反应时间指标r、步骤遵循率指标s和生理指标b。

9、其中，所述步骤s105中定义如下综合技能评分的计算公式：

10、

11、，其中，c为综合技能评分；d为任务的实际持续时间；λ为衰减常数，表示性能随时间的衰减；t为时间变量，表示在任务持续时间内的瞬时值；

12、ttarget为目标任务完成时间；rtarget为目标反应时间；bmax为生理指标的最大值；ha(a)、ht(t)、hr(r)、hp(p)、hb(b)、hw(wli)为归一化函数。

13、其中，所述步骤s107中培训建议基于培训需求生成，所述培训需求采用如下公式表示：

14、

15、，其中，n为培训需求；m为样本数量；wlitarget为各个指标的目标值；k1,k2,k3,k4,k5,k6为权重系数，反映各指标在培训需求计算中的重要性。

16、其中，所述步骤s107包括：

17、如果c<ctarget，则n>0，表示个人的技能水平低于目标水平，需要进行培训；

18、如果wli>wlitarget，则需要进行压力管理和效率提升的培训；

19、如果n>0且wli≤wlitarget则培训内容集中在操作准确性和反应时间；

20、如果n>0且wli>wlitarget则培训建议应同时关注操作准确性和反应时间和工作负荷管理。

21、其中，所述步骤s101中采用blender或maya进行3d建模，创建环境和船舶场景，从而构建虚拟现实船舶操作工作场景模型。

22、其中，所述船舶场景包括操控室、甲板操作或应急响应。

23、其中，所述vr设备包括：oculus quest 2、vr控制器或htc vive tracker中的一个或多个。

24、本发明还提出了一种基于虚拟现实的培训与评估装置，包括

25、vr场景创建模块，其用于创建虚拟现实船舶操作工作场景模型，关联相应的虚拟现实vr设备；

26、工作负荷指数生成模块，其用于利用生理反馈监测设备，实时获取所述相关人员的生理状态数据，所述生理状态数据包括心率、呼吸频率和皮肤电反应，并基于所述生理状态数据计算所述相关人员的工作负荷指数wli；

27、评估结果生成模块，其用于基于所述相关人员的操作表现数据，对所述相关人员的操作技能进行评估结果；

28、培训建议模块，其用于根据工作负荷指数wli和评估结果，生成个人化的培训建议。

29、与现有技术相比，本发明具备如下优点：

30、vr技术提供了高度仿真的虚拟环境，使船员能够在安全的情况下模拟真实的工作场景，提升实际操作能力。

31、通过机器学习模型对船员的操作表现进行定量分析，生成综合评分，提供准确的技能评估，消除了主观判断的偏差。

32、系统可实时监测船员的生理数据和操作表现，根据评估结果动态调整培训内容，实现个性化培训，确保培训方案与船员的实际需求相匹配。

33、将生理监测数据纳入技能评估体系，确保在高负荷工作环境中，船员的心理状态和身体疲劳得到充分考虑，提高了培训的科学性和有效性。

34、通过针对性培训和实时反馈，船员在面对复杂工作环境时的适应能力和应对策略得以增强，显著提升了操作安全性和工作效率。

技术特征：

1.一种基于虚拟现实的培训与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤s103中所述工作负荷指数wli采用如下公式进行计算：

3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤s105中所述操作表现数据包括任务完成时间指标t、操作准确性指标a、反应时间指标r、步骤遵循率指标s和生理指标b。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤s105中定义如下综合技能评分的计算公式：

5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤s107中培训建议基于培训需求生成，所述培训需求采用如下公式表示：

6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述步骤s107包括：

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤s101中采用blender或maya进行3d建模，创建环境和船舶场景，从而构建虚拟现实船舶操作工作场景模型。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述船舶场景包括操控室、甲板操作或应急响应。

9.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述vr设备包括：oculus quest 2、vr控制器或htc vive tracker中的一个或多个。

10.一种基于虚拟现实的培训与评估装置，包括

技术总结
本发明公开一种基于虚拟现实的培训与评估方法及系统，所述方法包括：创建虚拟现实船舶操作工作场景模型，关联相应的虚拟现实VR设备；利用生理反馈监测设备，实时获取所述相关人员的生理状态数据，并基于所述生理状态数据计算所述相关人员的工作负荷指数WLI；基于所述相关人员的操作表现数据，对所述相关人员的操作技能进行评估结果；根据工作负荷指数WLI和评估结果，生成个人化的培训建议。本发明能够提供沉浸式培训体验、客观技能评估、实时反馈与动态调整、综合考虑生理状态和提升安全性与效率的有益效果。

技术研发人员：陈杰,刘成义,周生俊,殷梦馨,杨琴,宋江峰,高长华,米源,刘克勤,孙化东
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30