严肃游戏在外军战术战伤救治模拟训练的应用和思考

郭 栋，黎檀实，何伟华，潘 菲，鱼 敏，张 戎

严肃游戏（Serious Game，SG），在学术界尚没有严格而明确的定义，不同的研究和开发者对SG的理解和界定并不完全相同，目前比较公认的本质特点是“不以娱乐为目的的游戏”或“以培训和应用为目的的游戏”[1]。自20世纪80年代诞生至今，一直被广泛应用于军事、医学、教育和科研等各个领域。随着计算机技术、数据库技术和仿真建模技术的发展，以美军为代表的西方国家军队逐步将SG理念与技术应用于战伤救治培训领域。战术战伤救治（Tactical Combat Casualty Care，TCCC）指南是美军和部分北约国家军队院前战术环境下的伤员现场急救标准，也是模拟训练的重点内容，而SG不仅能创造战术一线伤员救治的真实虚拟环境，还能为医务人员培训提供互动式训练，能有效提升和完善TCCC的培训内容。本文对外军应用SG进行TCCC培训的研究情况予以简要介绍，并提出对我军开展战伤现场急救模拟训练的几点启示。

1 战伤救治模拟SG概述

战伤救治模拟严肃游戏是立足于游戏的一种军事仿真和模拟平台，综合模拟战场背景、伤员特征和救治流程等关键要素，以模拟遂行战术背景下伤员现场急救活动为主要行为，是军事类游戏在卫勤训练领域的具体运用。通常来说，严肃游戏都具备以下共同属性：（1）游戏背景及故事情节，对游戏过程的发展起基本引导作用；（2）游戏机制和运行规则，控制了游戏的基本功能、运行方式以及游戏中的角色的反应方式，游戏机制决定了游戏规则的存在；（3）沉浸图形环境，是游戏过程中体验层次的感官表现，包含声音、动画或图形；（4）交互体验，通过游戏交互接口对游戏环境或角色产生影响；（5）挑战和竞争，是游戏的核心要素，可能是操作者与游戏环境资源的竞争，也可能是操作者相互间的竞争；（6）风险和结果，游戏的挑战性导致了游戏具有风险，这种风险仅存在于游戏环境中，不会对真实的环境产生影响[1]。与传统教育手段相比，SG作为一种军事游戏类软件工具，具有仿真模拟、人机交互、自我探索、无限试错、自动提示、即时反馈等重要特点，较为符合现代教育培训理念思想，有助于充分调动参训人员的学习热情和动力[2]。以提高战伤救治能力为训练目的，设计游戏故事情节和沉浸式的图形环境，能够提供一种沉浸化、个性化、互动性和娱乐性较强的全新学习体验，激发学习者的创造力和创新意识。随着高精度仿真建模、人工智能、虚拟现实等技术的不断推动，SG不断追求视觉、听觉、操控、感观等多方面的仿真程度，扩大和真实再现战场环境，综合考虑天气、环境、地域、地形等多方面因素，使得严肃游戏逐渐成为开展军事医学领域研究和虚拟现实训练的前沿阵地和仿真平台，并受到越来越多的国家关注和应用。

2 外军TCCC培训相关SG的发展

战术战伤救治，是指战术环境下伤员到达任何医疗救治机构（Medical Treatment Facility，MTF）前的一系列救治措施，它更强调战场、战斗、战术环境下的救护决策与资源统筹问题，以实战为牵引，集最佳救治策略、战场经验教训、前沿研究项目和医学文献回顾等证据资料为一体，是基于循证医学证据的战术环境下战创伤急救指南[3]。美军根据过去二十年中军事实践经验，总结发现遵循TCCC原则能使战场生存率大大提高，要求所有服役人员都要接受 TCCC技能培训，并达到相应岗位的技术能力任职要求。然而，通过传统方法进行TCCC培训，通常需要在至少1名经过专业培训的教官指导下进行，但是由于培训时间有限、预算有限，而且专业教官队伍人员数量有限，难以实现以一种低成本、高效率的方式完成大规模服役人员的培训任务。因此，美军、德军、法军等逐渐重视采用“严肃游戏”等仿真模拟训练系统进行TCCC培训，提高培训效率。

传统的仿真模拟训练系统开发通常需要专门的硬件设备和数百万美元的开发和设计费用，考虑到当前电子游戏产业现已发展成一个价值数十亿美元的产业，因此，国外SG开发人员普遍认为，使用现有的基础架构、游戏引擎和重用现有的视频游戏代码，可以以较低成本完成SG产品的开发。如较为知名的“战术战伤救治模拟系统”（Tactical Combat Casualty Care Simulation，又称为TC3 Sim）是美军工程模拟和训练技术研究中心在2006年基于SG理念设计开发的一款TCCC模拟训练系统，该系统综合先进的交互式训练技术和3D环境仿真模拟等技术，可通过模拟作战环境、真实伤员、相关战技指标和操作流程，为作战人员(战场第一救护响应者)、医疗分队或救治小组进行训练[4]。针对不同等级的卫生人员设计有相对应的标准化课程，培训内容包括:伤情评估、检伤分类、救治策略、伤员初步救治和伤员后送准备等。目前TC3 Sim系统已广泛应用于美军陆军外科研究所、休斯顿和德克萨斯战地医务人员培训中心等医疗、科研和培训机构。

除了TC3 Sim，外军基于现成商业产品（commercial offthe-shelf , COTS）游戏或游戏引擎还相继开发了一系列严肃游戏，如“战斗救生员模拟手游”（Trauma Con 2012）、计算机海军医护兵训练系统（CBCTS 2009）、交互式创伤教练（ITruSim 2006)、模拟病人（Sim-Patient™）、应急准备培训（CBRNE 2010）、橙色代码™（Code Orange™）、脉冲!!（Pulse !!）、模拟人（HumanSim™）等软件产品[5]，见表1。自1999年至2007年美军大约资助了超过150个该领域的研究项目，累计投入超过6000万美元，使得该领域研究成为美国防部投入最多的科学研究领域之一。

表1 部分外军基于COTS设计开发的严肃游戏产品[5]

3 外军两款TCCC模拟训练SG产品介绍

3.1 美军“Combat Medic”严肃游戏 “Combat Medic”（战斗卫生兵）是一款来自美国虚拟英雄公司（Virtual Heroes，Inc.）的严肃游戏软件，2014年由奥兰多高级研究协会（ARA）部门研发，游戏界面见图1、图2及图3。这款严肃游戏有效地结合了当前较为先进的游戏引擎技术、精准的战伤发生机制和沉浸式战场环境仿真技术，可大大拉近平时训练与战时运用的距离。系统设计的总体理念和目标是，基于TCCC训练要求提升战斗卫生兵针对战场可预防死亡的三大原因，即大出血、气道梗阻和张力性气胸相关救治技术的培训效率，进而提高救治能力。为了最大程度获取学习效益和实现培训可扩展性，“Combat Medic”严肃游戏集成了一个强大的难度学习系统。该难度系统引入了越来越具有挑战性的战场急救场景，并通过环境内的各种干扰增加参训者的整体认知负荷。实时、交互式的沉浸感使认知负荷与参训人员产生共鸣。从理论上讲，这可以更好地处理在实际伤员救治中遇到的干扰因素，如复杂的战术环境或不确定的伤员因素。损伤的随机变异有助于参训者的临机应变能力[6]。

图1 战场环境及伤员

图2 模拟使用止血带

图3 模拟使用静脉留置针

“Combat Medic”严肃游戏的一大特色是其多功能性和可定制性。如用户可以选择其单兵急救包的内容物品量，这强调了在进入一线救治前组织和准备的重要性。“Combat Medic”不仅适用于个人训练，也适用于团队训练。在团队练习期间，参训人员可以选择使用支持麦克风的耳机进行通信，从而实现有效的团队沟通、救治分工和任务协调。任何战伤救治模拟训练的关键在于效果评估。研究人员采取多管齐下的评估方法，以实现众多参训人员在不同的培训环境中接收训练评估。评估系统包括标准的GO / NO GO性能标准、伤员实时状况信息、参与者决策行为，以及在整个场景中以图形方式查看伤员的生命体征的能力。当一个战场情景训练完成后，参训人员和教官可以使用同步音视频，以完整3D方式播放场景，评估治疗效果并确定需要改进的地方。为了在每个场景中实现真实的伤员生理反应，这款严肃游戏软件整合了BioGears®生理学引擎，后者可以准确地模拟参训人员行为对伤员生理状况的影响。同时，它根据当前的生理状态提供实时、动态的伤员动作行为。

3.2 法军“3D-SC1”严肃游戏 “3D-SC1”是法国军事卫生局在2014年针对“前沿战术救护”（Sauvetage au Combat，SC）培训计划研发的一款战术战伤救治模拟训练严肃游戏，主要用于培训士兵火线条件下伤员紧急救护技能。自2007年引入TCCC救治指南后，法国军队一直认为基于该指南改进作战人员和卫生人员培训内容，对于提高伤员战场生存能力至关重要，然而通过传统的模拟演习和人体模型等方式对所有法国士兵进行大规模培训，培训保障或准备工作面临巨大挑战，且成本非常昂贵。因此，法军基于Medusims虚拟数字医疗模拟程序开发了3D-SC系列严肃游戏。其中已开发出来的3D-SC1主要适应于作战人员，后续拟研发的SC2和SC3分别适用于战斗救生员和战地医护人员。在训练目标定位上，SC1主要包括生存人员搜寻定位，加压弹性绷带、战术止血带和吗啡自动注射器的使用等培训内容；SC2主要包括出血性休克管理、骨髓穿刺、战术止血带使用和评估、气道和呼吸管理，包括气胸减压和环甲膜切开术等培训内容；SC3主要包括在偏远敌对环境中进行战创伤医疗救护管理、气管插管、镇静管理，使用氨甲环酸和升压药治疗出血性休克，数字化胸廓切开胸骨置入术，手持式创伤重点超声评估（FAST）和危机环境下资源利用问题等培训内容[7]。

在3D-SC1场景中，设置的是由简易爆炸装置（Improvised Explosive Device，IED）爆炸造成3人伤亡：其中1人死亡，1人轻微昏迷，1人是创伤性截肢伴有呼吸困难和前臂出血。在游戏开始的时候，首先出现的是IED爆炸后引起的一个充满紧张、敌对氛围和嘈杂声音（充斥着爆炸、枪击、痛苦的喊叫声）的火线救护背景，战场环境是以沙漠作战为背景。受训者必须在以下几种战术策略间进行选择：火力还击；确定哪些伤员还活着；确定哪些伤员火力还击；或转运伤员寻求掩护。当虚拟体验中由于学员对模拟伤员的不恰当处置而导致致命结果时，系统中虚拟教练员会自动出现，以正确程序和方式挽救战斗中的伤亡人员。此外，系统设置了两个难度级别，即初学者和高级模式。在高难度水平上，受训人员必须面对更严格的时间限制，同时要面对更具挑战性的程序，如首次使用战术止血带出现时效、延迟到来的医疗后送（MEDEVAC）或战术环境的频繁变化等。在3D-SC1模拟结束时，系统会呈现出个性化的情况处置总结报告，可指导学员在实践工作中予以纠正错误或不良操作。在模拟训练结束后，如果虚拟伤员得到救活，3D-SC1根据评分系统，结合完成时间和动作情况，会虚拟授予学员金牌、银牌或铜牌，作为游戏体验的评价和奖励。见图4、图5及图6。

目前3D-SC1已经部署到法国96个（88%）陆军团一级部队中，培训应用终端主要为台式计算机和笔记本电脑，每个培训中心的平均训练时间为19.9±35.2个小时，下步法军还计划将3D-SC1部署在平板电脑或智能手机上，进而可让受训人员随时随地、不受时空限制接受3D-SC1培训。此外，还计划将个体成绩评估数据收集在一个广泛的数据库中，以进行全局统计分析，以便根据在不同培训对象组中获得的结果来改进下步SC培训计划。

4 讨 论

随着大数据、信息化和智能化技术的不断推动发展，外军越来越重视将SG应用在军事领域，尤其是医学仿真模拟训练方面，针对大规模部队官兵开展TCCC模拟训练，以提高现代战伤现场急救能力。相对而言，我军在战伤救治模拟训练方面，SG训练模式的探索发展相对缓慢，鲜有报道，究其原因，一是游戏练兵的理念要得到军事领导或作训机关的认可需要一定时间；二是如何让严肃的伤员急救获得富有趣味性和挑战性需要一定策略；三是如何深化军事医学专家与国内游戏软件开发商的合作需要一定机制。总体来说，随着军民融合上升为国家发展战略，国内电子游戏行业的高速发展，以及全军群众性战伤救治技术练兵比武活动的兴起，对我军战伤救治模拟训练SG建设带来了黄金发展机遇期。当前广大部队官兵“90后”“00后”正逐渐占据数量主体，绝大部分都是在数字媒体或电子游戏的陪伴下成长起来，具有更好地将虚拟时空与现实世界联系起来的更好融合能力[8]。

因此，将SG作为一种崭新的训练方式和手段引入到战伤急救模拟训练领域中，通过信息化技术可无限延长训练时间、扩大训练空间，同时能够提供虚拟伤员和虚拟训练环境，培训实战背景下伤员救治策略和行动流程，以及协同其他模拟训练手段提升综合训练质量效益。

图4 模拟战术行动

图5 模拟转运伤员

图6 伤员创伤性截肢处置