理论教育 视线追踪技术在飞行模拟器中的应用分析及操控仪表板设计

视线追踪技术在飞行模拟器中的应用分析及操控仪表板设计

时间:2023-10-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:视线追踪技术可应用于先进的飞行模拟器中。在飞行模拟器中进行的一些飞行试验中,视线追踪设备记录了驾驶员的眼睛和头部的移动,提供了飞行员的注视点分析数据,为研究飞行员在飞行过程中的注意力分配情况并为飞行驾驶操控仪表板的设计提供支持。图9.9 A330座舱各单元分布情况表9.1 A330座舱各单元名称在实验室内让被测试人员在飞行模拟器上完成三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录被测试者的眼动数据。

视线追踪技术在飞行模拟器中的应用分析及操控仪表板设计

视线追踪技术可应用于先进的飞行模拟器中。记录模拟真实飞行条件下专业飞行员的眼睛和头部移动情况[36],调查飞行员的人机交互行为。例如,在空中客车公司A330型飞机的全飞行模拟器中,采用送话器、摄像机和视线追踪设备记录环境声音、语音通信和飞行员的操作动作。在飞行模拟器中进行的一些飞行试验中,视线追踪设备记录了驾驶员的眼睛和头部的移动,提供了飞行员的注视点分析数据,为研究飞行员在飞行过程中的注意力分配情况并为飞行驾驶操控仪表板的设计提供支持。

A330座舱各单元分布情况如图9.9所示,包括主飞行显示器、导航显示器、引擎和警告显示器、系统显示器、主面板、遮光板和头上中央操控台等。主飞行显示器是常见的飞行显示仪器,能够获得综合的信息,包括高度和姿势等飞行参数。通过实验记录驾驶员的眼动和头部的移动数据,对三维环境中飞行员的注视点[1]进行眼动分析。可以发现在飞行中飞行员往往通过眼动获得飞行信息和通报飞行指令,非常注意MAP和CDU区域。在降落前,一般注意力从主飞行显示器到舱窗外景很快转移。

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图9.9 A330座舱各单元分布情况

表9.1 A330座舱各单元名称

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在实验室内让被测试人员在飞行模拟器上完成三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录被测试者的眼动数据。把视觉信息源划分为座舱内仪表和外部视景两个兴趣区域,对三个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行了分析和对比。结果显示,在三个模拟任务阶段被测试者显示出了不同的扫视模式,对外部视景有更多的注视点比率、更多的注视时间比率和更长的平均注视时间。这表明飞行员主要从外景获取视觉信息,其大部分注意力都集中在外景。眼动指标可以客观地反映飞行员的注意力分配规律和工作负荷变化,研究结果对于座舱显示信息的设计和飞行员的培训有一定的指导意义。对于战斗机飞行员,当发现敌对目标而手动操作应付不过来,如果具备了眼动追踪技术,飞行员可以通过眼睛瞄准目标,并用眼睛来控制火控系统,发射弹药并击中目标。这样飞行员就还具备武器操纵员的身份。可见眼动追踪技术对于增加战斗力非常有意义。

研究表明,眼动信息可以用来判断飞行员的业绩,以及训练新飞行员。经验丰富的飞行员会花费更少的时间找到航行的标志,而新飞行员则相反,其注意力会在某些区域滞留较长的时间。新飞行员比有经验的飞行员注视窗外比注视仪表的时间更长。有经验的飞行员与新飞行员眼动的最大不同是收集重要信息的数量不同。有经验的飞行员有更多的固定信息,而且每个固定信息点持续相对相同的时间。而新飞行员要想获得足够的导航信息则需更多无效扫描其前面窗外的视野区域。富有经验的飞行员注视窗外,获得的信息更翔实。因此,有专家建议如果用经验丰富飞行员的扫描策略去培训新飞行员,则新飞行员与有经验的飞行员之间的表现差异会明显减少。

飞机驾驶是一项复杂的任务,高度依赖于视觉信息的有效获得和注意力的合理分配。随着飞机性能的提高和功能的增多,座舱内显示信息日益增加。因此,正确理解飞行员的视觉扫视行为,从中获取有关注意力分配的有效信息,成为越来越多专家关心和研究的热点。眼动追踪技术是研究者普遍采用的研究手段,在20世纪40年代末就率先对飞行员的仪表扫视行为进行了一系列研究,奠定了经典的T形仪表布局[18]

视线追踪技术在航空领域中的应用研究进行了多年,由于实际飞行环境比较复杂,变化的气象条件和地形、地面景物和其他飞行器都会影响飞行员的心理,引起飞行员扫视模式的变化和注意力的重新分配[3]。这些因素在实验室里是难以完全模拟的,探测实际飞行中的眼动行为是未来视线追踪技术的一个应用方向。

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