Virtual Reality & Flight Training

Met de komst van consumentenprijzen voor Virtual Reality (VR) hardware, zoals de Oculus Rift, HTC Vive en anderen, hebben de voordelen van deze technologie zijn weg gevonden naar vele toepassingen. Het belangrijkste voordeel van virtual reality voor vliegopleidingen is de meeslepende weergave van de vliegervaring, die een aantal belangrijke leervoordelen biedt ten opzichte van traditionele vluchtsimulatoren. Belangrijke voordelen voor vliegscholen zijn onder meer lagere opleidingskosten, kostenbesparingen bij het vertrouwd raken met vliegtuigen en een snellere opleiding van studenten.

Virtual Reality basics

Virtual Reality (VR) is het concept van worden ondergedompeld in een computergegenereerde omgeving met een visuele, hoorbare en optioneel haptische weergave van de omgeving. Deze omgeving, bijvoorbeeld een kamer, een landschap of een cockpit, kan aan de gebruiker worden gepresenteerd via een scherm of een head mounted display (headset). De gebruiker kan in interactie treden met de omgeving, bijvoorbeeld door middel van gebaren of fysieke knoppen of hendels.

VR wordt gebruikt op vele gebieden, waaronder amusement (videospelletjes), robotbesturing (besturing van ROV’s, robotchirurgie), therapie (behandeling van angststoornissen en PTSD (Posttraumatic Stress Disorder), meditatie en educatieve doeleinden. Het algemene voordeel van het gebruik van VR is het gevoel van “er zijn” of immersie. De mate van onderdompeling wordt bepaald door het niveau van verfijning van de VR-opstelling. Een meeslepende VR-ervaring vereist een hoge beeldsnelheid van het scherm, beeldschermen met een hoge resolutie, een lage systeemlatentie en gesofisticeerde graphics. Het immersieniveau kan worden verhoogd door 3D-audio (binaurale audio), controllers voor interactie en haptische (aanraak)feedback toe te voegen. Als de VR-ervaring realistisch genoeg is, kan de geest van de gebruiker worden voorgespiegeld dat de virtuele wereld echt is.

Het leerproces

VR biedt nieuwe mogelijkheden om onderwijzen en leren sterk te verbeteren, omdat onderwerpen op een heel andere manier kunnen worden onderwezen dan wanneer je een leerboek leest of naar een docent luistert.

Kennisbehoud

Een van de belangrijkste aspecten van leren is kennisbehoud – het vermogen om te onthouden wat je leert. Dit geldt vooral voor vliegtuigbemanningen, die tientallen checklists, regels en procedures uit het hoofd moeten leren. Studies hebben aangetoond dat VR-ondersteund leren het potentieel heeft om het behoud van kennis tot 400% te verbeteren, wat een toegevoegde waarde geeft aan de tijd die wordt besteed aan studeren. Betere kennisretentie betekent minder omscholing en uiteindelijk betere piloten die de noodcontrolelijst beter onthouden dankzij VR-assisted learning.

Refererend naar Edgar Dale’s Cone of Experience (zie figuur 1), onthouden studenten slechts 10 % van wat ze lezen, maar 90 % van wat ze doen. Dit ondersteunt het oude gezegde over leren door te doen.

Studies hebben aangetoond dat VR de leerling veel meer bij het leerproces betrekt, waardoor de leerling meer onthoudt van wat hij of zij leert. Dit is een duidelijk voordeel bij het uitvoeren van taken als cockpitpersoneel waarbij complexe procedures uit het hoofd moeten worden geleerd.

Sneller leren

Er zijn talloze studies (1, 2, 3, 4) die een drastische verkorting van de trainingstijd hebben aangetoond bij het gebruik van VR-simulaties – voor vliegopleidingen zelfs van een jaar tot vier maanden.

Voordelen voor vliegtraining

Diepteperceptie

Het vermogen om afstanden juist in te schatten is een belangrijk leerdoel bij vliegtraining. Een ervaren piloot kan afstanden beter inschatten door zijn of haar grote ervaring met het inschatten van afstanden. Een nieuwe piloot-student mist deze ervaring en moet deze opbouwen uit vliegervaring. Dit aspect van de vliegopleiding is moeilijk te trainen in traditionele simulatoren, waar geen sprake is van dieptewaarneming. Dit komt omdat het scherm, waarop de buitenwereld wordt geprojecteerd, op een vaste afstand van de ogen van de leerling-piloot is geplaatst, en elk object dat op de schermen wordt geprojecteerd, lijkt zich op dezelfde afstand van de piloot te bevinden – of het nu de landingsbaan op 5 meter van de piloot is of een toren op 5 kilometer van de piloot.

Virtual Reality-brillen bieden stereoscopische schermen die twee enigszins verschillende beelden van dezelfde scène laten zien. Dit geeft het gevoel van diepte en afstand op dezelfde manier waarop we in staat zijn om afstand te beoordelen met ons natuurlijke, stereoscopische zicht – d.w.z. onze twee ogen. VR is dus in staat om afstanden nauwkeurig en intuïtief weer te geven in een vluchtsimulatie waar dit aspect cruciaal is, bijvoorbeeld bij het oefenen van landingen waarbij de hoogte boven de landingsbaan in de flare belangrijk is om juist in te schatten, of het laten zweven van een helikopter een halve meter boven het tarmac.

Figuur 2a en 2b tonen het verschil in afstandsperceptie tussen een gebogen scherm dat typisch wordt gebruikt in traditionele vluchtsimulatoren, en de VR-bril. Drie doelen, gemarkeerd door rode, groene en blauwe X-en, worden op een gebogen scherm op dezelfde afstand weergegeven, terwijl ze in VR op de juiste afstand van de waarnemer lijken te staan. Doelen die verder weg zijn van de waarnemer dan het scherm lijken dichterbij (de blauwe X), terwijl doelen die dichter bij de waarnemer zijn dan het scherm verder weg lijken (de groene X). Alleen wanneer het doel zich op dezelfde afstand van de waarnemer bevindt als het scherm, is de afstandsperceptie correct (de rode X).

360 graden zicht

Een andere belangrijke les die elke piloot moet leren, is het uitvoeren van een goede lookout. Uitkijken is nodig om op verkeer te letten en bij het uitvoeren van een landingscircuit. Traditionele vluchtsimulatoren hebben zelden een gezichtsveld van meer dan 180 graden (zie figuur 3a), waardoor de mogelijkheid om een goede uitkijk uit te voeren sterk wordt beperkt. In deze simulatoren moeten piloten die trainen vaak hun toevlucht nemen tot alternatieve referentiemethoden, zoals het timen van hun bochten, omdat zij niet de uitkijkprocedures kunnen gebruiken die zij in het echte vliegtuig zouden gebruiken. Met een Virtual Reality-bril kan de leerling-piloot in elke richting kijken met behulp van versnellingsmeters en gyroscopen (zie figuur 3b). Dit betekent dat de leerling verder kan kijken dan het 180 graden gezichtsveld dat traditionele vluchtsimulatoren bieden, en in staat is om uitkijkposten te oefenen op dezelfde manier waarop hij of zij dat in het echte vliegtuig zou doen.

Kalibaarheid en modulariteit

Een belangrijke kostenpost van vluchtsimulatoren is de fysieke cockpit zelf. De componenten die worden gebruikt om de cockpit te bouwen zijn vaak dezelfde, gekwalificeerde vliegtuigonderdelen die in het echte vliegtuig worden gebruikt, waardoor deze simulatoren vrij duur zijn. Afhankelijk van de getrouwheid van de VR-simulatie zijn alleen de basisbedieningselementen fysiek beschikbaar, terwijl de rest van de cockpit louter met computerbeelden in de VR-bril wordt weergegeven. Dit is niet alleen veel goedkoper om te maken, maar het maakt het ook mogelijk om dezelfde simulator in een paar seconden het uiterlijk van een heel ander vliegtuig te geven. Voor vliegscholen die meer dan één type exploiteren, heeft dit het voordeel dat de vliegschool slechts in één simulator hoeft te investeren voor alle vliegtuigtypen die zij exploiteren.

Conclusie

In het streven om de kosten van vliegopleidingen te verlagen, heeft het gebruik van virtual reality als een belangrijk onderdeel van het vliegopleidingsproces een groot kostenbesparend potentieel vanwege de verminderde behoefte aan grote hardwarecomponenten en de modulariteitsmogelijkheden. Niet alleen kan VR-training de kosten voor vliegscholen verlagen, maar de studenten zullen waarschijnlijk ook sneller en efficiënter leren en de geleerde lessen beter onthouden.