VR：トレーニングとパフォーマンス [第2部]

バーチャルリアリティ（VR）は、仕事や研究の世界を根本から変えつつある。個人のパフォーマンス向上に前例のない可能性をもたらすこの技術が、幅広い分野における研修のあり方をどのように変革できるかについて、産業界と学界の両方で検討が始まっている。

前回のVRを活用したトレーニングに関する記事に続き、今回は、没入型の新しいデジタル環境において、人間がいかにしてより効果的に学習できるかについて、さらに具体的な事例を挙げて解説していきます。

バーチャルリアリティを用いた軍事訓練

VRを活用した訓練の導入に関心を示している最大の産業の一つが、軍事分野である。これには当然ながら明確な利点がある。すなわち、兵士を危険な環境にさらすことなく、実戦に近いリアリティをもって初期訓練を行うことができるという点だ。

イタリアの複数の研究機関による共同研究では、軍事分野におけるストレス管理へのVR活用がもたらす潜在的なメリットについて検討が行われた[1]。研究者らは、ストレス管理訓練にVRを活用した14件の研究をレビューし、最終的に「バーチャルリアリティは、軍関係者の主観的なストレスレベルやネガティブな感情を軽減するための双方向的なストレス管理訓練を提供できる」と結論付けた。

このレビューでは、呼吸法を促す仮想の島から、心を落ち着かせる環境、リラクゼーションを訓練する仮想のジョギングコースに至るまで、多様な環境を対象とした研究を検証した。各研究において、参加者は自身のストレスレベルを調整し、その状態を自覚する能力が向上したことが確認されており、こうした環境の活用は軍事分野以外の場面でも応用できる可能性が示唆された。

感情の制御や体験にとどまらず、VRの軍事分野での活用には、戦闘訓練、医療訓練、そして車両のシミュレーション（後者については以前のブログ記事で取り上げた）も含まれます。

ネブラスカ大学、Adaptive Cognitive Systems、セントラルフロリダ大学、およびペンシルベニア州立大学の研究者らは、VRが戦闘状況下で用いられるスキルの習得と定着にどのように役立つかを調査した [2]。

著者らが指摘するように、「毎年10万人の軍医療従事者を養成する必要がある」——こうした養成に必要な労力を軽減しつつ、満足のいく成果をもたらすことができる技術であれば、軍事訓練の経済性に多大な影響を与える可能性がある。

研究者らは、戦闘医療要員の外科的スキルの維持と再習得に焦点を当てている。仮想環境内で運動課題を参加者に提示（および再提示）することで、研究者らは、こうした訓練を受けていない要員と比較して、戦闘医療要員のパフォーマンスがどの程度であるかを検証することができた。本研究では、VR環境下にある参加者の筋活動を筋電図（EMG）を用いて測定した。

研究者らは、このVR訓練により「軍医療従事者の医療技能を測定し、ミスを最小限に抑え、訓練スケジュールを策定し、さらには軍医療訓練の期間や費用を管理できる可能性がある」と結論付けている。

また、EMG信号を併用したことで、著者らは本研究が「課題遂行に必要な筋活動が減少しており、その結果、課題の手順面がより単純化されていたことを裏付けている」と結論づけることができた。これは、VRトレーニングの潜在的な利点を探求する上で、マルチモーダルなアプローチを採用することの有益性を示唆している。

実戦を想定した文脈において、研究者たちはVRを実弾射撃訓練に活用する可能性についても検討してきた[3]。「不可視レーザー赤外線技術、反動効果を備えた実物大のライフル銃、および3DインタラクティブVR」を活用することで、軍事訓練向けの費用対効果の高いソリューションを開発する可能性が模索された。

この研究では、「革新的な3Dインタラクティブ仮想システムを活用した際の学習成果、学習意欲、および最終的なパフォーマンスは、従来の実弾射撃訓練よりも優れていた」ことが明らかになった。これは、VRを活用した費用対効果が高く、拡張性のあるアプローチが、軍事分野における訓練とパフォーマンスの向上に向けた今後の道筋となり得ることを示唆している。

バーチャルリアリティを活用した社員研修

職場環境において、軍事分野以外では、大企業や、危険を伴う可能性のある環境で業務を行う従業員を訓練する必要がある組織に対し、拡張可能なトレーニングを提供する手段として、VRの利用がますます広がっている。

職場での研修の例は、（本連載の第1部で触れた外科手術の研修以外にも）建設現場[4]、溶接[5]、航空機整備[6]、さらには鉱業[7, 8]に至るまで、さまざまな環境で見られる。

VRを活用したトレーニングにおけるこの拡張性の好例として、製造業が挙げられます。この業界では、従業員が高度な精度を保ちながら一連の作業を迅速に完了させなければならないことがよくあります。さらに、作業の遅れや不正確さは生産ラインの停滞を招くため、効率的な生産を実現するには高いパフォーマンスが不可欠となります。

アテネ国立工科大学の研究者らは、航空宇宙材料の製造環境におけるVRトレーニングの活用事例について調査を行った[9]。ロボットと連携して航空宇宙用複合材料部品を製造する作業員を対象としたトレーニングをVR上で実施し、仮想環境の原理と性能を検証するとともに、最終的にそのトレーニングが実社会で応用可能かどうかを検証した。

研究者らは、参加者がトレーニング課題においてどのような感覚を抱き、どのようなパフォーマンスを示したかを調査した。その結果、環境の没入感（すなわち、参加者の大半が課題に没入していると感じていたこと）が維持されていたこと、また、参加者が課題遂行への意欲が高まったと報告したことが明らかになった。研究者らは次のように述べている。「全体として、試験結果は良好であり、このようなアプリケーションをH–R（人間とロボット）の協働シミュレーションや受容性試験に活用することについて、明るい見通しを示唆している」。

本研究の結果がVR内でのトレーニングに広く適用可能かどうかは今後の検証を待つ必要があるが、他の研究でも同様の肯定的な結果が報告されている[4, 5, 6, 7]。 これらの知見の信頼性は、定量的なデータを用いることでさらに裏付けられる可能性がある。例えば、アイトラッキングによる視線の位置を追跡して仮想環境における注意力を実世界での注意力と比較したり、皮膚電気反応（EDA／GSR）を用いて通常環境と仮想環境における生理的覚醒レベルを測定し、没入感に関連し得る差異を検証したりすることが挙げられる。

仮想環境の特筆すべき利点は、現実世界で体験すれば危険を伴うような環境に、個人を配置できる点にある。その一例として、送電線の保守・点検を行う送電線技術者が挙げられる。送電線を取り扱う際のミスは、最悪の場合、死に至る可能性があるため、訓練を通じて安全性を高めることが極めて重要となる。 研究者らは、こうした訓練の有効性を検証するために、仮想学習環境を導入している[10, 11]。

ある研究では特に、このシステムが「新規従業員へのスキルや知識の伝達において費用対効果の高いツールであり、同時に研修にかかる時間と費用を削減できる」ことが明らかになった[10]。これら2つの知見は、VRを活用した研修の効果を高め（かつそのコストを削減する）ために、このツールを活用すべきだという主張をさらに裏付けるものである。

この研究（本シリーズでこれまで取り上げた他の多くの事例と同様）では、学習プロセスに関するより多くのデータを収集するために、バイオセンサーを活用することが有効であると考えられる。例えば、被験者の生理的覚醒レベルや認知的負荷に関するデータを収集できれば、事故が発生しやすい瞬間を特定できる可能性がある。こうしたデータは、学習に関わるプロセスに対する理解を深め、トレーニングのさらなる発展に寄与するだろう。

結論

VRは、実生活で経験する様々な分野において、個人のスキル向上やパフォーマンス改善を支援するために、幅広い場面で活用できることは明らかです。また、VRはより費用対効果が高く、例えば業務のゲーミフィケーションなどを通じて、より高いモチベーションを引き出す可能性を秘めたプラットフォームでもあります。

さらに、おそらく最も重要な点として、VR内での個人の行動に関する詳細な情報を収集することが可能です。これにより、何が学ばれたかだけでなく、どのように学ばれたかについても、より深く理解できるようになります。いつ何を見ているか、あるいはトレーニング中に参加者の生理的興奮がどのように変化するかを知ることは、各環境において何が有効で何が有効でないかを理解するための基礎となります。また、この情報は、トレーニングプログラム自体の改善に向けた指針としても活用できます。

結局のところ、トレーニングやパフォーマンス向上のためにVRを活用するにあたっては、その可能性は計り知れないほど広範です。その可能性を制限するのは、現実世界で何が起こるかだけなのです。

参考文献

[1] Pallavicini, F., Argenton, L., Toniazzi, N., Aceti, L., & Mantovani, F. (2016). 軍隊におけるストレス管理訓練のためのバーチャルリアリティの応用. Aerospace Medicine and Human Performance, 87(12), 1021-1030. doi:10.3357/amhp.4596.2016

[2] Siu, K., Best, B. J., Kim, J. W., Oleynikov, D., & Ritter, F. E. (2016). 軍事医療スキルの習得と定着を最適化するための適応型バーチャルリアリティ訓練. Military Medicine, 181(5S), 214-220. doi:10.7205/milmed-d-15-00164

[3] Bhagat, K. K., Liou, W., & Chang, C. (2016). 軍事実弾射撃訓練に適用された費用対効果の高い対話型3Dバーチャルリアリティシステム. Virtual Reality, 20(2), 127-140. doi:10.1007/s10055-016-0284-x

[4] Sacks, R., Perlman, A., & Barak, R. (2013). 没入型バーチャルリアリティを用いた建設安全研修. Construction Management and Economics, 31(9), 1005-1017. doi:10.1080/01446193.2013.828844

[5] 小林 健、石亀 伸、加藤 浩（2003）。「手動アーク溶接の技能訓練システム」。『エンターテインメント・コンピューティング：IFIP 情報通信技術の進歩』、389-396頁。doi:10.1007/978-0-387-35660-0_47

[6] Christian, J., Krieger, H., Holzinger, A., & Behringer, R. (n.d.). e-トレーニングのための仮想現実および複合現実インターフェース：軽飛行機整備における応用例. Lecture Notes in Computer Science Universal Access in Human-Computer Interaction. Applications and Services, 520-529. doi:10.1007/978-3-540-73283-9_58

[7] Grabowski, A., & Jankowski, J. (2015). 地下炭鉱作業員のためのバーチャルリアリティを活用したパイロット訓練. Safety Science, 72, 310-314. doi:10.1016/j.ssci.2014.09.017

[8] Filigenzi, M. T., Orr, T. J., & Ruff, T. M. (2000). 鉱山安全訓練におけるバーチャルリアリティの活用. Applied Occupational and Environmental Hygiene, 15(6), 465-469. doi:10.1080/104732200301232

[9] Matsas, E., & Vosniakos, G. (2015). 製造業務における人間とロボットの協働のためのバーチャルリアリティ訓練システムの設計. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 11(2), 139-153. doi:10.1007/s12008-015-0259-2

[10] García, A. A., Bobadilla, I. G., Figueroa, G. A., Ramírez, M. P., & Román, J. M. (2016). 高圧架空送電線の保守・運用に向けたバーチャルリアリティ訓練システム. Virtual Reality, 20(1), 27-40. doi:10.1007/s10055-015-0280-6

[11] Park, C., Jang, G., & Chai, Y. (2006). 活線作業員向けバーチャルリアリティ訓練システムの開発. International Journal of Human-Computer Interaction, 20(3), 285-303. doi:10.1207/s15327590ijhc2003_7