VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)在大學(xué)生安全教育中的應(yīng)用研究

吳學(xué)政

[摘要]近年來(lái)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）作為最新興起的新穎創(chuàng)新教學(xué)媒體開(kāi)始興起，如果將VR技術(shù)引入高等院校的學(xué)生安全教育教學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用必定會(huì)發(fā)揮極其重要的輔助教學(xué)作用，本文將通過(guò)對(duì)VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)的概念、特征，利用VR技術(shù)進(jìn)行安全教育國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了闡述，提出了在高等院校學(xué)生安全教育中的未來(lái)具體應(yīng)用研究。

[關(guān)鍵詞]虛擬現(xiàn)實(shí) 大學(xué)生安全教育 VR技術(shù) AR技術(shù)

一、引言

進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代以來(lái)，電子科技產(chǎn)品極大豐富著人們生活的方方面面，在教育教學(xué)領(lǐng)域中相關(guān)的科技產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展日新月異。目前國(guó)內(nèi)正興起一種新的教學(xué)媒體一利用VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）安全教育教學(xué)，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)安全教育教學(xué)作為一種新的教學(xué)媒體，能使高校在校學(xué)生獲得身臨其境的安全感受和切身感知，能有效地提高高校學(xué)生安全教育教學(xué)質(zhì)量，創(chuàng)新發(fā)展成有效的大學(xué)生安全教育教學(xué)手段。利用這項(xiàng)技術(shù)并在大學(xué)生安全教育教學(xué)中普及，將進(jìn)一步推進(jìn)安全教育教學(xué)技術(shù)手段的現(xiàn)代化，極大提高大學(xué)生安全教育教學(xué)水平，對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生全面了解和掌握安全知識(shí)、安全技能，提高大學(xué)生的安全素質(zhì)和能力有不可估量的意義。

二、VR（虛擬與現(xiàn)實(shí)）技術(shù)綜述

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Visual Reality），簡(jiǎn)稱為VR技術(shù)，是運(yùn)用了計(jì)算機(jī)圖形與多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、立體顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)綜合發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新技術(shù)；是計(jì)算機(jī)生成的、模擬人類感覺(jué)的世界的實(shí)時(shí)表示，有時(shí)也稱之為虛擬環(huán)境。這里的“世界”是指具有真實(shí)感的立體形，它既可以是某種特定現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)再現(xiàn)，也可以是構(gòu)的世界。操作者置身于計(jì)算機(jī)所表示的三維空間資料庫(kù)環(huán)境中，并可以通過(guò)眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個(gè)環(huán)境中”環(huán)游”，創(chuàng)造出一種”親臨其境”的感覺(jué)。所以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為機(jī)交互提供了新的交互媒體。VR的核心是人工智能和計(jì)算機(jī)視覺(jué)，動(dòng)態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)、實(shí)時(shí)三維圖形生成技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)是VR的關(guān)鍵技術(shù)。VR技術(shù)作為21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科以及影響人們生活的重要技術(shù)越來(lái)越受到全世界科學(xué)家重視。

虛擬現(xiàn)實(shí)擁有以下三個(gè)基本特性：沉浸（IMMERSION）、交互（INTERACTION）和構(gòu)想（IMAGIONATION），即通常所說(shuō)的“3I”。

浸入指借助高新傳感器參與人浸入虛擬環(huán)境之后，看得見(jiàn)、聽(tīng)的到，虛擬的環(huán)境感受與現(xiàn)實(shí)環(huán)境一致，因此，參與人相信這一切都“真實(shí)”存在，使得參與人有身臨其境的感覺(jué)。

交互指參與人進(jìn)入虛擬環(huán)境后，不僅可以通過(guò)高新傳感器獲得逼真的初步感受，而且可以用自然的方式對(duì)虛擬環(huán)境中的各種物體進(jìn)行真實(shí)操作。如敲打虛擬環(huán)境中的一個(gè)虛擬人物，感受如同真實(shí)環(huán)境中一樣，甚至虛擬人物反擊參與人有直接感受。

構(gòu)想指由參與人在逼真虛擬空間環(huán)境下，實(shí)時(shí)交互全方位感知并發(fā)揮主觀能動(dòng)性有了更加立體直觀豐富的聯(lián)想，尋求完美解決方式。

三、國(guó)內(nèi)外VR技術(shù)在安全教育應(yīng)用現(xiàn)狀

在VR安全教育領(lǐng)域，美國(guó)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，美國(guó)ETC研發(fā)了高級(jí)災(zāi)害管理模擬系統(tǒng)（ADMS）目前由紐約應(yīng)急管理辦公室不斷創(chuàng)新發(fā)展作為訓(xùn)練緊急事故指揮官和災(zāi)難管理系統(tǒng)，通過(guò)紐約城市虛擬副本，模擬自然與人為的各種自然、社會(huì)災(zāi)難情況并進(jìn)行模擬演練處置；美國(guó)洛杉磯警察使用Hydra模擬系統(tǒng)用來(lái)提高指揮者面對(duì)災(zāi)害時(shí)的處理能力；南密西西比大學(xué)Sportevac項(xiàng)目提供給人類在體育場(chǎng)面對(duì)危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行疏散工作提供解決方案；達(dá)特茅斯醫(yī)學(xué)院的OPS-PLUS項(xiàng)目應(yīng)用是模擬各類虛擬恐怖活動(dòng)，在逼真的環(huán)境中各種如爆炸、化學(xué)或生物類型的恐怖危害如何應(yīng)對(duì)，通過(guò)虛擬訓(xùn)練提高應(yīng)急能力；佛羅里達(dá)大學(xué)與360ed公司研發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)的VR模擬“燒傷中心”游戲，訓(xùn)練那些提供關(guān)于燒傷治療相關(guān)性醫(yī)療從業(yè)者。以色列內(nèi)蓋夫本·古里安大學(xué)Anat Meir研究應(yīng)用通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練在兒童安全教育研究應(yīng)用幫助正確過(guò)馬路訓(xùn)練。2014年日本愛(ài)知縣用Oculus Rift做有關(guān)地震等災(zāi)害預(yù)防模擬訓(xùn)練。2016年中國(guó)兒童少年基金會(huì)與AXA安盛共同研發(fā)“移動(dòng)安全體驗(yàn)教室”項(xiàng)目正式啟用；2016年我國(guó)浙江省基于VR技術(shù)建設(shè)“安全生產(chǎn)互動(dòng)游戲體驗(yàn)館”做有關(guān)安全互動(dòng)體驗(yàn)教育普及活動(dòng)。

總而言之，在國(guó)內(nèi)外利用VR技術(shù)在安全案件模擬、各類安全教育和防范訓(xùn)練中與傳統(tǒng)的培訓(xùn)結(jié)合并具有更大的優(yōu)勢(shì)和更多的靈活性，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用形式越來(lái)越廣泛。

四、基于VR技術(shù)的大學(xué)生安全教育方式優(yōu)勢(shì)

4.1開(kāi)放性

虛擬演練打破了以往傳統(tǒng)安全教育教學(xué)模式在固定場(chǎng)所上的限制，可以根據(jù)大學(xué)生當(dāng)前實(shí)際安全需求在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)選擇任意的模擬空間環(huán)境條件下學(xué)習(xí)訓(xùn)練，受教育學(xué)生只需要借助相關(guān)設(shè)備即可進(jìn)入共同的虛擬演練環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的相關(guān)的安全教育學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

4.2針對(duì)性

可以針對(duì)大學(xué)生不同的安全需求情況做出獨(dú)特的處理。VR應(yīng)用可以創(chuàng)建高等院校校園場(chǎng)景或者學(xué)生必經(jīng)歷的社會(huì)場(chǎng)景，受教學(xué)生可以結(jié)合自身安全因素的弱項(xiàng)置于各種突發(fā)、復(fù)雜有針對(duì)自身安全因素弱環(huán)境中去，借助安全教育教學(xué)演練模擬后可視化的評(píng)價(jià)反饋受教學(xué)生能快速取得自己安全成績(jī)，根據(jù)成績(jī)?cè)u(píng)估相關(guān)弱點(diǎn)從而進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，提高自身的應(yīng)變能力與相關(guān)處理技能。

4.3安全性

與現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)安全演練相比，虛擬仿真優(yōu)勢(shì)就是可以方便的模擬任何環(huán)境任何項(xiàng)目進(jìn)行安全演練；通過(guò)虛擬仿真安全教育演練，教學(xué)雙方可以放心大膽的在虛擬環(huán)境中嘗試復(fù)雜安全演練即便在安全演練中發(fā)生各種不當(dāng)甚至“意外”，也不會(huì)造成實(shí)際損害后果，并且將所有進(jìn)行過(guò)程的意外因素進(jìn)入演練評(píng)定最終結(jié)論中，作為最后演練考核的考核項(xiàng)目。這樣，在確保教學(xué)雙方人身安全不收損害的情況下，教學(xué)雙方可以“為所欲為”進(jìn)行各種場(chǎng)景各種方案極端的進(jìn)行安全演練，從而全方位提高受教學(xué)生的安全技能防范水平，確保在今后實(shí)際遇到各種安全問(wèn)題中確保自己人身與財(cái)產(chǎn)安全。

4.4有效性

與現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)安全演練相比，虛擬仿真訓(xùn)練隨時(shí)進(jìn)行多次重復(fù)演練，學(xué)生始終處于安全教育教學(xué)的主導(dǎo)地位，掌握接受安全教育主動(dòng)權(quán)，大大增加學(xué)習(xí)安全知識(shí)和技能的時(shí)間和實(shí)際安全效果，vR可以將諸如自然或者社會(huì)上存在的各類安全進(jìn)步模擬仿真，在系統(tǒng)的各個(gè)區(qū)域和位置，同時(shí)一對(duì)一、一對(duì)多進(jìn)行安全演練教學(xué)，在學(xué)生進(jìn)行模擬的過(guò)程中，vR可以利用傳統(tǒng)的教學(xué)元素如安全案例視頻、ppt安全知識(shí)資料嵌入在虛擬環(huán)境中，進(jìn)行實(shí)時(shí)安全教育；同時(shí)更加逼真的視聽(tīng)環(huán)境，提高學(xué)生安全教育的重視和關(guān)注程度，有效提高安全教育成效。

五、VR技術(shù)在大學(xué)生安全教育中應(yīng)用

5.1常發(fā)治安案件防范虛擬教學(xué)

常發(fā)治安案件防范模擬教學(xué)系統(tǒng)利用VR技術(shù)提供一種仿真安全的模擬環(huán)境，為學(xué)生的安全技能訓(xùn)練創(chuàng)建了交互的仿真虛擬世界；可以針對(duì)高校常發(fā)案件及一定區(qū)域建造案件模擬和防范教學(xué)，學(xué)生可以模擬校園和社會(huì)各種治安環(huán)境中按照自己個(gè)人情況來(lái)學(xué)習(xí)，逐步而全面地掌握相關(guān)的安全防范知識(shí)；在進(jìn)行集體性教學(xué)時(shí)，VR平臺(tái)設(shè)置分組討論環(huán)節(jié)和集體團(tuán)隊(duì)類互動(dòng)模擬安全場(chǎng)景，用來(lái)重點(diǎn)分析個(gè)人行為的正確性以及集隊(duì)協(xié)作中作用，這樣的教學(xué)形式讓大學(xué)生可以在虛擬空間里了解常發(fā)案件經(jīng)過(guò)，并根據(jù)案件學(xué)習(xí)防范，全身心地去不斷反復(fù)練習(xí)技能，學(xué)生可以根據(jù)系統(tǒng)給出的反饋反復(fù)進(jìn)行練習(xí)，直至掌握這項(xiàng)技能。利用VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)進(jìn)行形式多樣的安全防范技能仿真模擬訓(xùn)練，可以提高大學(xué)生對(duì)案件的感知度和預(yù)防防范的技能。

5.2高校安全隱患虛擬查找教學(xué)

高校安全隱患模擬查找教學(xué)系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以一系列三維圖像呈現(xiàn)各類安全隱患場(chǎng)景，配置學(xué)生宿舍、食堂、辦公室、賓館房間、公共交通工具等基本場(chǎng)景及不同類型案件多發(fā)安全現(xiàn)場(chǎng)。可以從各種角度查看、分析并找出安全隱患利用安全隱患查找系統(tǒng)采用全三維圖像技術(shù)開(kāi)發(fā)，將不同場(chǎng)景、案件發(fā)生經(jīng)過(guò)真實(shí)場(chǎng)面逼真模擬或者還原，通過(guò)手去觸摸、拖拽顯示器界面內(nèi)容來(lái)轉(zhuǎn)換視角，可360度無(wú)死角觀察環(huán)境，學(xué)生查找安全隱患有立體感，系統(tǒng)可以進(jìn)行提示性操作，發(fā)現(xiàn)不了進(jìn)行事故隱患的深度發(fā)展模擬，讓學(xué)生能深刻了解到日常生活中的安全隱患，如果不采取措施后果的嚴(yán)重性進(jìn)行警示教育。

5.3應(yīng)急逃生虛擬逃生演練教學(xué)

應(yīng)急逃生模擬逃生演練教學(xué)系統(tǒng)通過(guò)VR技術(shù)設(shè)置具有代表性的建筑物（如教室、食堂、宿舍、辦公樓、體育館等）結(jié)構(gòu)進(jìn)行最具有實(shí)用性的仿真模擬，形成針對(duì)性的應(yīng)急逃生指導(dǎo)，學(xué)生可以通過(guò)三維模擬應(yīng)急逃生系統(tǒng)比較方便模擬出各類現(xiàn)實(shí)中不容易去做的演習(xí)，并不會(huì)破壞我們正常的生活學(xué)習(xí)秩序，讓學(xué)生身臨其境，置身于逃生現(xiàn)場(chǎng)，免除學(xué)生在真實(shí)演練中發(fā)生意外的顧慮。在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中最好的逃生方式去尋找最快的逃生通道，使自己脫離險(xiǎn)境。同時(shí)還會(huì)對(duì)受教學(xué)生分析其問(wèn)題缺點(diǎn)，提高模擬訓(xùn)練效果。

5.4消防器材虛擬演練教學(xué)

消防器材虛擬演練教學(xué)系統(tǒng)讓學(xué)生免除滅火燙傷或者誤傷自己種種安全顧慮，在虛擬的環(huán)境里進(jìn)行練習(xí)，可以獲得與實(shí)環(huán)境里一樣的體會(huì)，從而達(dá)到訓(xùn)練的目的。要用于教學(xué)并體驗(yàn)滅火器、消火栓的使用。在模擬滅火體驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)置多種基本層次場(chǎng)景如廚房、學(xué)生宿舍、寫(xiě)字樓與賓館房間。并且針對(duì)各場(chǎng)景的特點(diǎn)，設(shè)置油鍋、電器、易燃物等不同類型的火災(zāi)模擬現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)提供干粉、二氧化碳、泡沫、水基型等四種滅火器進(jìn)行選擇，選擇過(guò)程中進(jìn)行滅火器的選擇與使用指導(dǎo)。系統(tǒng)可以對(duì)火災(zāi)成因、發(fā)展與滅火器各種類型與使用辦法、起火點(diǎn)的判定等數(shù)據(jù)進(jìn)行完全模擬仿真，學(xué)生只要按步驟認(rèn)真學(xué)習(xí)并操作模擬滅火體驗(yàn)系統(tǒng)，就能準(zhǔn)確選擇學(xué)會(huì)并科學(xué)合理使用滅火器材。

六、結(jié)語(yǔ)

VR進(jìn)入大學(xué)生安全教育教學(xué)的研究將對(duì)提高大學(xué)生安全教育教學(xué)訓(xùn)練水平、改善大學(xué)生安全教育教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化大學(xué)生安全教育教學(xué)過(guò)程、培養(yǎng)具有較強(qiáng)安全意識(shí)和安全技能的人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響；現(xiàn)階段VR技術(shù)國(guó)內(nèi)都處于快速發(fā)展，當(dāng)前受限于硬件、平臺(tái)的制約使得模擬仿真的效果沒(méi)有最佳；同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的安全教育的教學(xué)與演習(xí)，模擬情景缺乏真實(shí)互動(dòng)與直接的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是隨著VR甚至AR技術(shù)的不斷發(fā)展，因?yàn)榫哂胁皇軙r(shí)空限制先天優(yōu)勢(shì)，可以與學(xué)生進(jìn)行交互式、圖文并茂的智能教學(xué)，將會(huì)以其自身強(qiáng)大的教學(xué)優(yōu)勢(shì)和潛力，越來(lái)越受到整個(gè)高校系統(tǒng)的重視和青睞，未來(lái)將會(huì)成為安全教育的一種全新的教育教學(xué)方式，最終在大學(xué)生安全教育教學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并發(fā)揮其重要作用。