虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）系統(tǒng)在船舶安全中的應(yīng)用

周廣青

0 引言

虛擬現(xiàn)實(shí)，是指從真實(shí)環(huán)境到虛擬環(huán)境虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對(duì)應(yīng)真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)[1]。

1 船舶建造中安全問題日益突出

船舶建造是一項(xiàng)綜合性工程，從鋼板切割開始到船舶完工交付，整個(gè)流程漫長(zhǎng)而復(fù)雜，危險(xiǎn)源非常多。造船過程中，悶艙的通風(fēng)、船上使用的風(fēng)機(jī)、焊機(jī)的用電安全、管子壓力測(cè)試過程及船用設(shè)備的各種使用安全等，涉及面之廣，管理難度之大，即使廠內(nèi)配備了獨(dú)立的安全管理部門，但安全隱患、安全事故還是無法杜絕，甚至出現(xiàn)工亡事故。

安全問題出現(xiàn)的根本原因絕大多數(shù)是職工的安全意識(shí)不強(qiáng)，職工的違章作業(yè)，對(duì)作業(yè)中的危險(xiǎn)源以及對(duì)下一步工作所帶來的后果考慮不足。而傳統(tǒng)的安全教育抽象且無法達(dá)到安全認(rèn)知的目的，安全問題仍是船廠的難點(diǎn)問題。

為解決船舶建造過程中復(fù)雜多變環(huán)境中出現(xiàn)的安全問題，定期對(duì)員工進(jìn)行安全教育，通常使用電視機(jī)播放安全錄像，使用投影儀和電腦的組合分析事故安全概念，把現(xiàn)場(chǎng)做成模型，教育新員工。這種傳統(tǒng)的方式表達(dá)很抽象，員工不能有效地理解和吸收。

2 VR系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）系統(tǒng)綜合利用了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)和多傳感器技術(shù)，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢(shì)等自然方式與之進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建了一種適人化的多維信息空間[1]。

VR系統(tǒng)是一種實(shí)時(shí)的對(duì)真實(shí)世界加以模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[2]。把真實(shí)世界中物體的結(jié)構(gòu)、性狀、各種物理參數(shù)等模擬其中，讓人參與其中，計(jì)算在人的影響下各種因素的變化。知識(shí)體系的構(gòu)建依賴與自身的感知、體驗(yàn)，由此產(chǎn)生對(duì)外界事物的解釋。

3 利用VR系統(tǒng)對(duì)安全教育的理論分析

具身認(rèn)知科學(xué)強(qiáng)調(diào)三個(gè)方面[3]：一是認(rèn)知的涉身性。認(rèn)識(shí)事物不能僅僅使用大腦，還要身體的參與才能深刻理解事物的本性，身體對(duì)事物的反應(yīng)也是認(rèn)知的一個(gè)方面，能充分增加人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)程度。二是認(rèn)知的體驗(yàn)性。個(gè)體在與外界環(huán)境中的事物相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生身體狀態(tài)的改變，這種改變會(huì)引發(fā)相應(yīng)的身體和心理體驗(yàn)，個(gè)體的認(rèn)知和對(duì)世界的觀點(diǎn)即來自這種身心體驗(yàn)[4]。三是認(rèn)知的環(huán)境的融合性。環(huán)境/情境是保證認(rèn)知的不可缺少的條件，認(rèn)知的內(nèi)容、過程和方式與身體緊密相關(guān)，身體是處于環(huán)境中的身體，因此認(rèn)知同樣應(yīng)擴(kuò)展至認(rèn)知者所處的環(huán)境。

3.1 傳統(tǒng)的安全教育

傳統(tǒng)的企業(yè)安全教育是以事故案例，配以圖片加上文字說明形勢(shì)；或者播放電視安全教育視頻等輸入式教育方式。這種方式與人類認(rèn)知的基本規(guī)律向違背。企業(yè)員工的個(gè)體差異性（如：教育背景，年齡，經(jīng)歷）決定了接受知識(shí)的程度，良好的企業(yè)安全教育能保證員工自身安全的同時(shí)給企業(yè)帶來更大的隱形利益。企業(yè)安全教育使不同的員工達(dá)到統(tǒng)一的預(yù)期目標(biāo)難上加難。

良好的安全教育是企業(yè)的基礎(chǔ)，企業(yè)的安全從教育做起。教育體現(xiàn)在安全隱患的認(rèn)知，安全事故的反思和安全條例的學(xué)習(xí)上。

3.2 VR系統(tǒng)安全教育

借助虛擬現(xiàn)實(shí)VR系統(tǒng)，員工可以“現(xiàn)場(chǎng)”體驗(yàn)生產(chǎn)環(huán)境中很難或者無法體驗(yàn)的場(chǎng)景[5]。這種場(chǎng)景根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)模擬出，隨時(shí)供員工體驗(yàn)，從而提高員工認(rèn)知安全隱患的目的。

VR系統(tǒng)不僅可以重新模擬安全隱患產(chǎn)生的場(chǎng)景，還能產(chǎn)生電腦與員工的互動(dòng)，讓員工與電腦在虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中產(chǎn)生互動(dòng)。VR系統(tǒng)能利用員工的視覺和觸覺，使身體充分參與其中，從而提高學(xué)習(xí)效率。能讓員工脫離傳統(tǒng)的輸入式教育，參與互動(dòng)式教育。在互動(dòng)的“現(xiàn)場(chǎng)”中認(rèn)知安全隱患，熟悉安全操作，學(xué)習(xí)安全管理規(guī)定，學(xué)習(xí)如何避免各種危險(xiǎn)源，從而提高企業(yè)的安全管理水平。

VR系統(tǒng)不僅可以學(xué)習(xí)以往發(fā)生的安全問題，還可以“創(chuàng)造”出可能發(fā)生的安全問題，再利用計(jì)算機(jī)模擬此種安全問題可能引發(fā)的危害。

4 利用VR系統(tǒng)進(jìn)行安全教育現(xiàn)實(shí)作用

4.1 現(xiàn)實(shí)模擬

VR系統(tǒng)可虛擬一個(gè)龍門吊吊運(yùn)分段合攏的場(chǎng)景。分段放置在堆放場(chǎng)地，堆放場(chǎng)地各種造船使用的設(shè)施，每種設(shè)施都有真實(shí)世界的行為特點(diǎn)，真實(shí)世界中的各項(xiàng)參數(shù)。這樣可以根據(jù)真實(shí)世界中的各項(xiàng)制度、工藝及經(jīng)驗(yàn)來吊運(yùn)分段合攏，選擇合適的吊掛器具、編排合理的運(yùn)動(dòng)路線來完成此項(xiàng)工作。在此情境中添加各項(xiàng)危險(xiǎn)源，不當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)可誘發(fā)各項(xiàng)危險(xiǎn)源。吊運(yùn)中鋼絲繩、分段等運(yùn)動(dòng)所引起環(huán)境中其他物體的變化，從而產(chǎn)生新的危險(xiǎn)源。通過計(jì)算各項(xiàng)危險(xiǎn)源，模擬出這項(xiàng)工作過程中所帶來的后果，從而對(duì)人進(jìn)行安全教育。

4.2 安全培訓(xùn)

對(duì)新進(jìn)廠員工進(jìn)行安全教育，結(jié)合船舶建造中各項(xiàng)工種可能遇到的種種危險(xiǎn)源加以模擬，讓受訓(xùn)者參與其中，靜態(tài)模擬中讓其指出危險(xiǎn)源，并提出應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)源的方法。

動(dòng)態(tài)的模擬讓受訓(xùn)者參與其中，扮演一個(gè)新進(jìn)廠員工，在VR系統(tǒng)中設(shè)置許多不安全的狀態(tài)，如讓員工不正確穿戴勞保用品，從吊物下方行走，在不安全的跳板工作，高空作業(yè)沒有正確系安全帶等。此種作業(yè)中模擬事故發(fā)生后所產(chǎn)生的后果，從而對(duì)員工進(jìn)行身臨其境的安全教育。

4.3 安全條例學(xué)習(xí)

企業(yè)安全管理?xiàng)l例復(fù)雜，每項(xiàng)安全條例都以保證員工的安全前提下制定。從文字上學(xué)習(xí)安全管理?xiàng)l例抽象且效率低。利用VR系統(tǒng)模擬出工作過程中每種安全條例的作用，從而達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。如模擬一員工完成艙室打磨的過程：在登船前需要登記具體工作部位，VR系統(tǒng)判斷此行為是否符合安全管理規(guī)定；領(lǐng)取作業(yè)牌，系統(tǒng)提示關(guān)于此行為的管理規(guī)定；如果員工按照正常的流程做，則可以正常完成工作，反之則提示每項(xiàng)行為的正確做法與相應(yīng)的懲處規(guī)定，從而達(dá)到學(xué)習(xí)安全條例的目的。

5 結(jié)論

人類和機(jī)器所擅長(zhǎng)的工作存在本質(zhì)的差別，人類有意識(shí)，擅長(zhǎng)在復(fù)雜的情境下制定計(jì)劃，做出決策，但不擅長(zhǎng)處理大量的數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)與人完全相反。根據(jù)人的判斷利用計(jì)算機(jī)模擬“預(yù)見”的危險(xiǎn)源，計(jì)算出此種危險(xiǎn)源可能帶來的危害，進(jìn)而為企業(yè)帶來預(yù)見性安全管理，為企業(yè)安全做出重要貢獻(xiàn)同時(shí)帶來巨大的利益。

[1]趙沁平.虛擬現(xiàn)實(shí)綜述[J].中國(guó)科學(xué), 2009(1): 2-46.

[2]張順堂.VR技術(shù)在礦工安全培訓(xùn)中的應(yīng)用研究[J].黃金, 2008, 29(8): 32-34.

[3]殷明, 劉電芝.身心融合學(xué)習(xí): 具身認(rèn)知及其教育意蘊(yùn)[J].課程.教材.教法, 2015(7): 57-65.

[4]張志楨.虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用: 追求身心一體的教育[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育雜志, 2016(7): 23-24.

[5]THIEL, P, MASTERS, B, 著.從0到1: 開啟商業(yè)與未來的秘密[M].高玉芳, 譯.北京: 中信出版社,2015.