張顏華

(湖南警察學院，湖南·長沙 410138)

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)( Virtual Reality )是通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合而生成的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環(huán)境技術(shù)，會使用戶通過體驗而產(chǎn)生身臨其境的感受。VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基本內(nèi)涵包括: 操作者可以通過人的自然動作與虛擬環(huán)境發(fā)生交互；虛擬的實體不是客觀存在的，是由計算機通過相應的算法來生成的；虛擬現(xiàn)實需要依靠專門的傳感設備來進行交互作用。

一、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征及在公安院校教學中的應用

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有如下特征：一是沉浸性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，借助計算機、傳感器和圖像生成系統(tǒng)來虛擬真實環(huán)境，讓參與者有聲臨其境的感覺，即“沉浸”于虛擬的環(huán)境中。使用者戴上頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套等交互設備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一員。使用者與虛擬環(huán)境中的各種對象的相互作用，就如同在現(xiàn)實世界中的一樣。當使用者移動頭部時，虛擬環(huán)境中的圖像實時地跟隨變化，拿起物體可使物體隨著手的移動而運動，而且還可以聽到三維仿真聲音。二是交互性。主要是指實現(xiàn)人與虛擬環(huán)境中的對象發(fā)生交互操作的作用，使參與者以自然的手段、行為與計算機交互，達到真正的人機和諧。三是構(gòu)想性。主要是指在計算機圖形學的基礎上實現(xiàn)真實場景的三維立體顯示。

在技術(shù)研發(fā)層面來說，VR系統(tǒng)強調(diào)用戶在虛擬環(huán)境中的視覺、聽覺、觸覺等感官的完全浸入，強調(diào)將用戶的感官與現(xiàn)實世界絕緣，而沉浸在一個完全由計算機所控制的信息空間之中。VR通常要借助于能夠?qū)⒂脩粢曈X與環(huán)境隔離的顯示設備，一般采用浸入式頭盔顯示器。就應用環(huán)境來說，VR技術(shù)被用來構(gòu)建虛擬世界的生活，這種世界是通過前期軟件開發(fā)設計而成，可以做到高度仿真當前世界或者重新構(gòu)建一全新的世界，滿足使用者在現(xiàn)實世界不能實現(xiàn)的操作要求。VR技術(shù)在應用到日常實戰(zhàn)教學中時，就會要求設計出一個完全虛擬的場景，這種場景設計是一個復雜的過程，隨著使用者在這虛擬空間的移動，場景就會像真實世界不停地變化，這在軟件設計上具有較高的難度，并隨著場景布局加大、仿真程度加深，研究人員所需要的時間成本和經(jīng)濟成本逐步增加。

通過對公安院校實戰(zhàn)化教學改革進行研究，以及根據(jù)VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性，我們認為VR技術(shù)在公安專業(yè)日常教學中的應用必將提高教學的實戰(zhàn)化水平。VR技術(shù)完全虛擬世界的性質(zhì)，符合當前對實踐(實驗)教學的要求，該技術(shù)可以根據(jù)公安實戰(zhàn)要求而設計不同的案發(fā)場所。例如：肇事逃逸致死交通事故、十字路口紅綠調(diào)控、高速公路多車事故等,VR技術(shù)虛擬世界的性質(zhì)，完全可以應用到日常教學中，可以像看三維(或者四維)電影一樣身臨其境，意在加深使用者的自身體驗感。

二、VR虛擬現(xiàn)實全息教室建設

VR技術(shù)的引入還將對傳統(tǒng)的教室教學方式及效果進行改革，其將打破傳統(tǒng)“粉筆+黑板+課件”的教室教學形態(tài)。使課件全息呈現(xiàn)在眼前，使之成為三維投影、感官互動的教學形態(tài)，使同學們更容易投入課堂教學中、提高學員與課件的互動性、提高學員與老師的互動性，更能加深公安院校學員在課堂教學中實戰(zhàn)感知。

(一) VR虛擬現(xiàn)實全息教室的一般構(gòu)成

VR全息教室構(gòu)成共分為兩部分，即，教室硬件環(huán)境搭建和VR教學軟件。全息教室的硬件環(huán)境搭建共分為兩個區(qū)域，分為教室區(qū)和學生區(qū)。教室區(qū)包括：三聯(lián)顯示屏或主動式3D投影儀+幕布，用于教師日常授課，VR虛擬現(xiàn)實教學軟件的終端顯示；VR臺式電腦主機(教師端服務器)，用于VR虛擬現(xiàn)實教學軟件的承載與使用。學生區(qū)包括：多功能一體機(學生端)，用于承載及顯示VR虛擬現(xiàn)實教學軟件；多功能觸控硬件，用于學生對VR虛擬現(xiàn)實教學軟件進行全息觸控；交換機，用于學生端一體機互聯(lián)；主動式3D眼鏡，用于學員觀看VR虛擬現(xiàn)實軟件課件，將屏幕上三維效果圖片或視頻轉(zhuǎn)化成立體圖像，使得佩戴者擁有身臨其境的互動性。

VR教學軟件包括教學課件和系統(tǒng)運行相關(guān)軟件。教學課件，在原有的課件基礎上針對課件內(nèi)的圖像信息進行數(shù)字化處理，經(jīng)過處理后的圖像可以轉(zhuǎn)化為具有三維效果的圖像，方便學員觀察以及加深體驗感，提高學員興趣。

(二) VR虛擬現(xiàn)實全息教室需求分析

VR全息教室是在現(xiàn)有教室的基礎上進行的一次革新設想，通過VR技術(shù)的引入將會使原有的“平面”化教學更具有立體感，在加深學員的體驗感的同時提高學員的學習興趣。平時教師可以通過教師端的大屏幕進行授課，學員們則可以通過主動式3D眼鏡進行觀看，原有的靜止案例圖像在經(jīng)過VR技術(shù)的處理后，就如同在學員身邊重新發(fā)生過一遍，可以使同學們?nèi)谌氘斨?，從而在日常課堂教學中提高學生自主學習能力、實戰(zhàn)能力。同時教師還可以通過教師端屏幕顯示學員屏幕的操作內(nèi)容，可以做到及時糾正、指導。

VR全息教室是信息時代教學環(huán)境發(fā)展的必然趨勢，具有技術(shù)先進、功能多樣、操作簡便、多屏顯示，多元互動、虛實結(jié)合等諸多特征，如果其能應用到公安院校教室教學過程當中，必能使課堂教學更貼近實戰(zhàn)。

三、VR虛擬現(xiàn)實實驗室建設

虛擬現(xiàn)實(VR)實驗室可以在一個有限的真實空間內(nèi)模擬不同虛擬空間，這個虛擬空間可以是交通事故現(xiàn)場，也可以是機動車拆解工廠，抑或是車輛通行的十字路口等，在這個虛擬空間的使用者可以是一名，也可以是通過聯(lián)機的多名；可以進行交通事故現(xiàn)場勘查、機動車的拆解與結(jié)合、交通秩序管理，也可以進行交通信號燈調(diào)控;可以是一人工作，也可以是多人合作。其具有較高的自由度，并能使參與者完全處于虛擬環(huán)境，從而達到所需要的訓練要求，并能無限接近實戰(zhàn)工作。

(一)VR虛擬現(xiàn)實實驗室設備構(gòu)成

該系統(tǒng)實驗室建設將包括以下幾個部分: 第一，VR頭戴設備，該設備用于沉浸式的體驗VR教學軟件，佩戴于使用者頭部與外部環(huán)境隔絕，內(nèi)置顯示屏幕。第二，VR操作手柄，用于在體驗VR軟件時進行內(nèi)容操控，可以使使用者在虛擬環(huán)境中進行伸手、移動、提舉、放下、推、拉、擰、抓、握等動作。第三，電腦主機，用來承載VR虛擬現(xiàn)實教學軟件。

(二)VR虛擬現(xiàn)實實驗室需求分析

實驗(實踐)教學一直是公安院校人才培養(yǎng)工作中不可或缺的重要組成部分，關(guān)系著學員日后的實戰(zhàn)能力?，F(xiàn)有的公安院校實驗(實踐)場地可分為專用實驗室、模擬街區(qū)兩類。在傳統(tǒng)的實驗教學模式下，受限于各種條件的約束，學員只能在限定的時間和地點利用限定的實驗設備，完成特定的實驗(實踐)內(nèi)容。因此，傳統(tǒng)實驗只是完成具有“典型性”和“常見性”的“規(guī)定流程”，極大地制約了學員自主解決問題的能力。

此外，傳統(tǒng)實驗(實踐)場地的建設經(jīng)費投入不可小覷，不論是實驗儀器設備的購置與維護，還是實踐場地的建設、管理、更新，都需要花費大量的人力、物力和財力。因此，基于VR技術(shù)的實驗室建設將有利改善以上弊端，同時可以隨使用者的意愿、案例的不同不斷改善，不斷持續(xù)地鍛煉學員的實戰(zhàn)能力。

四、結(jié)語

實戰(zhàn)化教學是公安院校公安教育的根本要求，是培養(yǎng)適應實戰(zhàn)需求警員的有效途徑。而開發(fā)實戰(zhàn)化教學，必須不斷完善教育教學方法與基礎設施建設。在教學中VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的引入將會為公安院校學員提供視覺、聽覺、觸覺等全新全方位的感受，使學員在學習過程中能夠充分貼近實戰(zhàn)需求和實戰(zhàn)環(huán)境，并得到與實戰(zhàn)操作同樣的效果，從而達到公安院校實戰(zhàn)化教學的目的。