虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市公共交通相關(guān)課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

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摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是多學(xué)科交叉的智能化和可視化前沿技術(shù)，在交通領(lǐng)域的最大應(yīng)用是汽車駕駛模擬器。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的功能介紹基礎(chǔ)上，探討了高仿真度汽車駕駛模擬器在城市公共交通相關(guān)課程教學(xué)中的應(yīng)用可能性，闡述了基于實(shí)驗(yàn)?zāi)K構(gòu)建的教學(xué)應(yīng)用模式。

關(guān)鍵詞：新工科、虛擬現(xiàn)實(shí)、交通運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

一、背景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)囊括計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計(jì)算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。高仿真度汽車駕駛模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通領(lǐng)域的兩個(gè)典型應(yīng)用。目前很多國(guó)家已經(jīng)將智能汽車駕駛模擬器引用汽車駕駛教學(xué)當(dāng)中.汽車駕駛模擬期輔助教學(xué)對(duì)增加汽車駕駛培訓(xùn)科技含量起到促進(jìn)作用[1];重慶文理學(xué)院羅萬(wàn)成提出了以VR實(shí)際項(xiàng)目為載體的工程實(shí)踐體系，培養(yǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)需要的"新工科"人才[2];史磊結(jié)合交通運(yùn)輸學(xué)科背景和多年駕駛?cè)艘蜻\(yùn)營(yíng)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與研究，完整闡述了"三層次，三模塊，三保障"的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和構(gòu)建原則，并重點(diǎn)論述了駕駛?cè)艘蜻\(yùn)營(yíng)管理三大實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的內(nèi)容與實(shí)施[3];王海燕等分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通車輛相關(guān)課程教學(xué)中的應(yīng)用[4]。

前人研究中主要以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和在學(xué)科中的應(yīng)用為主，深入到具體課程的應(yīng)用較少。因此，本文面向城市公共交通課程，從更微觀的層面探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用模式。

二、城市公共交通課程的特點(diǎn)

城市公共交通課程是交通工程、交通運(yùn)輸?shù)葘I(yè)的主干課程，需要向?qū)W生系統(tǒng)地介紹城市公共交通與交通參與者、車輛、道路、環(huán)境之間的關(guān)系，闡述公共交通系統(tǒng)各元素與運(yùn)營(yíng)管理和效率之間的關(guān)系，包括客流調(diào)查、線網(wǎng)規(guī)劃、行車作業(yè)計(jì)劃的編制、調(diào)度方法的運(yùn)用、智能調(diào)度技術(shù)及其應(yīng)用，能夠讓學(xué)生結(jié)合規(guī)劃和設(shè)計(jì)理念思考運(yùn)營(yíng)管理問題，為制定城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理對(duì)策提供依據(jù)。并且現(xiàn)在公交車輛的高比例電動(dòng)化、智能化需求等現(xiàn)象為城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)了新的問題，在本門課程中也會(huì)進(jìn)行探討。

該課程主要包含三個(gè)方面的核心內(nèi)容：七種城市公共交通方式的分類、組成、特性介紹;城市公共交通行車計(jì)劃和調(diào)度管理;城市公共交通評(píng)價(jià)與車站運(yùn)營(yíng)管理。行車計(jì)劃、系統(tǒng)評(píng)價(jià)和運(yùn)營(yíng)管理相關(guān)內(nèi)容都適合采用案例教學(xué)法，例如公交車進(jìn)站行為對(duì)其他車輛駕駛行為的影響，文字和圖片都難以清晰明了地描述影響發(fā)生的完整過程和關(guān)鍵影響因素。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市公共交通課程教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市公共交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要是依托高仿真度汽車駕駛模擬器和VR眼鏡，為學(xué)生們提供可視化、可互動(dòng)、互反饋的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使學(xué)生能夠通過駕駛實(shí)驗(yàn)操作或者沉浸式場(chǎng)景觀看來(lái)體驗(yàn)不同的城市公共交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理方案對(duì)所有交通參與者產(chǎn)生的影響。通過調(diào)整可視化實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的不同方案，可以對(duì)比分析方案的優(yōu)劣性，確定關(guān)鍵影響因素的建議值，不同的場(chǎng)景可以對(duì)應(yīng)不同的原則和理念，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市公共交通課程教學(xué)中的應(yīng)用可以包含以下三個(gè)部分：

1、標(biāo)準(zhǔn)化城市公共交通場(chǎng)景制作。城市公共交通涉及到的知識(shí)點(diǎn)眾多，需要首先整理適合開展虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，然后基于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的軟硬件特征，分別確定場(chǎng)景中包含的道路、地形、交通附屬設(shè)施、靜態(tài)車輛、動(dòng)態(tài)車輛、非機(jī)動(dòng)車、公交車、行人、公交站臺(tái)、樹木環(huán)境等城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理的影響因素，模塊化構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景。

2、城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理影響機(jī)理分析。在標(biāo)準(zhǔn)化城市公共交通場(chǎng)景制作完成后，學(xué)生在高仿真度汽車駕駛模擬器或者VR眼鏡等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過視頻展示和人機(jī)交互兩種形式讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中感受城市公共交通運(yùn)營(yíng)管理方法對(duì)于城市交通的影響機(jī)理，理論知識(shí)講解、課堂案例討論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合增強(qiáng)學(xué)生的理解深度。

3、方案結(jié)果對(duì)比和方案改進(jìn)。當(dāng)學(xué)生完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)多個(gè)方案的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)果對(duì)比分析，進(jìn)一步提升學(xué)生的主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)能力，請(qǐng)學(xué)生分析標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的原因，提煉影響不同方案結(jié)果的關(guān)鍵指標(biāo)，并在關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)值最優(yōu)化分析基礎(chǔ)上提出針對(duì)性的改進(jìn)方案，然后重新制作實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景開展實(shí)踐，循環(huán)開展“理論學(xué)習(xí)—場(chǎng)景制作—仿真實(shí)驗(yàn)—方案改進(jìn)”這一過程，體現(xiàn)理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐學(xué)習(xí)的相互支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪世發(fā)， 萬(wàn)遠(yuǎn)紅， 冉小江. 智能汽車駕駛模擬器在汽車駕駛教學(xué)中的應(yīng)用意義[J]. 當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究：電子刊， 2017， 000（004）：221.

[2]羅萬(wàn)成. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與 “新工科” 人才培養(yǎng)——以重慶文理學(xué)院為例[J]. 收藏， 2018， 1： 007.

[3]史磊. 基于駕駛模擬器的人因運(yùn)營(yíng)管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)， 2020， 23（5）：7.

王海燕， 阮久宏， 王守鋒. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通車輛相關(guān)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 教育教學(xué)論壇， 2016 （14）： 259-260.