吳學(xué)政

[摘要]近年來基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）作為最新興起的新穎創(chuàng)新教學(xué)媒體開始興起，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)用必定會發(fā)揮極其重要的輔助教學(xué)作用，本文將通過對VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)的概念、特征，利用VR技術(shù)進行安全教育國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)優(yōu)勢進行了闡述，提出了在高等院校學(xué)生安全教育中的未來具體應(yīng)用研究。

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

一、引言

進入互聯(lián)網(wǎng)+時代以來，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)實技術(shù)）安全教育教學(xué)，借助虛擬現(xiàn)實技術(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。利用這項技術(shù)并在大學(xué)生安全教育教學(xué)中普及，將進一步推進安全教育教學(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，對培養(yǎng)大學(xué)生全面了解和掌握安全知識、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）技術(shù)綜述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Visual Reality），簡稱為VR技術(shù)，是運用了計算機圖形與多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機交互技術(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)展起來的計算機領(lǐng)域的新技術(shù)；是計算機生成的、模擬人類感覺的世界的實時表示，有時也稱之為虛擬環(huán)境。這里的“世界”是指具有真實感的立體形，它既可以是某種特定現(xiàn)實世界真實再現(xiàn)，也可以是構(gòu)的世界。操作者置身于計算機所表示的三維空間資料庫環(huán)境中，并可以通過眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個環(huán)境中”環(huán)游”，創(chuàng)造出一種”親臨其境”的感覺。所以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為機交互提供了新的交互媒體。VR的核心是人工智能和計算機視覺，動態(tài)環(huán)境建模技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)、系統(tǒng)開發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)、實時三維圖形生成技術(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)越來越受到全世界科學(xué)家重視。

虛擬現(xiàn)實擁有以下三個基本特性：沉浸（IMMERSION）、交互（INTERACTION）和構(gòu)想（IMAGIONATION），即通常所說的“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、聽的到，虛擬的環(huán)境感受與現(xiàn)實環(huán)境一致，因此，參與人相信這一切都“真實”存在，使得參與人有身臨其境的感覺。

交互指參與人進入虛擬環(huán)境后，不僅可以通過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虛擬環(huán)境中的各種物體進行真實操作。如敲打虛擬環(huán)境中的一個虛擬人物，感受如同真實環(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，實時交互全方位感知并發(fā)揮主觀能動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，美國發(fā)展勢頭迅猛，美國ETC研發(fā)了高級災(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)，通過紐約城市虛擬副本，模擬自然與人為的各種自然、社會災(zāi)難情況并進行模擬演練處置；美國洛杉磯警察使用Hydra模擬系統(tǒng)用來提高指揮者面對災(zāi)害時的處理能力；南密西西比大學(xué)Sportevac項目提供給人類在體育場面對危險時進行疏散工作提供解決方案；達特茅斯醫(yī)學(xué)院的OPS-PLUS項目應(yīng)用是模擬各類虛擬恐怖活動，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，通過虛擬訓(xùn)練提高應(yīng)急能力；佛羅里達大學(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)用通過虛擬現(xiàn)實訓(xùn)練在兒童安全教育研究應(yīng)用幫助正確過馬路訓(xùn)練。2014年日本愛知縣用Oculus Rift做有關(guān)地震等災(zāi)害預(yù)防模擬訓(xùn)練。2016年中國兒童少年基金會與AXA安盛共同研發(fā)“移動安全體驗教室”項目正式啟用；2016年我國浙江省基于VR技術(shù)建設(shè)“安全生產(chǎn)互動游戲體驗館”做有關(guān)安全互動體驗教育普及活動。

總而言之，在國內(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)勢和更多的靈活性，目前國內(nèi)外應(yīng)用形式越來越廣泛。

四、基于VR技術(shù)的大學(xué)生安全教育方式優(yōu)勢

4.1開放性

虛擬演練打破了以往傳統(tǒng)安全教育教學(xué)模式在固定場所上的限制，可以根據(jù)大學(xué)生當前實際安全需求在任何時間、任何地點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)備即可進入共同的虛擬演練環(huán)境進行實時的相關(guān)的安全教育學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

4.2針對性

可以針對大學(xué)生不同的安全需求情況做出獨特的處理。VR應(yīng)用可以創(chuàng)建高等院校校園場景或者學(xué)生必經(jīng)歷的社會場景，受教學(xué)生可以結(jié)合自身安全因素的弱項置于各種突發(fā)、復(fù)雜有針對自身安全因素弱環(huán)境中去，借助安全教育教學(xué)演練模擬后可視化的評價反饋受教學(xué)生能快速取得自己安全成績，根據(jù)成績評估相關(guān)弱點從而進行針對性訓(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)實中的真實安全演練相比，虛擬仿真優(yōu)勢就是可以方便的模擬任何環(huán)境任何項目進行安全演練；通過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)生各種不當甚至“意外”，也不會造成實際損害后果，并且將所有進行過程的意外因素進入演練評定最終結(jié)論中，作為最后演練考核的考核項目。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”進行各種場景各種方案極端的進行安全演練，從而全方位提高受教學(xué)生的安全技能防范水平，確保在今后實際遇到各種安全問題中確保自己人身與財產(chǎn)安全。

4.4有效性

與現(xiàn)實中的真實安全演練相比，虛擬仿真訓(xùn)練隨時進行多次重復(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權(quán)，大大增加學(xué)習(xí)安全知識和技能的時間和實際安全效果，vR可以將諸如自然或者社會上存在的各類安全進步模擬仿真，在系統(tǒng)的各個區(qū)域和位置，同時一對一、一對多進行安全演練教學(xué)，在學(xué)生進行模擬的過程中，vR可以利用傳統(tǒng)的教學(xué)元素如安全案例視頻、ppt安全知識資料嵌入在虛擬環(huán)境中，進行實時安全教育；同時更加逼真的視聽環(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各種治安環(huán)境中按照自己個人情況來學(xué)習(xí)，逐步而全面地掌握相關(guān)的安全防范知識；在進行集體性教學(xué)時，VR平臺設(shè)置分組討論環(huán)節(jié)和集體團隊類互動模擬安全場景，用來重點分析個人行為的正確性以及集隊協(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，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)進行練習(xí)，直至掌握這項技能。利用VR（虛擬現(xiàn)實）技術(shù)進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)實技術(shù)以一系列三維圖像呈現(xiàn)各類安全隱患場景，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景及不同類型案件多發(fā)安全現(xiàn)場。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)開發(fā)，將不同場景、案件發(fā)生經(jīng)過真實場面逼真模擬或者還原，通過手去觸摸、拖拽顯示器界面內(nèi)容來轉(zhuǎn)換視角，可360度無死角觀察環(huán)境，學(xué)生查找安全隱患有立體感，系統(tǒng)可以進行提示性操作，發(fā)現(xiàn)不了進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重性進行警示教育。

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)進行最具有實用性的仿真模擬，形成針對性的應(yīng)急逃生指導(dǎo)，學(xué)生可以通過三維模擬應(yīng)急逃生系統(tǒng)比較方便模擬出各類現(xiàn)實中不容易去做的演習(xí)，并不會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，免除學(xué)生在真實演練中發(fā)生意外的顧慮。在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中最好的逃生方式去尋找最快的逃生通道，使自己脫離險境。同時還會對受教學(xué)生分析其問題缺點，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)境里進行練習(xí)，可以獲得與實環(huán)境里一樣的體會，從而達到訓(xùn)練的目的。要用于教學(xué)并體驗滅火器、消火栓的使用。在模擬滅火體驗系統(tǒng)中設(shè)置多種基本層次場景如廚房、學(xué)生宿舍、寫字樓與賓館房間。并且針對各場景的特點，設(shè)置油鍋、電器、易燃物等不同類型的火災(zāi)模擬現(xiàn)場，同時提供干粉、二氧化碳、泡沫、水基型等四種滅火器進行選擇，選擇過程中進行滅火器的選擇與使用指導(dǎo)。系統(tǒng)可以對火災(zāi)成因、發(fā)展與滅火器各種類型與使用辦法、起火點的判定等數(shù)據(jù)進行完全模擬仿真，學(xué)生只要按步驟認真學(xué)習(xí)并操作模擬滅火體驗系統(tǒng)，就能準確選擇學(xué)會并科學(xué)合理使用滅火器材。

六、結(jié)語

VR進入大學(xué)生安全教育教學(xué)的研究將對提高大學(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)過程、培養(yǎng)具有較強安全意識和安全技能的人才產(chǎn)生深遠的影響；現(xiàn)階段VR技術(shù)國內(nèi)都處于快速發(fā)展，當前受限于硬件、平臺的制約使得模擬仿真的效果沒有最佳；同時相對于傳統(tǒng)的安全教育的教學(xué)與演習(xí)，模擬情景缺乏真實互動與直接的實踐經(jīng)驗。但是隨著VR甚至AR技術(shù)的不斷發(fā)展，因為具有不受時空限制先天優(yōu)勢，可以與學(xué)生進行交互式、圖文并茂的智能教學(xué)，將會以其自身強大的教學(xué)優(yōu)勢和潛力，越來越受到整個高校系統(tǒng)的重視和青睞，未來將會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。