VR（虛擬現實）技術在大學生安全教育中的應用研究

吳學政

[摘要]近年來基于虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）作為最新興起的新穎創新教學媒體開始興起，如果將VR技術引入高等院校的學生安全教育教學領域應用必定會發揮極其重要的輔助教學作用，本文將通過對VR（虛擬現實）技術的概念、特征，利用VR技術進行安全教育國內外發展現狀和相關優勢進行了闡述，提出了在高等院校學生安全教育中的未來具體應用研究。

[關鍵詞]虛擬現實 大學生安全教育 VR技術 AR技術

一、引言

進入互聯網+時代以來，電子科技產品極大豐富著人們生活的方方面面，在教育教學領域中相關的科技產品和技術發展日新月異。目前國內正興起一種新的教學媒體一利用VR技術（虛擬現實技術）安全教育教學，借助虛擬現實技術安全教育教學作為一種新的教學媒體，能使高校在校學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生安全教育教學質量，創新發展成有效的大學生安全教育教學手段。利用這項技術并在大學生安全教育教學中普及，將進一步推進安全教育教學技術手段的現代化，極大提高大學生安全教育教學水平，對培養大學生全面了解和掌握安全知識、安全技能，提高大學生的安全素質和能力有不可估量的意義。

二、VR（虛擬與現實）技術綜述

虛擬現實技術（Visual Reality），簡稱為VR技術，是運用了計算機圖形與多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種科學技術綜合發展起來的計算機領域的新技術；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實世界真實再現，也可以是構的世界。操作者置身于計算機所表示的三維空間資料庫環境中，并可以通過眼、手、耳或特殊的空間三維裝置在這個環境中”環游”，創造出一種”親臨其境”的感覺。所以虛擬現實技術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，動態環境建模技術、立體顯示和傳感器技術、系統開發工具應用技術、實時三維圖形生成技術、系統集成技術是VR的關鍵技術。VR技術作為21世紀重要的發展學科以及影響人們生活的重要技術越來越受到全世界科學家重視。

虛擬現實擁有以下三個基本特性：沉浸（IMMERSION）、交互（INTERACTION）和構想（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境之后，看得見、聽的到，虛擬的環境感受與現實環境一致，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境中的各種物體進行真實操作。如敲打虛擬環境中的一個虛擬人物，感受如同真實環境中一樣，甚至虛擬人物反擊參與人有直接感受。

構想指由參與人在逼真虛擬空間環境下，實時交互全方位感知并發揮主觀能動性有了更加立體直觀豐富的聯想，尋求完美解決方式。

三、國內外VR技術在安全教育應用現狀

在VR安全教育領域，美國發展勢頭迅猛，美國ETC研發了高級災害管理模擬系統（ADMS）目前由紐約應急管理辦公室不斷創新發展作為訓練緊急事故指揮官和災難管理系統，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模擬系統用來提高指揮者面對災害時的處理能力；南密西西比大學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；達特茅斯醫學院的OPS-PLUS項目應用是模擬各類虛擬恐怖活動，在逼真的環境中各種如爆炸、化學或生物類型的恐怖危害如何應對，通過虛擬訓練提高應急能力；佛羅里達大學與360ed公司研發基于網絡的VR模擬“燒傷中心”游戲，訓練那些提供關于燒傷治療相關性醫療從業者。以色列內蓋夫本·古里安大學Anat Meir研究應用通過虛擬現實訓練在兒童安全教育研究應用幫助正確過馬路訓練。2014年日本愛知縣用Oculus Rift做有關地震等災害預防模擬訓練。2016年中國兒童少年基金會與AXA安盛共同研發“移動安全體驗教室”項目正式啟用；2016年我國浙江省基于VR技術建設“安全生產互動游戲體驗館”做有關安全互動體驗教育普及活動。

總而言之，在國內外利用VR技術在安全案件模擬、各類安全教育和防范訓練中與傳統的培訓結合并具有更大的優勢和更多的靈活性，目前國內外應用形式越來越廣泛。

四、基于VR技術的大學生安全教育方式優勢

4.1開放性

虛擬演練打破了以往傳統安全教育教學模式在固定場所上的限制，可以根據大學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境條件下學習訓練，受教育學生只需要借助相關設備即可進入共同的虛擬演練環境進行實時的相關的安全教育學習訓練。

4.2針對性

可以針對大學生不同的安全需求情況做出獨特的處理。VR應用可以創建高等院校校園場景或者學生必經歷的社會場景，受教學生可以結合自身安全因素的弱項置于各種突發、復雜有針對自身安全因素弱環境中去，借助安全教育教學演練模擬后可視化的評價反饋受教學生能快速取得自己安全成績，根據成績評估相關弱點從而進行針對性訓練，提高自身的應變能力與相關處理技能。

4.3安全性

與現實中的真實安全演練相比，虛擬仿真優勢就是可以方便的模擬任何環境任何項目進行安全演練；通過虛擬仿真安全教育演練，教學雙方可以放心大膽的在虛擬環境中嘗試復雜安全演練即便在安全演練中發生各種不當甚至“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論中，作為最后演練考核的考核項目。這樣，在確保教學雙方人身安全不收損害的情況下，教學雙方可以“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安全。

4.4有效性

與現實中的真實安全演練相比，虛擬仿真訓練隨時進行多次重復演練，學生始終處于安全教育教學的主導地位，掌握接受安全教育主動權，大大增加學習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，在系統的各個區域和位置，同時一對一、一對多進行安全演練教學，在學生進行模擬的過程中，vR可以利用傳統的教學元素如安全案例視頻、ppt安全知識資料嵌入在虛擬環境中，進行實時安全教育；同時更加逼真的視聽環境，提高學生安全教育的重視和關注程度，有效提高安全教育成效。

五、VR技術在大學生安全教育中應用

5.1常發治安案件防范虛擬教學

常發治安案件防范模擬教學系統利用VR技術提供一種仿真安全的模擬環境，為學生的安全技能訓練創建了交互的仿真虛擬世界；可以針對高校常發案件及一定區域建造案件模擬和防范教學，學生可以模擬校園和社會各種治安環境中按照自己個人情況來學習，逐步而全面地掌握相關的安全防范知識；在進行集體性教學時，VR平臺設置分組討論環節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作中作用，這樣的教學形式讓大學生可以在虛擬空間里了解常發案件經過，并根據案件學習防范，全身心地去不斷反復練習技能，學生可以根據系統給出的反饋反復進行練習，直至掌握這項技能。利用VR（虛擬現實）技術進行形式多樣的安全防范技能仿真模擬訓練，可以提高大學生對案件的感知度和預防防范的技能。

5.2高校安全隱患虛擬查找教學

高校安全隱患模擬查找教學系統利用虛擬現實技術以一系列三維圖像呈現各類安全隱患場景，配置學生宿舍、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安全現場。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采用全三維圖像技術開發，將不同場景、案件發生經過真實場面逼真模擬或者還原，通過手去觸摸、拖拽顯示器界面內容來轉換視角，可360度無死角觀察環境，學生查找安全隱患有立體感，系統可以進行提示性操作，發現不了進行事故隱患的深度發展模擬，讓學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應急逃生虛擬逃生演練教學

應急逃生模擬逃生演練教學系統通過VR技術設置具有代表性的建筑物（如教室、食堂、宿舍、辦公樓、體育館等）結構進行最具有實用性的仿真模擬，形成針對性的應急逃生指導，學生可以通過三維模擬應急逃生系統比較方便模擬出各類現實中不容易去做的演習，并不會破壞我們正常的生活學習秩序，讓學生身臨其境，置身于逃生現場，免除學生在真實演練中發生意外的顧慮。在虛擬現實環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。同時還會對受教學生分析其問題缺點，提高模擬訓練效果。

5.4消防器材虛擬演練教學

消防器材虛擬演練教學系統讓學生免除滅火燙傷或者誤傷自己種種安全顧慮，在虛擬的環境里進行練習，可以獲得與實環境里一樣的體會，從而達到訓練的目的。要用于教學并體驗滅火器、消火栓的使用。在模擬滅火體驗系統中設置多種基本層次場景如廚房、學生宿舍、寫字樓與賓館房間。并且針對各場景的特點，設置油鍋、電器、易燃物等不同類型的火災模擬現場，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。系統可以對火災成因、發展與滅火器各種類型與使用辦法、起火點的判定等數據進行完全模擬仿真，學生只要按步驟認真學習并操作模擬滅火體驗系統，就能準確選擇學會并科學合理使用滅火器材。

六、結語

VR進入大學生安全教育教學的研究將對提高大學生安全教育教學訓練水平、改善大學生安全教育教學環境、優化大學生安全教育教學過程、培養具有較強安全意識和安全技能的人才產生深遠的影響；現階段VR技術國內都處于快速發展，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；同時相對于傳統的安全教育的教學與演習，模擬情景缺乏真實互動與直接的實踐經驗。但是隨著VR甚至AR技術的不斷發展，因為具有不受時空限制先天優勢，可以與學生進行交互式、圖文并茂的智能教學，將會以其自身強大的教學優勢和潛力，越來越受到整個高校系統的重視和青睞，未來將會成為安全教育的一種全新的教育教學方式，最終在大學生安全教育教學領域廣泛應用并發揮其重要作用。