基于VR與AR技術(shù)對公安技術(shù)學(xué)教學(xué)改革的探討

初凱

摘? 要：公安技術(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)員的培養(yǎng)重在實戰(zhàn)化，但受傳統(tǒng)教學(xué)模式的限制，教學(xué)實戰(zhàn)化難以全面實現(xiàn)。如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生主動性、提高教學(xué)環(huán)境的真實性，就成為了解決教學(xué)實戰(zhàn)化問題的關(guān)鍵。虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實（AR）是新興的信息技術(shù)手段，兩者都是以提高使用者“感知性、交互性”加深體驗感為目標(biāo)，如果在公安專業(yè)學(xué)員培養(yǎng)中引入這種技術(shù)，將能使教學(xué)環(huán)境無限貼近實戰(zhàn)，使操作性與情景性相結(jié)合，交互性與智能性相結(jié)合，知識性與趣味性相結(jié)合，從而優(yōu)化教學(xué)過程，加深學(xué)生現(xiàn)實體驗感、加深對知識的理解。該文通過對VR與AR技術(shù)的分析，確定了3種提高學(xué)員實戰(zhàn)能力的方法，并討論了其所能達到的效果，為學(xué)員實戰(zhàn)化水平的提高開拓了一條新的思路。

關(guān)鍵詞：技術(shù)創(chuàng)新? 實戰(zhàn)教學(xué)? VR技術(shù)? AR技術(shù)? 公安教學(xué)

中圖分類號：TP391 ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0011-02

習(xí)近平主席在出席全國教育大會時發(fā)表了《堅持中國特色社會主義教育發(fā)展道路 培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人》的重要講話，其中做出了加快教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強國的重大部署。同時會上李克強總理還強調(diào)人才培養(yǎng)要堅持以教學(xué)為中心，突出創(chuàng)新意識和實踐能力。而公安專業(yè)學(xué)員作為預(yù)備警官，日后將從事公安實戰(zhàn)工作，其實踐能力的培養(yǎng)尤為重要。

目前公安專業(yè)學(xué)員培養(yǎng)過程中，專業(yè)技能實踐能力的培養(yǎng)主要由校內(nèi)教學(xué)、假期見習(xí)、實習(xí)這3個部分構(gòu)成，校內(nèi)教學(xué)又分為課上教學(xué)、實驗教學(xué)、實訓(xùn)教學(xué)等模塊。但在學(xué)員的培養(yǎng)過程中則存在校內(nèi)教學(xué)知識內(nèi)容不能完全轉(zhuǎn)為學(xué)員實踐能力的主要問題，究其根源就是當(dāng)前的教學(xué)方法、方式上存在局限性，無論是課上案例教學(xué)、還是模擬實戰(zhàn)實驗（實訓(xùn)）教學(xué)等，都受到環(huán)境、物質(zhì)、心理等因素的影響很難與實際案件相一致。那么如何打破這種局限性，讓學(xué)員在校內(nèi)教學(xué)中體驗到實際案件的情景，就是當(dāng)前公安專業(yè)實踐教學(xué)中首要解決的問題。筆者在結(jié)合公安專業(yè)學(xué)員培養(yǎng)需求，借鑒其他高校教學(xué)改革方法的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實（AR）新興信息技術(shù)對實踐教學(xué)中存在問題的解決、實現(xiàn)公安教育現(xiàn)代化有很大幫助。該文將通過研究兩種技術(shù)的內(nèi)涵、特征以及區(qū)別，分析適合公安專業(yè)學(xué)員實踐能力培養(yǎng)的具體技術(shù)方法，最后將討論兩種技術(shù)在公安專業(yè)學(xué)員教育現(xiàn)代化的幫助及日后發(fā)展方向。

1? VR與AR技術(shù)內(nèi)涵與區(qū)別

1.1 基本內(nèi)涵

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合而生成的視、聽、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。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來與虛擬環(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(yīng)的算法來生成的;虛擬現(xiàn)實需要依靠專門的傳感設(shè)備來進行交互作用。增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實世界的一定時間空間范圍內(nèi)很難體驗到的實體信息（視覺信息、聲音、味道、觸覺等），通過開發(fā)軟件模擬仿真后生成虛擬信息再疊加到真實世界上，從而被人類感官所感知達到超越現(xiàn)實的感官的一種體驗。

1.2 虛擬現(xiàn)實（VR）與增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）的區(qū)別

在技術(shù)研發(fā)層面來說，AR是由VR技術(shù)的發(fā)展而來的，AR技術(shù)是VR技術(shù)的擴展，兩者間存在著密切關(guān)系。但在具體的使用過程上兩種技術(shù)有明顯的不同：第一，浸入感上不同。VR技術(shù)本身在意用戶對適用環(huán)境中的感官的完全浸入，注重將使用者的感官與實際環(huán)境分離，而沉浸在由虛擬技術(shù)所營造的空間之中，系統(tǒng)開發(fā)得越真實，使用者沉浸得越徹底。VR技術(shù)在使用中會利用能夠?qū)⒂脩粢曈X、聽覺與實際環(huán)境分離的設(shè)備，現(xiàn)在最常見的是浸入式頭盔。而與VR技術(shù)不同，AR技術(shù)不僅不把個人感受與現(xiàn)實環(huán)境分離，還要加強用戶對現(xiàn)實世界環(huán)境存在的感受感。AR技術(shù)是借助設(shè)備儀器將真實環(huán)境的信息進行虛擬化，或與虛擬環(huán)境融合，從而起到增強用戶對真實環(huán)境的感受，通常AR技術(shù)需要借助平面設(shè)備或者通過帶有攝像頭的顯示屏設(shè)備，這些設(shè)備能夠?qū)⑻摂M景象投影到真實環(huán)境中。第二，應(yīng)用環(huán)境有著明顯區(qū)別。VR技術(shù)主要構(gòu)建出一處獨立于當(dāng)前環(huán)境的全新得虛擬世界，這種世界是通過軟件開發(fā)與信息技術(shù)融合而成，可以做到現(xiàn)實世界虛擬化或構(gòu)建一處全新的虛擬世界，來滿足用戶在實際環(huán)境不能實現(xiàn)的操作要求;而AR技術(shù)是以真實世界為基礎(chǔ)，在這基礎(chǔ)上可以對某一部分進行虛擬，比如可以對墻上的圖片、幕布下的視頻或者空曠的一塊空間等，是使使用者提高現(xiàn)實體驗感的技術(shù)。第三，研發(fā)成本有明顯區(qū)別。VR技術(shù)如果想在實際教學(xué)中使用，就必須進行硬件與軟件的建設(shè)，在建造虛擬實驗室的同時，還要設(shè)計與之匹配的虛擬場景，這種場景設(shè)計涉及到軟件開發(fā)與利用，是一個復(fù)雜的過程，并且為了滿足不同使用目的，場景就會像真實世界那樣不停地變化，這就需要進行多次開發(fā)，建設(shè)多處虛擬場景，具有較高的難度，并隨著場景布局加大、仿真程度加深，開發(fā)人員需要的時間成本和經(jīng)濟成本持續(xù)增加。而AR技術(shù)主要是針對部分顯示場景進行虛擬，例如，書中的單一圖片、視頻中的單一片段，單一虛擬場景即可無限使用，軟件設(shè)計周期短、成本低。

2? VR與AR技術(shù)在公安技術(shù)學(xué)實戰(zhàn)化教學(xué)中的應(yīng)用

針對近些年全國公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)改革需求的研究，以及依據(jù)VR、AR技術(shù)的區(qū)別，我們可以發(fā)現(xiàn)該兩種技術(shù)在公安院校公安專業(yè)教學(xué)中的使用，將會對提高各專業(yè)實戰(zhàn)化教學(xué)水平有顯著幫助，但如何有效地將這兩種技術(shù)應(yīng)用公安專業(yè)教學(xué)改革中來是當(dāng)前應(yīng)該著重解決的。通過VR技術(shù)特點，可預(yù)想其完全虛擬世界性質(zhì)較符合公安技術(shù)專業(yè)對實踐（實驗）教學(xué)改革的要求，其可以根據(jù)公安實戰(zhàn)環(huán)境設(shè)計出不同的案發(fā)場所，例如，室內(nèi)的刑事案件，道路上的交通事故、公共場所的群體性事件等;而AR技術(shù)的半虛擬世界性質(zhì)，完全可以應(yīng)用到我們?nèi)粘＝虒W(xué)中，意在加深使用者的部分體驗感。例如，在課件中插入的某一案例圖片，經(jīng)過信息化處理后，在學(xué)員利用手持終端掃描時，靜止的圖形會賦予生命，隨著使用者要求動起來，就如同看三維電影一樣有身臨其境的感受。那么兩種技術(shù)該如何具體應(yīng)用到公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)當(dāng)中呢？具體應(yīng)從實驗（實訓(xùn)）教學(xué)、課堂教學(xué)兩個方面進行兩種技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 基于AR技術(shù)下的立體化教材改革

AR技術(shù)具有真實環(huán)境與虛擬環(huán)境相結(jié)合的特性，這種特征恰好可以利用到教材改革中，建成立體化教材。立體化教材就是利用AR手持終端對教材中平面圖片進行掃描，形成現(xiàn)實的三維立體圖像，通過滑動、點擊手持終端屏幕可以改變不同的觀察角度，以及進行需求性控制。

2.2 VR全息教室建設(shè)

VR技術(shù)在公安培訓(xùn)中的使用將對傳統(tǒng)的教室培訓(xùn)方式進行全面革新，其將改變原有“粉筆+課件+案例+黑板”的模式培訓(xùn)。將所講授內(nèi)容通過全息成像方式呈現(xiàn)，把平面的課件轉(zhuǎn)換成三維投影形式，加深受訓(xùn)人員感官體驗、提高受訓(xùn)人員上課積極性、促進受訓(xùn)人員與教師之間的互動，從而實現(xiàn)受訓(xùn)人員對知識的掌握。

VR技術(shù)構(gòu)建的教室一共可以分為兩個部分：教室建設(shè)、軟件開發(fā)。這其中教室建設(shè)將形成兩個區(qū)域，分為演示區(qū)和操控區(qū)。演示區(qū)包括：由多屏顯示屏構(gòu)成或者主動式三維投影儀+幕布構(gòu)成，主要用于授課教師進行演示操作;同時還包括VR軟件終端、VR服務(wù)器（演示區(qū)主機），用于VR技術(shù)軟件的承載與使用。操控區(qū)包括：（1）一體機，學(xué)員使用的主機，其主要用于裝載及呈現(xiàn)VR虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)軟件;（2）觸控設(shè)備，學(xué)員通過觸控該設(shè)備對呈現(xiàn)出的虛擬現(xiàn)內(nèi)容進行操控;（3）交換機，用于使教室中操控端主機、演示主機進行互聯(lián);（4）呈現(xiàn)眼鏡，學(xué)員可以通過該設(shè)備觀看課件，并將屏幕呈現(xiàn)的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為三維圖像，使學(xué)員在視覺感知上更加全面、細(xì)致。

軟件開發(fā)包括虛擬課件、相關(guān)軟件。虛擬課件是在原有的課件基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化處理進行信息化改變，經(jīng)過處理后的內(nèi)容在呈現(xiàn)眼鏡的配合下，形成立體圖像。

3? 結(jié)語

實戰(zhàn)化教學(xué)是公安院校教育的根本要求，是培養(yǎng)適應(yīng)實戰(zhàn)需求警員的有效途徑。而開展實戰(zhàn)化教學(xué)，必須不斷完善教育教學(xué)方法與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。虛擬現(xiàn)實（VR）/增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)的引入能為公安院校學(xué)員學(xué)習(xí)過程中提供全新視覺、聽覺、觸覺的感受，使學(xué)員在校學(xué)習(xí)時就能貼近實戰(zhàn)的環(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(xué)的目的。但是在VR/AR技術(shù)的引入過程中必須杜絕盲目照搬和套用其他院校的方法。公安院校實戰(zhàn)能力的培養(yǎng)不同于普通的本科院校或者職業(yè)教育院校的教學(xué)，有其獨有的特性，這特性既包括保密性又包括實戰(zhàn)能力真實性還包括面對環(huán)境多變性等。按照該文討論依據(jù)公安院校教學(xué)需求，筆者認(rèn)為當(dāng)前VR/AR技術(shù)在公安院校教學(xué)應(yīng)用中應(yīng)分為3個階段進行：第一階段，虛擬現(xiàn)實（VR）實驗室建設(shè);第二階段，VR全息教室建設(shè)和立體化教材建設(shè);第三階段，VR與AR技術(shù)的融合，即最終利用信息技術(shù)使實驗教學(xué)和課堂教學(xué)完全融合。通過3個階段的建設(shè)必將能改變原有教學(xué)模式，提高學(xué)員實戰(zhàn)能力，為公安院校以及其他專業(yè)型學(xué)校、職業(yè)院校教學(xué)提供有效的幫助。

參考文獻

[1] 余正泓，王紅梅.論“教學(xué)媒體創(chuàng)新”對技能型人才團隊協(xié)作能力培養(yǎng)的啟示——以虛擬/增強現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的運用為例[J].教育現(xiàn)代化，2017（23）：17-21，37.

[2] 蔡蘇，張晗，薛曉茹，等.增強現(xiàn)實（AR）在教學(xué)中的應(yīng)用案例評述[J].中國電化教育，2017（3）：6-14，35.

[3] 黃榮懷，郭芳.立體化教材的設(shè)計與開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008（10）：105-109.