虛擬現實技術在交通安全課程教學中的應用探索

向往

[摘 要]通過對新工科背景下虛擬現實技術在交通運輸中的闡述，分析交通運輸類專業安全課程的特點以及虛擬現實技術在交通運輸課程中仿真環境的應用，探索虛擬現實技術在交通運輸類專業教學中的應用，有效提高交通運輸專業課程教學效果。

[關鍵詞]新工科;虛擬現實;交通運輸;實驗教學模塊

一、背景

虛擬現實技術集人機交互技術、圖像融合技術、傳感技術、人工智能技術、計算機三維仿真技術等多個新興技術于一體，能夠提供沉浸感強的虛擬環境做展示。VR眼鏡和駕駛模擬器是虛擬現實技術在交通領域的兩個典型應用。清華大學陳勁和呂文晶提到虛擬現實技術未來在自動駕駛和語音圖像識別領域會有重要應用;重慶文理學院羅萬成提出了以VR實際項目為載體的工程實踐體系，培養虛擬現實產業需要的“新工科”人才;Fisher分別從理論和實踐介紹了不同類型駕駛模擬器在交通工程學、土木工程學、醫學、行為科學、心理學等多個學科的交叉應用;王海燕等人分析了虛擬現實技術在軌道交通車輛相關教學中的應用。

以往研究中主要以虛擬現實技術的發展和在學科中的應用為主，深入到具體課程的應用較少。因此，本文將從更微觀的層面探討虛擬現實技術的應用模式。

二、交通安全課程的特點

交通安全課程作為交通類專業和安全類專業的主干課程，需要向學生系統地介紹交通安全與交通參與者、車輛、道路、環境之間的關系，闡述交通系統各元素之間的關系，分析交通安全隱患和交通事故機理，介紹可預防或減少交通事故的方法，闡述交通安全與基礎設施之間的交互關系，還能夠讓學生從規劃和設計層面思考安全問題，為制定交通安全對策提供依據。

該課程主要包含三個核心內容：交通系統的四大組成部分與交通安全的關系;交通事故統計、分析與預測;交通安全評價與安全保障技術。這三個內容都適合采用案例教學法，例如交通事故再現環節，文字和圖片都難以清晰明了地描述事故發生的完整過程和導致事故發生的關鍵影響因素。

三、虛擬現實技術在交通安全課程教學中的應用

虛擬現實技術的優勢是可以以駕駛模擬器和VR眼鏡等設備為依托，向學生提供沉浸感強的仿真環境，并且實現人機互動，使學生通過實踐了解事件發生的前因后果和關鍵影響因素。通過改變可視的仿真環境可以營造不同的交通場景，不同的場景可以對應不同的原則和理念，因此，虛擬現實技術在交通安全課程教學中的應用可以包含以下三個部分：

（一）制作標準化的交通安全場景

場景是虛擬現實技術的外在表現，但是交通安全所涉及的場景眾多，因此，只能根據授課內容構建標準化的交通安全場景，通過分別定義地形、道路類型、交通設施、車輛、行人、環境視距等多個交通安全的影響因素構建標準化場景，且實現多個場景的組合使用。

（二）分析場景的安全機理

在標準化場景制作完成后，讓學生在駕駛模擬器或者VR眼鏡等虛擬現實設備上開展實踐，通過視頻展示和人機交互兩種形式協同進行，讓學生在實踐中感受交通隱患的產生機理，結合理論知識的講解和課堂討論讓學生加深理解。

（三）方案討論與改進循環

當學生完成某個場景的交互實踐和理論知識的學習之后，學生學習仍然以被動接受為主的話，則需要進一步提升學生的主動思考能力和學習能力，讓學生尋找標準化場景中的安全隱患和原因，并提出針對性的改進方案，在有條件的情況下讓學生對虛擬現實場景進行改進，基于新方案重新制作交通安全場景，循環開展“場景制作—理論知識—交互實踐—方案改進”這一過程，實現知識學習的主動性和持續性。

參考文獻：

[1]陳勁， 呂文晶. 人工智能與新工科人才培養： 重大轉向[J]. 高等工程教育研究， 2017（6）.

[2]羅萬成. 虛擬現實技術與 “新工科” 人才培養：以重慶文理學院為例[J]. 收藏， 2018（1）.

[3]Fisher D L， Lee J D， Rizzo M， et al. Handbook of driving simulation for engineering， medicine， and psychology[M]. Florida CRC Press， 2011.

[4]王海燕， 阮久宏， 王守鋒. 虛擬現實技術在軌道交通車輛相關課程教學中的應用[J]. 教育教學論壇， 2016 （14）：259-260.

[作者單位]

長沙理工大學交通運輸工程學院

（編輯：溫子超）