食品安全突發事件應急演練開放式虛擬仿真線上云平臺設計研究

李 晶， 崔 程， 張 秋

(1國家藥品監督管理局高級研修學院， 北京 100073；2北京都市森林科技有限責任公司， 北京 102299)

當前階段, 各級政府機關組織的食品安全突發事件應急演練主要形式為線下分組實訓角色扮演。 演練過程中成立指揮部, 參演人員根據不同的單位分為綜合協調組、 事故調查組、 醫療救治組、 檢測評估組、 社會穩定組、 新聞宣傳組等, 演練知識載體以視頻、 PPT、 文檔為主。 這種應急演練模式比較枯燥、 缺乏互動、 演練地域局限、 成本高、 知識資源無法共享。 國家應急管理部?應急管理信息化發展戰略規劃框架2018—2022年? 指出, 堅持創新驅動原則, 推動人工智能、 移動互聯、 虛擬現實(VR)、 增強現實(AR) 等新一代信息技術深度應用, 加強應急管理應用創新、 模式創新等[1]。 工信部?關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見? 指出, 在產業生態方面, 要發展端云協同的VR 網絡分發和應用服務聚合平臺, 促進VR 教育資源開發, 實現規模化示范應用[2]。 本研究主要利用VR 技術打造一個開放式的食品安全突發事件應急演練開放式虛擬仿真線上云平臺, 提供沉浸式、 互動性、 開放性、 共享性的應急演練資源和方式, 推進VR ＋應急演練的應用示范, 集中開發成體系的VR 應急演練資源, 推動資源共享與應用, 培養相關政府所需的科技人才。

1 食品安全突發事件虛擬應急演練現狀

1.1 虛擬演練資源匱乏

目前, 國內食品安全突發事件應急演練主要是以線下為主, 資源很難實現共享, 優質的、 體系化的應急演練資源匱乏。 由于受到各種環境因素的限制, 應急演練也不可能采用實際模擬的方式, 使每個人均能置身于災難事件的真實的環境中, 因此需要VR 應急演練資源使受訓者“沉浸” 于相對真實的虛擬災害現場, 從而增強受訓者的臨場感覺, 提升災難應急演練人員的快速反應以及處置能力[3]。 然而, 由于VR 應急演練資源開發成本較高, 適配虛擬仿真的應急演練資源尤為匱乏。

1.2 在線應急演練工具缺乏

絕大部分應急管理制度散見于部門規章, 缺乏系統性和權威性。 各單位制作的應急演練平臺, 形式和內容過多借鑒了國家總體制度, 個性和特征不夠, 內容不夠豐富[4], 大部分為封閉的系統, 各單位之間無法共享,且基本為簡單的直播/視頻播放工具, 在線應急演練體驗差。

1.3 信息技術對應急演練改革提升的賦能不夠

探索互動式、 游戲式、 探索式的應急演練方法,將傳統線下角色扮演式的應急演練與新技術融合, 將新技術應用于應急演練, 構建食品安全應急演練知識體系, 有計劃地培養各單位的組織管理和處理突發公共衛生事件的能力[5], 對于應急演練工作者是個重要的課題。

2 食品安全突發事件應急演練開放式虛擬仿真線上云平臺建設

2.1 優勢

2.1.1 提升應急演練信息化水平 依托虛擬現實、 多媒體、 人機交互、 數據庫和網絡通信等技術, 推進現代信息技術與應急演練項目深度融合、 拓展應急演練內容的廣度和深度、 延伸應急演練時間和空間, 實現應急演練的整體均衡發展, 提升整體應急演練水平。

2.1.2 推動應急演練資源共建共享 將虛擬現實與應急演練資源結合的應急演練云平臺, 能夠開發成體系的VR 應急演練資源, 實現應急演練資源的共享與協同,推進VR ＋應急演練的應用示范作用。

2.1.3 變革應急演練方式 全新的沉浸式應急演練體驗改變傳統填鴨式應急演練的弊端, 為各級單位提供嶄新的應急演練手段和應急演練方式, 引導參演人員從被動學習轉變為主動學習, 激發參演人員的創造力和積極性, 提高學習效率, 滿足參演人員多樣化學習與全面發展的需要。

2.2 設計理念

依賴高精度3D 模型的傳輸、 人機交互以及多人協同的VR 技術, 對應急演練場景、 應急演練模式和應急演練資源進行設計。

2.2.1 應急演練場景設計理念 (1) 立體化: 實現高成本、 高風險應急演練場景, 還原歷史場景。 (2) 可交互: 參演人員從應急演練場景的“旁觀者” “評判者” “記錄者” 到“身臨其境” 可與場景互動的參與者。

2.2.2 應急演練模式設計理念 演練教員與參演人員互動＋演練人員與知識點互動: 復雜、 抽象的知識以生動、 形象、 直觀的形式展現, 讓參演者在與之交互、 探索甚至游戲中學習, 打破傳統應急演練模式的局限。 遠程沉浸式應急演練: 全景式還原線下演練場景, 減少遠程應急演練的效果損耗。

2.2.3 應急演練資源設計理念 體系化、 模塊化、 專業化、 開放、 共享、 交互性、 理論/實訓一體化。

2.3 系統設計

依托通信技術、 云環境、 互聯網、 大數據、 VR、移動互聯、 智能終端等新興信息技術與先進設備, 開啟一種全新的教學模式[6], 構建優質資源共建共享的應急演練云平臺。

2.3.1 總體平臺方案設計 打造集“備課、 應急演練、實訓、 測評” 等功能于一體的一站式、 開放式虛擬仿真線上云平臺。 如圖1 所示, 平臺本身包含豐富的VR 應急演練資源及實用的備課、 應急演練和測評工具。 通過備課工具中的模型編輯器、 課件編輯器等軟件平臺, 通過適配自己現有的硬件平臺、 PC、 VR 頭盔等, 制作自己的實訓體系。 同時, 提供開放接口實現第三方資源接入云平臺固有的素材資源, 不斷豐富教學資源。 第三方資源也可以通過售賣的方式創收。 平臺可部署應用于各級政府單位不同的場景。 具體平臺邏輯架構如圖2所示。

圖1 總體平臺方案設計

圖2 總體平臺邏輯架構

2.3.2 系統功能模塊

(1) 3D 應急演練資源包含豐富、 優質、 專業的3D模型、 圖片、 視頻、 音頻、 課件、 習題、 模擬實驗等多種類型的應急演練資源, 3D/VR 應急演練資源依據應急演練大綱開發, 通過動畫或交互設計將知識點形象化呈現。 多種模型分類與風格, 方便創作者快速地獲取素材, 制作、 分享VR 教學內容。 允許本地導入所有主流格式的圖片、 視頻、 音頻、 3D 資源等專業教育資源。平臺的應急演練資源、 軟件與課程適配市面所有主流的應急演練硬件的交互體驗, 如互動白板/大屏、 PC、多種形式的VR 設備、 移動設備等。 3D 模型編輯支持3D 應急演練資源的在線實時設計和二次編輯, 如材質、添加備注標簽(文字標簽及語音標簽)、 爆炸及剖切等,包括模型材質編輯(金屬、 玻璃、 陶瓷等材質)、 顏色調節面板、 可調整曝光率、 粗糙度等, 滿足應急演練需求。 ①爆炸: 通過爆炸和部件位置調整, 可自動生成模型解構動畫。 使用縮放、 移動、 旋轉等功能, 調整子模型的基礎屬性, 方便學生了解零部件的組成關系。 ②添加標簽: 模型中的各個子模型可添加文字標簽、 語音標簽, 方便導演講解、 參訓人員學習。 ③剖切: 當模型較復雜時, 使用剖切功能、 截取模型的橫截面以放大模型細節展示, 導演方便講解、 參訓人員也能更容易學習到模型中的內部結構。 導演根據自己的應急演練設計, 簡單操作即可制作生動立體、 靈活交互的3D 應急演練知識點。

(2) 以導演實際應用為導向的備課工具包含模型編輯器、 課件編輯器、 習題編輯器、 實驗模擬器。 3D 演練模塊包括編輯場景路線圖模塊、 編輯初始化文件模塊、 配置動漫腳本模塊和執行演練命令模塊[7]。 平臺可包含各種工具軟件, 進行虛擬現實應用制作、 學習, 零編程和圖形化方式快速制定交互和行為邏輯, 支持導演和創作者釋放靈感的真正潛力, 提升創作的效率與質量。

(3) 個人云端賬戶。 隨時隨地, 只要登錄網頁即可進行課件的編輯整理, 數據存儲可保存用戶課件數據和資源庫數據。 每個賬戶添加2 個管理賬戶用于管理外部賬戶訪問該受訪設備時的受訪權限, 通過雙重驗證綁定的方式, 防止因1 個管理賬戶密碼泄露導致受訪設備的信息泄露的情況, 提升受訪設備的安全訪問程度[8]。 平臺同時具備完善的接入服務體系, 多類型內容接入, 支持Unity、 UnrealEngine4 等開發引擎創作的內容接入,可讓創作者的應用更快抵達用戶, 全平臺的推廣資源以及強大的分發功能。 采用國際主流云端數據加密算法[9]加密, 保護內容安全。

(4) 應急演練資源共享。 云端存儲, 實現應急演練資源云端共享及分發, 提供全面的數據分析, 讓導演和創作者可以在第一時間獲取與內容相關的專業數據, 幫助了解應急演練知識體系并助力VR 創作。

(5) 協同服務。 多人協同服務, 可通過系統添加好友、 群組。 實現異地分享應用多人協同VR 操作, 實時溝通, 隨時隨地在線協同, 完成VR 內容評估、 操作、審議等。

(6) 平臺注冊與使用。 平臺注冊登錄方式多元化,可以直接手機號或郵箱注冊, 也可以使用第三方微信注冊使用。 平臺內容主要包括主頁、 我的應用、 庫、 內容平臺、 資源平臺、 軟件平臺。 每個內容資源包含路徑位置、 點贊功能、 收藏功能、 瀏覽人數、 點贊人數、 收藏人數、 產品詳情、 推薦硬件配置和運行程序。

(7) 用戶功能。 用戶可以直接上傳、 售賣和下載素材, 并且上傳的素材可以編輯對應的素材描述、 發布類型、 素材文件、 封面設計、 上傳文件； 可以直接在平臺中線上支付購買相應內容； 可查看、 下載自己賬號中應用、 模型、 素材、 課件等相應內容； 可編輯自己資料、名稱、 在線、 下線等功能； 可根據授權同時1 個賬戶多終端同時在線, 設備授權、 軟件授權均可自由掌握等。

2.4 技術指標

2.4.1 云端共享、 渲染和流推送 接入高速穩定、 低時延的通信網絡, 實現內容上云、 渲染上云, 為應急演練提供優秀的顯示畫質和更低的渲染時延, 確保整個應急演練系統的沉浸體驗效果, 并將圖像和音頻以流的方式推送到終端設備。

2.4.2 多端無縫銜接 可實時連接各種VR 設備、 移動設備或PC, 內容呈現和交互協作無縫銜接。

2.4.3 遠程異地應急演練 單用戶帶寬占用低至2 MB, 支持1 000 人以上同時授課, 實現異地應急演練更好地交流、 探索和學習。

2.4.4 實時交互反饋 可實現應急演練環境中的所有內容(包括人、 物、 場) 的實時交互, 同步反饋, 實現無卡頓、 無時延的真實互動體驗, 直觀高效。

3 應用與推廣

3.1 加強示范應用

將本研究開發的應急演練云平臺在食品安全應急演練體驗中心以及各級政府單位和企業實際工作中進行應用, 評估應急演練實際實施運用的質量效果, 不斷完善改進。

3.2 加強交流合作

加強與各級政府單位和企業之間的交流與合作, 進行各類VR 課程及應急演練資源的開發與提升, 融入全新的應急演練理念、 應急演練方法, 并及時在云平臺中進行采納。

3.3 形成行業聚合優勢

依托各級單位和企業關于應急演練的專業優勢及綜合優勢, 整合VR 行業內優勢資源, 將云平臺打造成集合一批優質虛擬仿真應急演練/實訓/實驗關鍵性核心產品, 形成行業聚合優勢, 服務于全食品安全應急演練產業鏈。

4 結論

食品安全突發事件應急演練開放式虛擬仿真線上云平臺可有效整合應急演練資源, 協助有關政府部門開展食品安全應急演練、 決策和綜合防范, 加快突發事件應急響應速度, 保障應急指揮決策的精準性, 提高應急處置效果。 同時, 將推動我國應急演練領域科學技術創新, 完善我國整體食品安全應急管理技術體系。