淺析VR 技術(shù)在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的應(yīng)用效果

湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠 李群燕 張凱 宋煜 呂忠闖

在我國(guó)社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，國(guó)家對(duì)于企業(yè)的安全生產(chǎn)培訓(xùn)給予了高度重視，只有不斷提高企業(yè)的安全生產(chǎn)管理力度，才能夠使企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益，并且可以更好地保護(hù)企業(yè)中員工的生命安全。當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平在不斷提升，VR 技術(shù)在安全生產(chǎn)培訓(xùn)中得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的應(yīng)用效果，所以相關(guān)管理人員必須要善于在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中引入VR 技術(shù)，進(jìn)而提高VR 技術(shù)的應(yīng)用效果。

近年來(lái)，VR 技術(shù)在我國(guó)各行各業(yè)中均得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的使用效果。同時(shí)在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中利用VR 技術(shù)，不僅可以提高其培訓(xùn)效率，還能夠更好的保護(hù)工作人員的生命安全，因此，需要加大對(duì)安全生產(chǎn)培訓(xùn)中相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的引入力度。有關(guān)管理人員應(yīng)該明確VR 技術(shù)的重要性，并且要對(duì)VR 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用原理等進(jìn)行全面分析，進(jìn)而保證在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中，能夠使VR 技術(shù)的應(yīng)用更加順利。尤其是對(duì)于卷煙廠等大型企業(yè)來(lái)說(shuō)[1]，提高安全生產(chǎn)培訓(xùn)效果，保證工作人員的生命安全非常必要，因此卷煙廠中的領(lǐng)導(dǎo)人員需要加強(qiáng)安全教育與培訓(xùn)力度，通過(guò)使用VR 系統(tǒng)和VR 技術(shù)，不斷提升培訓(xùn)效果。

1 VR 技術(shù)相關(guān)概述

1.1 VR 技術(shù)類型分析

目前在我國(guó)安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中，使用的VR 技術(shù)主要有以下幾種：（1）將不同地點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境放置在佩戴者的身上，這樣可以使佩戴者能夠從第二視覺的角度感受到現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響，同時(shí)也可以達(dá)到身臨其境的狀態(tài)，目前此技術(shù)在會(huì)議和培訓(xùn)過(guò)程中的應(yīng)用較為廣泛；（2）為將現(xiàn)實(shí)不存在的虛擬環(huán)境放置在佩戴者的身上，利用虛構(gòu)的VR 技術(shù)可以使佩戴者能夠了解虛擬環(huán)境中的相關(guān)配置，進(jìn)而明確相應(yīng)的培訓(xùn)需求；（3）在安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程中，最常用的VR 技術(shù)是現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境的結(jié)合，將其整體應(yīng)用于培訓(xùn)者的佩戴過(guò)程中，進(jìn)而使培訓(xùn)者能夠感受到在安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程中的現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境。由于實(shí)景VR 屬于客觀存在類型，而虛擬VR 在客觀上不存在，需要由開發(fā)者進(jìn)行自主編造，因此可以將一些現(xiàn)階段廠房?jī)?nèi)還不具備的機(jī)械設(shè)備以及場(chǎng)景等，應(yīng)用于安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程中，進(jìn)而提高整體的培訓(xùn)效果。通過(guò)對(duì)3 種不同VR 技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)虛構(gòu)VR 的整體創(chuàng)造成本相對(duì)較高，并且因?yàn)槠渑嘤?xùn)環(huán)境為虛構(gòu)，所以在實(shí)際培訓(xùn)的過(guò)程中，必須要有專業(yè)的團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行量身定制，進(jìn)而保證在安全生產(chǎn)培訓(xùn)時(shí)能夠提供更加流暢的動(dòng)畫畫面。實(shí)景VR 技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，整體造價(jià)成本相對(duì)較低，但是由于只可以針對(duì)現(xiàn)有的環(huán)境進(jìn)行全面的分析，因此可能會(huì)阻礙安全生產(chǎn)培訓(xùn)效果的提升，所以應(yīng)該根據(jù)安全生產(chǎn)培訓(xùn)的具體需求，對(duì)兩種VR 技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，并且通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的方式，提高混合VR 技術(shù)的應(yīng)用效果。

1.2 VR 軟硬件構(gòu)成分析

當(dāng)前，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，VR 技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且因?yàn)閂R 技術(shù)的科研人員數(shù)量在不斷增多，科研力度逐漸增大，所以目前與VR 技術(shù)應(yīng)用有關(guān)的軟硬件設(shè)備種類相對(duì)較多。為了使VR 技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于安全生產(chǎn)技術(shù)培訓(xùn)的過(guò)程中，需要對(duì)其硬件設(shè)備和軟件等進(jìn)行合理的選擇，進(jìn)而保證VR 技術(shù)的應(yīng)用效果能夠得到顯著提升。目前常用的硬件設(shè)備主要有以下幾種：（1）是感應(yīng)端中包含的VR 攝像頭，攝像頭的主要作用相當(dāng)于人類的眼睛，利用攝像頭可以完成360°無(wú)死角的影像采集工作，并且還可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理和傳輸，在VR 攝像頭上可完成較多的拍攝角度，如圖1 所示。隨著技術(shù)水平的不斷提升，可以實(shí)現(xiàn)720°全方位的觀察與數(shù)據(jù)獲取。（2）還設(shè)計(jì)了信號(hào)傳輸渠道，通過(guò)數(shù)據(jù)線或者有線網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等可以完成相關(guān)信息的傳輸，進(jìn)而使感應(yīng)端和體驗(yàn)端能夠更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)的連接和信號(hào)的應(yīng)用。（3）體驗(yàn)端一般會(huì)有VR 蛋椅、VR 頭盔或者VR 眼鏡等不同類型的體驗(yàn)端，對(duì)于使用者的要求也具有一定的差別，尤其是在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中，因?yàn)樾枰嘤?xùn)的人員相對(duì)較多，所以盡量應(yīng)該使用VR 眼鏡或者VR 頭盔等造價(jià)成本相對(duì)較低的硬件設(shè)備，這樣既可以滿足安全生產(chǎn)培訓(xùn)的相關(guān)培訓(xùn)需求，又可以降低整體的培訓(xùn)成本，進(jìn)而為卷煙廠經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)對(duì)于管理人員來(lái)說(shuō)，為了讓其更好的體驗(yàn)VR 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并且明確在安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，可以使用VR 蛋椅作為其體驗(yàn)端。

圖1 VR 眼鏡Fig.1 VR glasses

目前VR 技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，其軟件主要包含3種不同的類型：（1）實(shí)景軟件，需要由感應(yīng)端對(duì)安全生產(chǎn)培訓(xùn)所需要的實(shí)景環(huán)境進(jìn)行全面的圖像拍攝和數(shù)據(jù)收集，然后將其轉(zhuǎn)化為體驗(yàn)端可以接收到的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)傳輸渠道對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行全面的傳輸，進(jìn)而保證體驗(yàn)端的工作人員可以對(duì)實(shí)景環(huán)境進(jìn)行全面的了解和真實(shí)的觀察。（2）渲染軟件，在實(shí)景軟件的基礎(chǔ)上，可以使用渲染軟件對(duì)其環(huán)境進(jìn)行全面的虛構(gòu)。目前通過(guò)對(duì)卷煙廠的安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)在實(shí)際培訓(xùn)的過(guò)程中還有很多現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法直接觀看的大型機(jī)械設(shè)備，或者對(duì)機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等無(wú)法進(jìn)行仔細(xì)的描述，在此背景下，可以通過(guò)渲染軟件將其構(gòu)造成虛擬的環(huán)境，將虛擬的數(shù)據(jù)放置在實(shí)景軟件中，與其進(jìn)行結(jié)合使用，進(jìn)而可以使體驗(yàn)端的培訓(xùn)人員感受到更加真實(shí)的機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）虛擬軟件，編程者可以根據(jù)安全生產(chǎn)培訓(xùn)的具體需求，對(duì)其虛擬環(huán)境進(jìn)行全面的構(gòu)造，并且要按照管理人員的實(shí)際培訓(xùn)要求完成虛擬環(huán)境的構(gòu)造過(guò)程，進(jìn)而保證在培訓(xùn)的過(guò)程中可以滿足其相關(guān)情景的展示需求。在VR 技術(shù)軟硬件構(gòu)成分析的過(guò)程中，必須要為其選擇更加合適的軟硬件設(shè)備，既要保證根據(jù)安全生產(chǎn)培訓(xùn)的需求，選擇合理的實(shí)景軟件或者虛構(gòu)軟件，又要增加硬件的使用效果，避免在VR技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)硬件故障等問(wèn)題。

軟件開發(fā)流程如下：（1）設(shè)置“360°視圖”，創(chuàng)建一個(gè)可以代表360°視圖的畫布，在Sketch 中打開一個(gè)新文檔，并創(chuàng)建一個(gè)畫板：3600×1800 像素；（2）設(shè)置畫板，“UI 視圖”是“360°視圖”的裁剪版本，僅限于VR 界面，保留一個(gè)裁剪版本的背景；（3）設(shè)計(jì)界面，將在“UI 視圖”畫布上設(shè)計(jì)界面，在上面添加一排圖塊，然后在資源包中找到名為tile.png 的文件，將其拖拽到UI 視圖的中間，進(jìn)行復(fù)制，并創(chuàng)建3 個(gè)一排的圖塊。

2 VR 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

目前在卷煙廠等大型企業(yè)的安全生產(chǎn)培訓(xùn)過(guò)程中，VR技術(shù)具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）能夠不斷豐富其整體的教學(xué)內(nèi)容，并且使教學(xué)方式更加生動(dòng)，進(jìn)而使員工在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中具有更高的興趣，提高安全生產(chǎn)培訓(xùn)的整體效果。利用VR 技術(shù)可以使培訓(xùn)人員對(duì)事故場(chǎng)景進(jìn)行真實(shí)的模擬，并且還可以使培訓(xùn)人員的觸覺、聽覺和視覺等得到充分的應(yīng)用，進(jìn)而使其感官體驗(yàn)?zāi)軌虿粩喔纳?。同時(shí)VR 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還融合了各種先進(jìn)的軟件及硬件設(shè)備，進(jìn)而形成了多終端的管理平臺(tái)，因此可以讓培訓(xùn)人員直觀的感受到自己在違規(guī)操作以后產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，通過(guò)增加效果的逼真程度，能夠使培訓(xùn)人員的感受更加深刻，進(jìn)而在后期實(shí)際操作過(guò)程中，可以嚴(yán)格按照規(guī)范要求完成自身的操作過(guò)程。利用場(chǎng)景模擬的方式，可以真實(shí)的還原相關(guān)操作流程，并且也可以更加真實(shí)的考驗(yàn)學(xué)員在面臨突發(fā)情況時(shí)所作出的臨床反應(yīng)情況。VR 技術(shù)還可以對(duì)所有參加培訓(xùn)的人員進(jìn)行相關(guān)信息的錄入，進(jìn)而通過(guò)針對(duì)性的培訓(xùn)以及自動(dòng)分配等流程，使學(xué)員可以提高應(yīng)急處理操作能力，通過(guò)自動(dòng)記錄學(xué)員在每臺(tái)設(shè)備上的實(shí)際學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)短以及具體的考試成績(jī)等，生成最終的學(xué)員培訓(xùn)檔案，進(jìn)而為管理人員的安全生產(chǎn)培訓(xùn)管理工作提供更多的參考依據(jù)[2]。

（2）利用VR 技術(shù)可以使整體的安全培訓(xùn)效果得到顯著的提升，利用VR 技術(shù)可以由專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)其真實(shí)事故畫面進(jìn)行全面的模擬，并且也可以對(duì)一些現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行全面的還原，通過(guò)使用不同的功能模塊，可以使各類仿真場(chǎng)景事故現(xiàn)場(chǎng)更加逼真。例如目前在卷煙廠安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)物體打擊或者觸電事故，以及設(shè)備起火等嚴(yán)重的安全事故，通過(guò)VR 技術(shù)可以將這些事故現(xiàn)場(chǎng)以及因?yàn)檎`操作行為造成的事故類型進(jìn)行全面的展示，進(jìn)而使培訓(xùn)人員可以真實(shí)的感受到相應(yīng)的事故場(chǎng)景，這樣在后期工作的過(guò)程中，可以以更加嚴(yán)格的要求約束自己的行為。通過(guò)親身體驗(yàn)，能夠使員工切身的感受到在事故發(fā)生以后造成的嚴(yán)重后果，同時(shí)也可以從內(nèi)心深處對(duì)整個(gè)事故的產(chǎn)生原因以及產(chǎn)生過(guò)程等進(jìn)行全面的了解，進(jìn)而產(chǎn)生更加深刻的敬畏心理，樹立起強(qiáng)烈的安全生產(chǎn)意識(shí)。對(duì)于卷煙廠來(lái)說(shuō)，如果發(fā)生火災(zāi)事故，將會(huì)嚴(yán)重影響卷煙廠的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)因?yàn)榛馂?zāi)蔓延趨勢(shì)較為迅速，也會(huì)對(duì)員工的生命安全造成威脅，在此背景下，必須要加大安全生產(chǎn)培訓(xùn)力度，確保員工可以通過(guò)VR 技術(shù)能夠真實(shí)的感受到在事故發(fā)生以后的劇烈場(chǎng)面，進(jìn)而從整體上提升培訓(xùn)的效果。

3 VR 技術(shù)的具體應(yīng)用流程分析

3.1 在現(xiàn)實(shí)實(shí)操培訓(xùn)中的應(yīng)用分析

目前在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中，包含很多現(xiàn)實(shí)實(shí)操培訓(xùn)，通過(guò)提高現(xiàn)實(shí)實(shí)操培訓(xùn)力度可以使所有工作人員均能夠掌握正確的操作規(guī)范流程，進(jìn)而避免出現(xiàn)操作失誤問(wèn)題，引起安全隱患。通過(guò)VR 技術(shù)可以使現(xiàn)實(shí)實(shí)操培訓(xùn)效果得到顯著提升，并且通過(guò)三維建模以及多媒體設(shè)備和實(shí)時(shí)視頻顯示等方式，能夠?qū)ο嚓P(guān)場(chǎng)景進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)收集和展示。目前VR 技術(shù)可以和特征標(biāo)識(shí)技術(shù)以及地圖構(gòu)建技術(shù)等進(jìn)行有機(jī)融合，進(jìn)而能夠?qū)崟r(shí)的展示出員工原本無(wú)法體驗(yàn)到的相關(guān)實(shí)體信息。在卷煙廠安全培訓(xùn)的過(guò)程中需要讓員工體會(huì)到灼燒和跌落的各種痛感，利用VR 技術(shù)能夠?qū)⑻摂M的信息應(yīng)用于真實(shí)的世界中，進(jìn)而借助人類感官上的感知需求，對(duì)其進(jìn)行真實(shí)的仿真模擬，進(jìn)而使各感官可以得到真實(shí)的體驗(yàn)。尤其是對(duì)一些新入職的員工來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠溥€沒(méi)有真正的了解卷煙廠在生產(chǎn)操作過(guò)程中的相關(guān)流程[3]，并且對(duì)安全事故發(fā)生以后造成的后果也沒(méi)有親身感受，所以通過(guò)VR 技術(shù)可以讓新入職員工在視覺和觸覺上均有親身的感受，進(jìn)而能夠不斷提升自身的安全防范意識(shí)。可以將VR 技術(shù)和相關(guān)軟件應(yīng)用于崗前的培訓(xùn)過(guò)程中，讓員工能夠在入職之前明確安全生產(chǎn)事故帶來(lái)的危害。

3.2 在虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

VR 技術(shù)在虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)中也得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)增強(qiáng)式的顯示屏可以將一些虛擬的場(chǎng)景應(yīng)用于實(shí)操培訓(xùn)過(guò)程中，進(jìn)而可以利用個(gè)人電腦或者智能手機(jī)等設(shè)備，與其平臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，完成相關(guān)圖像的共享過(guò)程，可以給培訓(xùn)員工提供更加真實(shí)的體驗(yàn)。目前虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)，主要將教學(xué)過(guò)程和虛擬實(shí)操過(guò)程以及科學(xué)分析過(guò)程等進(jìn)行有機(jī)的融合，培訓(xùn)人員可以將需要教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容通過(guò)信息數(shù)據(jù)的方式傳輸?shù)教摂M實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)中，然后對(duì)事先模擬好的虛擬場(chǎng)景進(jìn)行全面的設(shè)置，通過(guò)對(duì)虛擬實(shí)操場(chǎng)景以及教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行講解和分析，使培訓(xùn)人員可以在虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)中明確自身在工作過(guò)程中的相關(guān)注意事項(xiàng)。同時(shí)還要指揮員工對(duì)虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行全面的操作，并且要保證其手部和頭部能夠配合設(shè)備的使用。通過(guò)虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)，可以給員工帶來(lái)更加新奇的體驗(yàn)，進(jìn)而吸引員工的培訓(xùn)注意力，避免對(duì)安全生產(chǎn)培訓(xùn)出現(xiàn)麻木或者不認(rèn)真等問(wèn)題。

3.3 在混合現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)中的應(yīng)用

目前混合現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)也廣泛引用到了VR 技術(shù)，其主要原理是將數(shù)字世界和物理世界進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)設(shè)備以及自然環(huán)境等形成3D 交互系統(tǒng)。這樣培訓(xùn)人員可以在固定的位置，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備即可以了解到相應(yīng)的數(shù)字環(huán)境和物理環(huán)境，通過(guò)視覺上的沖擊，能夠使培訓(xùn)人員對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行全面的了解，并且可以將虛擬場(chǎng)景與現(xiàn)實(shí)情景進(jìn)行全面的結(jié)合，通過(guò)搭建交互的信息回路，使用戶獲得更加真實(shí)的體驗(yàn)[4]。目前在混合現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)需借助相應(yīng)的屏幕，即可展示出多種不同的介質(zhì)，并且也可以利用3D 圖像造影技術(shù)等讓觀看人員非常真實(shí)的感受到相應(yīng)的三維圖像，利用這種系統(tǒng)，無(wú)需使用立體眼鏡或者VR 頭盔等進(jìn)行輔助。同時(shí)混合現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中還可以使觀看人員與圖像之間進(jìn)行全面的交流與互動(dòng)，進(jìn)而使整個(gè)系統(tǒng)的趣味化得到不斷的改善，增加了系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段在針對(duì)VR 技術(shù)應(yīng)用流程進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，其在安全生產(chǎn)培訓(xùn)的過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)明確其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用流程，提升VR 技術(shù)在現(xiàn)實(shí)實(shí)操培訓(xùn)過(guò)程、虛擬實(shí)操培訓(xùn)系統(tǒng)以及混合現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)的作用，充分發(fā)揮VR 技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而為提升VR 技術(shù)的應(yīng)用效果奠定良好的基礎(chǔ)，促進(jìn)安全培訓(xùn)工作質(zhì)量的不斷改善。