基于VR技術(shù)的民航安檢技術(shù)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法研究

周航　張燦恒

摘要：民航安檢工作是國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全重要保障。然而目前民航安檢課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)還存在著設(shè)備缺乏和實(shí)驗(yàn)方法單一等問題。本文針對(duì)這些問題，基于VR（Virtual Reality）技術(shù)的提出了安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，結(jié)合安檢課程的特點(diǎn)給出了虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法。該方法能夠有效解決設(shè)備缺乏和實(shí)驗(yàn)方法單一等問題。

關(guān)鍵詞：安檢；虛擬現(xiàn)實(shí)；實(shí)驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）49-0273-02

一、民航安檢技術(shù)課程教學(xué)改革現(xiàn)狀分析

目前安檢專業(yè)人才的培養(yǎng)沒有跟上社會(huì)需求，學(xué)生存在著安檢專業(yè)知識(shí)少、動(dòng)手操作能力差、應(yīng)變反應(yīng)能力不足等問題。為了解決這些問題，很多學(xué)校的相關(guān)老師針對(duì)安檢技術(shù)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了一系列的改革，邵詠亮設(shè)計(jì)了一套行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)方案將行動(dòng)導(dǎo)向法引入民航安檢實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的積極性提高教學(xué)質(zhì)量。然而，作為教學(xué)重要一環(huán)的安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目前仍然存在著一些問題。（1）危險(xiǎn)品保管和使用麻煩。安檢課程中檢查涉及到很多危險(xiǎn)品的認(rèn)知。然而這些危險(xiǎn)品保存和管理麻煩，并且在實(shí)驗(yàn)過程中更缺乏有效的安全保障措施，存在安全隱患。（2）安檢器材設(shè)備及實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所缺乏。很多先進(jìn)的安檢器材設(shè)備價(jià)格昂貴，很多學(xué)校不能提供充足的資金和場(chǎng)地，建立全面的安檢實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)致實(shí)踐性教學(xué)的難以開展。（3）教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法單一。在教學(xué)過程中，目前重要采用的是單向“灌輸式”的方法，即使開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也僅局限于簡(jiǎn)單的設(shè)備操作。然而這種教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法不適應(yīng)預(yù)測(cè)性安檢的實(shí)踐，制約了學(xué)生安檢的識(shí)別能力和應(yīng)變能力的有效提高。

二、基于VR技術(shù)的安檢課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法研究

為了解決提出的制約安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施的問題。我們針對(duì)安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和問題，采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）設(shè)計(jì)了基于VR技術(shù)的安檢實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)及教學(xué)方法。進(jìn)一步提高安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性和可操作性，并有效的降低了實(shí)驗(yàn)和維護(hù)成本。

（一）VR技術(shù)的基本原理和特點(diǎn)

20世紀(jì)80年代初，VPL公司創(chuàng)始人Jaron Lanier提出了VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）的概念。它是一種由計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的和可體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)。它綜合利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、傳感器技術(shù)和3D顯示技術(shù)，生成一種三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，并通過鼠標(biāo)、傳感器等輸入設(shè)備與用戶進(jìn)行交互，給用戶提供一種身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)一般具有三個(gè)特點(diǎn)：交互性、沉浸感和構(gòu)想性。其中，交互性是指用戶能夠借助各種專用設(shè)備或者傳感器以手勢(shì)、姿勢(shì)和語言等對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行操作，并能夠從虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中得到真實(shí)和實(shí)時(shí)的反饋；沉浸感是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通過多維感知、三維圖像、視野跟蹤和實(shí)時(shí)反饋等技術(shù)，使用戶產(chǎn)生身臨其境的感覺；構(gòu)想性是指用戶能夠根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)的各種信息，進(jìn)行判斷、推理和聯(lián)系等思維過程。并能夠通過思想去行動(dòng)和操作虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)在真實(shí)環(huán)境中難以完成的一下操作并可以觀察相應(yīng)的結(jié)果。

（二）基于VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

針對(duì)安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)要求和目前存在的問題。我們主要從四個(gè)方面設(shè)計(jì)了基于VR技術(shù)的安檢教學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)。

1.虛擬危險(xiǎn)品。由于危險(xiǎn)品和違禁品種類繁多且安全保管困難，而且在實(shí)驗(yàn)過程中存在安全隱患。因此，目前很多的學(xué)校主要通過文字和圖片的形式進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。使學(xué)生難以深刻認(rèn)識(shí)各種危險(xiǎn)品的各種特性。因此，我們基于VR技術(shù)構(gòu)建了虛擬危險(xiǎn)品，主要從顏色、結(jié)晶度、密度、分子式結(jié)構(gòu)、腐蝕性、化學(xué)反應(yīng)和危險(xiǎn)性等多個(gè)維度，對(duì)危險(xiǎn)品進(jìn)行虛擬仿真。讓學(xué)生能夠?qū)Ω鞣N危險(xiǎn)品和違禁品的各種特性充分體驗(yàn)和了解。為以后的識(shí)別工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.虛擬安檢設(shè)備。安檢實(shí)驗(yàn)很難開展的一個(gè)重要原因是學(xué)校實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足。導(dǎo)致很多先進(jìn)昂貴的安檢設(shè)備無法購置，很多大型安檢設(shè)備無法布置，一些教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程無法開設(shè)。導(dǎo)致學(xué)生安檢設(shè)備動(dòng)手操作能力查，無法有效識(shí)別危險(xiǎn)品和違禁品。因此，基于VR技術(shù)我們構(gòu)建了虛擬安檢設(shè)備。虛擬安檢設(shè)備的構(gòu)建主要包括安檢設(shè)備基本原理、安檢設(shè)備組成結(jié)構(gòu)、安檢設(shè)備操作方法等。讓學(xué)生能夠深刻掌握安檢設(shè)備基本原理的同時(shí)，能夠熟練安檢設(shè)備的操作和危險(xiǎn)品、違禁品的識(shí)別。

3.虛擬安檢事件場(chǎng)景。安檢不安全事件的教學(xué)主要采用的是基于案例分析的簡(jiǎn)單形式。通過對(duì)安檢不安全事件的典型案例講解和討論，學(xué)生了解安檢事件的基本場(chǎng)景和處理方法。顯然，這種方法不能夠有效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)安檢突發(fā)不安全事件的分析能力和應(yīng)急處理能力。因此，我們構(gòu)建了典型安檢事件的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和環(huán)境。充分利用虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式的特點(diǎn)，讓學(xué)生有身臨其境的進(jìn)入安檢事件現(xiàn)場(chǎng)，通過學(xué)生的操作和反饋。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)安檢突發(fā)不安全事件的分析能力和應(yīng)急處理能力。

4.虛擬可疑人物。分析可疑人物是調(diào)高安檢效率的重要手段。而日益興起的預(yù)測(cè)性旅客安檢（Predictive Passenger Screening，PPS）對(duì)安檢人員的要求更高，它要求安檢人員能夠通過對(duì)旅客進(jìn)行行為模式識(shí)別，以確定危險(xiǎn)旅客。然后，目前文字性敘述事的教學(xué)形式無法讓學(xué)生對(duì)各種可疑危險(xiǎn)旅客有很好的鑒別能力。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，能夠根據(jù)通過和可疑危險(xiǎn)人物的虛擬現(xiàn)實(shí)模型交互中，不斷提高對(duì)危險(xiǎn)旅客的分析和鑒別能力。

三、基于VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)勢(shì)

（一）實(shí)驗(yàn)方法先進(jìn)

我國(guó)很多高校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，都開始積極研究VR技術(shù)及其應(yīng)用方法。采用VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，正是采用了先進(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)想結(jié)合的先進(jìn)試驗(yàn)方法。該方法可以讓實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間場(chǎng)地的限制，也沒有實(shí)驗(yàn)安全隱患。同時(shí)，這種實(shí)驗(yàn)方式也是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方式的有益補(bǔ)充。

（二）降低實(shí)驗(yàn)成本

安檢設(shè)備購置成本高、占地面積大、實(shí)驗(yàn)成本高，同時(shí)操作有安全風(fēng)險(xiǎn)。而且購置數(shù)量不足也無法滿足實(shí)驗(yàn)需求。而采用VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，可以減少安檢設(shè)備臺(tái)數(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)用和維護(hù)成本低，能夠有效降低實(shí)驗(yàn)成本。

（三）提高實(shí)驗(yàn)效果

采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬危險(xiǎn)品、安檢不安全事件場(chǎng)景和虛擬可疑人物。能夠讓以前教學(xué)方法不能夠很好描述實(shí)體很好的展示出來，讓學(xué)生能夠通過虛擬環(huán)境反復(fù)實(shí)驗(yàn)。通過和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的互動(dòng)方式讓學(xué)生進(jìn)一步提高對(duì)危險(xiǎn)品和危險(xiǎn)人物的分析、識(shí)別和應(yīng)急處置能力。大大提高了實(shí)驗(yàn)效果。

（四）增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣

本文針對(duì)這些問題，基于VR（Virtual Reality）技術(shù)的提出了安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，結(jié)合安檢課程的特點(diǎn)給出了虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法。該方法能夠有效解決設(shè)備缺乏和實(shí)驗(yàn)方法單一等問題。進(jìn)一步提高安檢實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、應(yīng)變能力和創(chuàng)新能力，以滿足社會(huì)對(duì)安檢專業(yè)人才的實(shí)際需要。基于VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，能夠在確保實(shí)驗(yàn)安全的情況下，通過構(gòu)想性充分發(fā)揮學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，可以充分發(fā)揮創(chuàng)造力去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和交互。

四、總結(jié)和展望

本文主要針對(duì)安檢技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)中存在的三個(gè)問題提出了基于VR技術(shù)的安檢教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，通過構(gòu)建虛擬危險(xiǎn)品、虛擬安檢設(shè)備、虛擬安檢事件場(chǎng)景、虛擬可疑人物等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⑻摂M現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)一步完善現(xiàn)有的安檢實(shí)驗(yàn)方法。它能夠在確保安全的前提下，有效降低實(shí)驗(yàn)成本，增加學(xué)生的危險(xiǎn)識(shí)別能力、動(dòng)手操作能力和不安全事件的應(yīng)急能力。

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