探路虛擬現(xiàn)實場景下的個性化警務實戰(zhàn)教學

文/房漢平

在公安大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略和智慧新警務背景下進行公安院校教學改革是一個重要的研究課題，學者們從不同的角度對公安院校教學改革做出了相關的研究[1-3]，從教學理念、教學內容、教學方法等方面同步推進，對警務化教學改革做了初步的探討，以問題為導向、以實戰(zhàn)為引領，積極推動警務實戰(zhàn)訓練升級轉型，結合實戰(zhàn)構建具有公安院校特色的警務教學模式，解決貼近實戰(zhàn)能力方面培養(yǎng)的難題。

實戰(zhàn)教學是公安院校人才培養(yǎng)的一個重要教學方法，也是實現(xiàn)新形勢下強警目標的關鍵環(huán)節(jié)。提升公安院校實戰(zhàn)教學訓練水平必須遵循實戰(zhàn)教學的應用性、檢驗性、對抗性、風險性等基本特征，破除在教學、科研、作風、環(huán)境等方面的現(xiàn)實困境，把實施部門聯(lián)動工程、提升教師施教能力、培樹學員戰(zhàn)斗精神、創(chuàng)設實戰(zhàn)環(huán)境氛圍作為四個發(fā)力點，以期培養(yǎng)適應公安工作的實戰(zhàn)型、復合型人才[4]。

近年來，隨著VR 虛擬現(xiàn)實技術的快速發(fā)展，警務實戰(zhàn)教學訓練引入VR 虛擬現(xiàn)實技術，融合了真實場景和虛擬世界，以三維建模、實時互動、人工智能和身臨其境等解決公安院校實戰(zhàn)教學中所遇到的警務實戰(zhàn)訓練安全隱患多、實訓成本高、拓展資源少、教學效果差、實踐探究有限等問題[5]，提升了實戰(zhàn)教學水平、豐富了實戰(zhàn)教學資源。但同時，VR 虛擬現(xiàn)實技術本身也會帶來各種問題。主要體現(xiàn)在VR虛擬現(xiàn)實技術設計上易出現(xiàn)千篇一律，無法實現(xiàn)不同警種不同專業(yè)學員的個性化教學，特別是結合問題導向的個性化教學。為了解決這些問題，本文擬引進人工智能中的精準推送方法，研究建立VR 虛擬現(xiàn)實場景下的個性化實戰(zhàn)教學模式。

VR 虛擬現(xiàn)實教學模式

虛擬現(xiàn)實，英文名為Virtual Reality，簡稱VR 技術，也稱靈境技術或人工環(huán)境[6]。虛擬現(xiàn)實技術利用三維圖形生成技術、多傳感交互技術以及高分辨率顯示技術，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設備，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。

虛擬現(xiàn)實技術主要特征

沉浸性：虛擬現(xiàn)實所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境能使人產(chǎn)生身臨其境的感覺，使其相信在虛擬環(huán)境中人也是確實存在的，而且在操作過程中它可以自始至終的發(fā)揮作用，就像真正的客觀世界一樣。

交互性：虛擬現(xiàn)實所創(chuàng)造的環(huán)境中，人如同在真實的環(huán)境中一樣與虛擬環(huán)境中的任務、事物發(fā)生交互關系。

構想性：虛擬現(xiàn)實能啟發(fā)人的創(chuàng)造性的活動，不僅要能使沉浸于此環(huán)境中的人獲取新的知識，提高感性和理性認識，而且要能使人產(chǎn)生新的構想[7]。

虛擬現(xiàn)實教學模式的優(yōu)勢

VR 虛擬現(xiàn)實融合了真實場景和虛擬世界，以三維建模、實時互動、人工智能和身臨其境的特征，成為“未來教育改革”的重要發(fā)展趨勢，特別地，虛擬現(xiàn)實在教育領域也獲得了廣泛的關注與應用，為教學改革提供了新的空間、平臺和可能性，豐富了教學的實踐形式和多樣性。具體地，虛擬現(xiàn)實教學模式具有如下優(yōu)勢：一是利用虛擬現(xiàn)實技術，可促進學生認知結構的形成和創(chuàng)新能力的提高；二是利用虛擬現(xiàn)實技術，可以有效地改善實驗條件以達到理想的實驗效果，并在一定程度上節(jié)省教育投資。

基于虛擬現(xiàn)實的教學模式

典型的基于虛擬現(xiàn)實的教學模式包括虛擬情景教學、模擬仿真教學和超現(xiàn)實環(huán)境教學[8]。所謂虛擬情境教學是遵循反映論的原理，充分利用形象，創(chuàng)設生動的場景，激起學生的學習情緒，從而引導學生從整體上理解和運用知識的一種教學法。模擬仿真教學主要是通過虛擬現(xiàn)實技術介紹客觀事物各方面的信息，通過軟件開發(fā)虛擬客觀事物的狀態(tài)、運動方式及過程，使得學生更容易擺脫枯燥的課本說教和計算機屏幕冷冰冰的界面，活生生地處在可以由自己控制的環(huán)境里的一種教學法。超現(xiàn)實環(huán)境教學主要是指現(xiàn)實生活中存在但不能看到的或現(xiàn)實生活中完全不存在的，學生通過虛擬場景進行觀察，打破了空間限制的一種教學法。典型的虛擬現(xiàn)實教學形式包括虛擬實驗室、虛擬校園、虛擬教室、虛擬圖書館、虛擬仿真平臺、虛擬實訓基地等。

精準推送方法

為解決VR 虛擬現(xiàn)實技術在實戰(zhàn)教學中的不足，本論文擬引進人工智能中的精準推送方法，研究建立VR 虛擬現(xiàn)實場景下的個性化實戰(zhàn)教學模式。精準推送方法是通過利用用戶產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，挖掘出指定用戶的潛在喜好，從而實現(xiàn)從龐雜的數(shù)據(jù)中找到最符合用戶喜好的內容的目標，提高相關商品或信息的點擊率及相應商家的效益等[9]。經(jīng)典的精準推送方法包括基于協(xié)同過濾的推送算法、基于內容的推送算法，以及基于兩者結合的混合推薦算法。他們的基本策略都是通過計算出用戶或者商品之間的相似度，進而通過用戶的相似用戶喜歡的物品或是用戶喜歡過的物品的相似物品，找到指定用戶最有可能喜歡的物品集合。傳統(tǒng)的計算相似度的方法，多為皮爾遜相似度、余弦相似度等[10]。

VR 場景下的個性化實戰(zhàn)教學模式

由于警務實戰(zhàn)教學訓練存在著安全隱患多、實訓成本高、拓展資源少、教學效果差、實踐探究有限等問題，引入VR 虛擬現(xiàn)實技術，不僅僅可以大力推進警務實戰(zhàn)教學模式的改革，還有助于提高學員自主深度學習的水平。從實戰(zhàn)教學維度出發(fā)，基于VR 虛擬現(xiàn)實的警務訓練系統(tǒng)除了具備傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術的沉浸性、交互性和構想性之外，還具備很強的安全性以及實時的動態(tài)反饋性，并有助于構建一種可控的、逼近真實、多感知一體化的學習環(huán)境，使學員由理論教學的被動接受者變成課堂的主導者，并通過人與虛擬世界的多元感知和自然交互，實現(xiàn)自主探索和認識客觀事物的目標。

因此結合公安院校教學和專業(yè)設置特點，引進人工智能中的精準推送方法，研究建立VR 虛擬現(xiàn)實場景下的個性化實戰(zhàn)教學模式。框架如圖1 所示。

1.教師根據(jù)警務實戰(zhàn)訓練教學大綱，結合實戰(zhàn)訓練素材，制作虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊集，將使模塊集極大地豐富實戰(zhàn)教學資源。

2.通過深度學習方法，如圖2 所示，對每一個虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊提煉出一個用于描述該模塊特征的虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊特征向量，得到一個特征向量集。對于每一個學員，根據(jù)其已經(jīng)學習的虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊或者其他學習歷史資料，提取得到學員的特征向量。

3.對于每一位學員，通過皮爾遜相關性系數(shù)或者余弦相似性計算該學員與每一個虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊之間的匹配度。

4.挑選出若干個具有最大的匹配度的虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊作為最佳的訓練模塊子集，推薦給每一位學員。

解決方案可行性分析

我們采用廣泛應用于公共管理實踐的SWOT 分析法來對本方案進行可行性分析，與現(xiàn)有的基于VR 虛擬現(xiàn)實技術的警務實戰(zhàn)教學不同的，本方案還進一步運用了人工智能的精準推送方法，意在進一步解決由于VR 虛擬現(xiàn)實技術的引進所導致的學員陷入海量學習模塊中的選擇困境。

引進人工智能中的精準推送方法，研究建立VR 虛擬現(xiàn)實場景下的個性化警務實戰(zhàn)教學模式，能夠為每一個學員個性化定制由若干個具有最大的匹配度的虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學模塊組成的最佳訓練模塊子集，通過對這個實戰(zhàn)教學模式的優(yōu)勢、劣勢、機會以及威脅進行可行性分析，將促進公安院校實戰(zhàn)教學訓練效率的提高。

圖1 VR 虛擬現(xiàn)實場景下的個性化實戰(zhàn)教學框架

圖2 深度神經(jīng)網(wǎng)絡框架