虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通安全課程教學(xué)中的應(yīng)用探索

向往

[摘 要]通過對(duì)新工科背景下虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通運(yùn)輸中的闡述，分析交通運(yùn)輸類專業(yè)安全課程的特點(diǎn)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通運(yùn)輸課程中仿真環(huán)境的應(yīng)用，探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通運(yùn)輸類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用，有效提高交通運(yùn)輸專業(yè)課程教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]新工科;虛擬現(xiàn)實(shí);交通運(yùn)輸;實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

一、背景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集人機(jī)交互技術(shù)、圖像融合技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)三維仿真技術(shù)等多個(gè)新興技術(shù)于一體，能夠提供沉浸感強(qiáng)的虛擬環(huán)境做展示。VR眼鏡和駕駛模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通領(lǐng)域的兩個(gè)典型應(yīng)用。清華大學(xué)陳勁和呂文晶提到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)未來在自動(dòng)駕駛和語(yǔ)音圖像識(shí)別領(lǐng)域會(huì)有重要應(yīng)用;重慶文理學(xué)院羅萬(wàn)成提出了以VR實(shí)際項(xiàng)目為載體的工程實(shí)踐體系，培養(yǎng)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)需要的“新工科”人才;Fisher分別從理論和實(shí)踐介紹了不同類型駕駛模擬器在交通工程學(xué)、土木工程學(xué)、醫(yī)學(xué)、行為科學(xué)、心理學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉應(yīng)用;王海燕等人分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通車輛相關(guān)教學(xué)中的應(yīng)用。

以往研究中主要以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展和在學(xué)科中的應(yīng)用為主，深入到具體課程的應(yīng)用較少。因此，本文將從更微觀的層面探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用模式。

二、交通安全課程的特點(diǎn)

交通安全課程作為交通類專業(yè)和安全類專業(yè)的主干課程，需要向?qū)W生系統(tǒng)地介紹交通安全與交通參與者、車輛、道路、環(huán)境之間的關(guān)系，闡述交通系統(tǒng)各元素之間的關(guān)系，分析交通安全隱患和交通事故機(jī)理，介紹可預(yù)防或減少交通事故的方法，闡述交通安全與基礎(chǔ)設(shè)施之間的交互關(guān)系，還能夠讓學(xué)生從規(guī)劃和設(shè)計(jì)層面思考安全問題，為制定交通安全對(duì)策提供依據(jù)。

該課程主要包含三個(gè)核心內(nèi)容：交通系統(tǒng)的四大組成部分與交通安全的關(guān)系;交通事故統(tǒng)計(jì)、分析與預(yù)測(cè);交通安全評(píng)價(jià)與安全保障技術(shù)。這三個(gè)內(nèi)容都適合采用案例教學(xué)法，例如交通事故再現(xiàn)環(huán)節(jié)，文字和圖片都難以清晰明了地描述事故發(fā)生的完整過程和導(dǎo)致事故發(fā)生的關(guān)鍵影響因素。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通安全課程教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是可以以駕駛模擬器和VR眼鏡等設(shè)備為依托，向?qū)W生提供沉浸感強(qiáng)的仿真環(huán)境，并且實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，使學(xué)生通過實(shí)踐了解事件發(fā)生的前因后果和關(guān)鍵影響因素。通過改變可視的仿真環(huán)境可以營(yíng)造不同的交通場(chǎng)景，不同的場(chǎng)景可以對(duì)應(yīng)不同的原則和理念，因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在交通安全課程教學(xué)中的應(yīng)用可以包含以下三個(gè)部分：

（一）制作標(biāo)準(zhǔn)化的交通安全場(chǎng)景

場(chǎng)景是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的外在表現(xiàn)，但是交通安全所涉及的場(chǎng)景眾多，因此，只能根據(jù)授課內(nèi)容構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的交通安全場(chǎng)景，通過分別定義地形、道路類型、交通設(shè)施、車輛、行人、環(huán)境視距等多個(gè)交通安全的影響因素構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)景，且實(shí)現(xiàn)多個(gè)場(chǎng)景的組合使用。

（二）分析場(chǎng)景的安全機(jī)理

在標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)景制作完成后，讓學(xué)生在駕駛模擬器或者VR眼鏡等虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備上開展實(shí)踐，通過視頻展示和人機(jī)交互兩種形式協(xié)同進(jìn)行，讓學(xué)生在實(shí)踐中感受交通隱患的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合理論知識(shí)的講解和課堂討論讓學(xué)生加深理解。

（三）方案討論與改進(jìn)循環(huán)

當(dāng)學(xué)生完成某個(gè)場(chǎng)景的交互實(shí)踐和理論知識(shí)的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生學(xué)習(xí)仍然以被動(dòng)接受為主的話，則需要進(jìn)一步提升學(xué)生的主動(dòng)思考能力和學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生尋找標(biāo)準(zhǔn)化場(chǎng)景中的安全隱患和原因，并提出針對(duì)性的改進(jìn)方案，在有條件的情況下讓學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行改進(jìn)，基于新方案重新制作交通安全場(chǎng)景，循環(huán)開展“場(chǎng)景制作—理論知識(shí)—交互實(shí)踐—方案改進(jìn)”這一過程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和持續(xù)性。

參考文獻(xiàn)：

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[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(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通車輛相關(guān)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 教育教學(xué)論壇， 2016 （14）：259-260.

[作者單位]

長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院

（編輯：溫子超）