VR在安全教育領(lǐng)域的應(yīng)用

文/賈紅艷 周玉婷 毛清秀 孫元香 趙志靖

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR)與安全教育的結(jié)合作為安全教育領(lǐng)域的新模式，是國家的重點研究方向。2018年10月19日，習近平總書記在出席世界VR產(chǎn)業(yè)大會時提到:“科技革命和產(chǎn)業(yè)變革驅(qū)動著虛擬現(xiàn)實技術(shù)走向市場，中國正全力推動新技術(shù)新產(chǎn)品在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，積極與其他國家交流，實現(xiàn)共贏發(fā)展。”

工業(yè)部和信息化部2017年發(fā)布了《應(yīng)急產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展行動計劃》，提出了在技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化方面，要加快推進消防、安防、生產(chǎn)安全、交通安全、醫(yī)學救援、防災(zāi)減災(zāi)、反恐防爆等應(yīng)急技術(shù)工程化，促進虛擬現(xiàn)實類的高新技術(shù)應(yīng)用于突發(fā)事件并形成新產(chǎn)品、新裝備、新服務(wù)。此外，根據(jù)國務(wù)院辦公廳2016年發(fā)布的《國家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃》目標，到2020年全國增創(chuàng)5000個綜合減災(zāi)示范社區(qū)，進一步健全防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)機制。

由此可見，安全教育事業(yè)正在一步步落實，國家鼓勵發(fā)展安全事業(yè)、建設(shè)安全教育基地。VR技術(shù)的加入為安全教育領(lǐng)域注入了“新活力”，VR安全教育投入成本相對傳統(tǒng)教育基地要低，效果卻要好很多倍，在政府引導(dǎo)和市場主導(dǎo)下，VR安全教育將會迎來更廣闊的發(fā)展。

1 VR在安全教育領(lǐng)域中的特點

由于VR技術(shù)的發(fā)展和移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)安全教育逐漸與VR技術(shù)相結(jié)合，逐漸向科技化方向轉(zhuǎn)型。安全教育一般由安全知識階段、安全技能階段、安全態(tài)度階段等組成，第一階段進行安全知識教育，教授相關(guān)事故預(yù)防的基本知識；第二階段進行安全技能教育，讓受教育者親身實踐，體會實際操作，掌握安全知識；第三階段進行安全態(tài)度教育，使受教育者能夠自覺地實行安全技能。傳統(tǒng)安全教育在安全技能階段內(nèi)容略顯枯燥，且舉辦次數(shù)因場地、器具、時間等因素而有所限制，在安全態(tài)度階段沒有得到理想的反饋，受教育者沒有真正掌握安全技能。安全教育與VR技術(shù)的結(jié)合將開啟更具沉浸感的安全教育新模式。

VR在安全教育領(lǐng)域中扮演著重要的角色，使安全教育的形式更加多元化，讓人們可以更深入、更全面的體驗和學習相關(guān)的安全知識。通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實場景、模擬現(xiàn)場音效，VR可以充分刺激體驗者的感官，如置身現(xiàn)場一般。手柄的巧妙運用可以實現(xiàn)體驗者和VR系統(tǒng)的的交互，增加了安全教育的趣味性。這些都是對書面的、抽象的安全教育內(nèi)容的有益的、必要的補充。VR技術(shù)以模擬場景真實、體驗內(nèi)容豐富、互動性強以及不受講師水平、場地設(shè)備和培訓(xùn)時間的限制、建設(shè)運營成本低，更加綠色環(huán)保等優(yōu)勢，能更加滿足當今安全教育的需求，具有很好的發(fā)展前景。

2 VR在安全教育領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 交通安全教育

交通安全教育是現(xiàn)代社會安全教育重要的一部分。加強交通參與者的道路交通安全教育、提高交通安全意識、規(guī)范交通行為、培養(yǎng)交通文化顯得尤其重要。而傳統(tǒng)的灌輸式教育明顯效果較差，現(xiàn)在將VR技術(shù)用于交通安全教育，給體驗者提供更加真實的虛擬環(huán)境，大大降低真實實踐的危險性，同時相較于構(gòu)造實體安全體驗區(qū)來說更加經(jīng)濟。

目前，關(guān)于VR與交通安全教育的融合已成為一種新的熱潮。2016年10月9日，VR虛擬駕駛技術(shù)出現(xiàn)在世界仿真技術(shù)應(yīng)用展覽會上。2017年，重慶江北區(qū)交巡警支隊順應(yīng)時代的發(fā)展，聯(lián)合專業(yè)技術(shù)力量，開發(fā)出《交通安全教育VR大講堂》產(chǎn)品[1]。這是我國首部以VR為技術(shù)載體的交通安全教育內(nèi)容產(chǎn)品。該產(chǎn)品利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，全景展示整個交通安全教育內(nèi)容，配以場景模擬，演示交通違法行為的危害，讓交通者在虛擬世界中身臨其境的體驗到因交通違法行為所帶來的惡果，促使其樹立文明的交通理念。2018年，蘭州首個交通安全宣傳教育基地成立，市民可以體驗虛擬仿真模擬駕駛[2]。基地利用虛擬仿真和模擬駕駛等高科技交互多媒體技術(shù)，提供如“駕駛員自適應(yīng)測試”等自測項目和如“防御性駕駛”等模擬訓(xùn)練，提高交通者的安全駕駛技能。

2.2 火災(zāi)安全教育

火災(zāi)安全教育是安全教育中的重中之重，具有強大的開發(fā)潛力。把VR技術(shù)用于火災(zāi)安全教育領(lǐng)域中，大大提高了安全性、生動性和交互性。VR技術(shù)和火災(zāi)安全教育的結(jié)合提高了人們對火災(zāi)安全知識的興趣，讓人們能以更有效、更安全的方式掌握火災(zāi)安全知識。

近些年來隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，采用VR技術(shù)來模擬火災(zāi)場景，并進行消防演習成為國內(nèi)外疏散安全研究的一個重要手段。Z.Xu等人[3]為了最大限度地減少火災(zāi)過程中煙霧危害的潛在危害，開發(fā)了一種基于VR的火災(zāi)訓(xùn)練模擬器。在該模擬器中，特別設(shè)計了一種基于體積繪制和火災(zāi)動力學數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)，以創(chuàng)建一個真實、準確的煙霧環(huán)境，來對受訓(xùn)者進行虛擬訓(xùn)練，使其體驗到真實而不受威脅的煙霧環(huán)境。此外，還建立了煙氣危害綜合評價模型，以評估不同疏散或救援路徑在虛擬訓(xùn)練中的安全性，使受訓(xùn)者學會識別最安全的路徑。石來等人[4]基于FDS的地下空間增強體驗式火災(zāi)逃生VR系統(tǒng)，模擬了地下空間火災(zāi)現(xiàn)場的高溫環(huán)境，能夠展現(xiàn)真實的火災(zāi)場景。試驗人員通過系統(tǒng)可充分體驗到真實的火災(zāi)煙氣和高溫情況，從視覺和熱感兩方面感受火災(zāi)環(huán)境。精細的火焰、煙氣視景模擬和外部熱感單元會對試驗人員產(chǎn)生較大刺激感，影響其對逃生路線的選擇，從而能達到更好的逃生訓(xùn)練目的。何高奇等人[5]基于VR火災(zāi)逃生游戲的應(yīng)急行為評估系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和游戲相結(jié)合，設(shè)計出虛擬火災(zāi)逃生體驗游戲——VRFEG。該系統(tǒng)不僅能讓體驗者感受到游戲的緊張刺激，還可以學習到應(yīng)急逃生的安全技能。

2.3 地震安全教育

近幾年地震災(zāi)害頻發(fā)，給我國地震地區(qū)造成了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，為提高社會公眾對地震災(zāi)害預(yù)防的認識，國內(nèi)正積極開展地震安全教育。根據(jù)VR技術(shù)在遠程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用，劉永福等[6]利用3ds max，Virtools等軟件開發(fā)出了交互式遠程防震教育軟件，擺脫了時間和空間的限制，模擬出地震時的不同場景，從而可以訓(xùn)練體驗者在不同場景下的逃生技能。Ishii Hirotake等[7]開發(fā)了具有室內(nèi)環(huán)境自動建模功能的虛擬現(xiàn)實地震體驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對室內(nèi)環(huán)境進行三維掃描并自動創(chuàng)建虛擬環(huán)境，降低體驗系統(tǒng)成本的同時保持引起恐懼的有效性。

2.4 施工安全教育

現(xiàn)實生活中，施工現(xiàn)場存在許多的安全隱患。將VR技術(shù)應(yīng)用于施工安全方面是一種巨大的創(chuàng)新，以實際施工現(xiàn)場中的安全教育為背景，采用先進的VR技術(shù)，通過體驗道路、橋梁和隧道等虛擬施工現(xiàn)場中隱藏的安全風險和事故情形，強化體驗者的安全意識，為避免現(xiàn)實施工過程中的安全生產(chǎn)事故奠定基礎(chǔ)。VR技術(shù)與施工安全教育的結(jié)合能有效地解決交底不及時、不徹底、沒有針對性等安全教育的難題。例如上海市中交第一公路工程局有限公司的地鐵工程項目[8]，利用VR技術(shù)讓體驗者增強辨識隱患能力，避免以往安全交底過程中缺乏針對性、被動、漫灌等方式的出現(xiàn)，使得施工安全教育更加深入人心，從而達到教育體驗的根本目的。

2.5 其他

VR技術(shù)在其他安全教育領(lǐng)域也取得了許多的研究成果，獲得了廣泛關(guān)注。如在煤炭安全教育領(lǐng)域中，英國諾丁漢大學已經(jīng)研發(fā)出Safe VR、VRoom等系列VR培訓(xùn)系統(tǒng)。早期較著名的“露天礦單卡車工藝系統(tǒng)的模擬”和“礦井頂板支護訓(xùn)練系統(tǒng)”訓(xùn)練人在模擬真實環(huán)境下操作能力、事故預(yù)防能力和事故搶險能力[9]；在電氣安全教育領(lǐng)域中，東沽供電中心對虛擬變電站和仿真培訓(xùn)系統(tǒng)總體框架設(shè)計的加強，實現(xiàn)了對于仿真培訓(xùn)系統(tǒng)運行的控制，促進了相關(guān)效益的取得[10]；在建筑工程安全教育領(lǐng)域中，世博綠谷二期項目的BIM+VR安全體驗館實現(xiàn)了教育交底和應(yīng)急培訓(xùn)演練的目的[11]。

VR憑借著沉浸性、交互性、多感知性等優(yōu)勢與多個安全教育領(lǐng)域進行結(jié)合，可以實現(xiàn)人機互動，讓體驗者獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多感知的逼真體驗。VR在安全教育領(lǐng)域中的應(yīng)用可以減少實驗教學成本，降低涉及領(lǐng)域試驗者的危險，達到更好的安全教育目的。VR安全教育作為安全教育新模式，正在以一種飛速上升的趨勢發(fā)展。

3 VR在安全教育領(lǐng)域的發(fā)展策略

VR在安全教育領(lǐng)域中的應(yīng)用不局限于上述的幾個方面，還有更大的延伸空間與發(fā)展可能。而且由于VR還處于發(fā)展初期，設(shè)備笨重昂貴，用戶接觸培訓(xùn)時也會使用全新的系統(tǒng)，這對用戶來說是一種挑戰(zhàn)。從技術(shù)含量和系統(tǒng)設(shè)計的難度來說，多感知性是VR技術(shù)的一個瓶頸，目前還無法讓體驗者多感知地全面體驗。我們針對上面提出的一些問題，列舉了以下幾種發(fā)展策略來促進VR安全教育事業(yè)的發(fā)展。

3.1 增強多感知性

VR技術(shù)被公認為是21世紀重要的發(fā)展學科，涉及眾多研究和應(yīng)用領(lǐng)域。VR的多感知性是評判VR安全教育系統(tǒng)是否被用戶認可的標準。理想中的VR技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能，但限于目前傳感技術(shù)的發(fā)展，VR技術(shù)所具有的感知功能僅包括視覺、聽覺、力覺、觸覺、動覺等，未來要將人類更多的感知功能應(yīng)用其中，進一步普及VR在安全教育中的應(yīng)用。交互性同樣是VR技術(shù)在安全教育領(lǐng)域的優(yōu)勢和發(fā)展方向，可以將“眼球追蹤”、“手勢跟蹤”、“肌電模擬”等多種交互方式結(jié)合到VR安全教育中來進一步增強交互性。

3.2 擴大應(yīng)用范圍

一方面，要建立安全體驗館或者在現(xiàn)有的VR體驗館中專門開辟以安全教育為主的欄目，讓更多的人可以接觸到以VR技術(shù)為載體的安全教育新形式；另一方面，要不斷探索研究并改善現(xiàn)有的VR安全教育軟件，提高VR安全教育的教學效果，繼續(xù)拓展VR技術(shù)在其他安全教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，更大程度上發(fā)揮VR技術(shù)沉浸式、交互式等優(yōu)勢。

VR技術(shù)的應(yīng)用，填補了IT與安全教育融合處的空白。“VR+安全培訓(xùn)”的融合更是擴大了教育對象的范圍。如美國紐約應(yīng)急管理辦公室使用災(zāi)害管理模擬器(ADMS)進行培訓(xùn)[12]。市民可以利用操作桿來穿行由應(yīng)急辦利用人工智能等技術(shù)構(gòu)建的虛擬城市。指揮者可以引導(dǎo)市民通過目標點，同時，通過與市民的實時溝通，達到應(yīng)急的需求。VR與安全教育的融合朝向深度化，廣度化的發(fā)展趨勢已不可阻擋。

3.3 增加公益模式

對“VR+安全教育”進行公益化運作，可以解決設(shè)備昂貴的問題，讓更多的人能參與其中。在相關(guān)部門的幫助下，向一些需要安全培訓(xùn)的地區(qū)或企業(yè)投入VR設(shè)備，定制模擬真實安全培訓(xùn)場景內(nèi)容，有效減少人員傷害。在學校建立VR實驗室或體驗館，學生們可以在老師的帶領(lǐng)下到VR實驗室或者VR體驗館有目的地進行安全教育學習。VR還可以助力教育扶貧，通過向教育不發(fā)達地區(qū)捐贈VR設(shè)備，同時提供定制化的安全教育科普類內(nèi)容，給孩子們打造一個360度虛擬現(xiàn)實沉浸式的學習環(huán)境和學習體驗。公益性的運作可以使VR安全教育走的更長久，這也是VR未來的發(fā)展方向之一。

3.4 加大普及力度

現(xiàn)今，VR技術(shù)的發(fā)展還處于初級階段，這種形式的安全教育對于用戶來說是一種全新的挑戰(zhàn)。5G時代即將到來，這將會大幅降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時、提供更大的帶寬，這為VR技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了更好保障，人們不需要復(fù)雜的操作，便能體驗到VR的魅力。除此之外，我們還可以通過短視頻和舉辦相關(guān)科技性比賽等方式將“VR+安全教育”模式大規(guī)模宣傳。

4 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)為特點的信息時代的到來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)成為國際科技創(chuàng)新的一個新的方向。未來在安全教育領(lǐng)域還要繼續(xù)加大投入，發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)在安全教育領(lǐng)域中的優(yōu)勢，提高安全教育的教學效果，維護每個家庭的幸福。同時，VR技術(shù)的發(fā)展將推動新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，促進我國信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量成長，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展提供新動力。