虛擬現實技術在警械武器教學中的應用探索

高振峰

（中國刑事警察學院 遼寧·沈陽 110845）

1 公安院校警械武器教學面臨的主要問題

多年來，公安院校警械武器課程改革與教學創新一直備受關注，主要原因來自兩個方面，一是警務實戰反饋的問題與教學訓練效果形成反差，通常是練得較好，實戰評價不高；二是課程改革與教學創新的內在動力不足，尤其是教學與現代科技的融合度不高。二者累積反映出當前的警械武器教學缺乏創新性實踐探索和技術性革新，同時也是困擾教、學、練、戰一體化模式突破發展瓶頸的關鍵問題。

首先，警械武器教學訓練設施的建設經費高，場地維護經費高，教學耗材投入高等“三高”問題一直是困擾教學單位致力于提高教學質量的瓶頸。其次，即使部分公安院校、培訓基地等教學單位改善了教學場地條件，但是，在完成基礎教學的情況下，再想結合警務實戰拓展教學，還是會受制于基礎設施不完善的影響，模擬教學的真實性、感官素材的互動性、主客體之間的對抗性等方面很難在教學活動中得以體現。再次，在固有場景進行學練，出于安全考慮，學生、教師和教輔人員無法脫離繁雜的安全操作程序，費時、費力，學練效率大打折扣，同時也無法依據警務實戰開展多類型警械武器的綜合練習與演練，教學練戰脫節問題仍然存在，學生對警務實戰的真實感知力得不到鍛煉。

2 虛擬現實技術為警械武器教學改革提供了有利條件

隨著虛擬現實(VR)在技術上的進步與逐步成熟，VR創新應用在近幾年發展迅速，應用領域已經由過去的軍事、航天、飛機制造等重點領域，延伸到娛樂、藝術、影視、醫療、教育、體育、房地產、旅游、制造、消費等各領域和行業。特別是近年來，關于虛擬現實技術應用在公安專業教育教學領域的研究不斷增加，比如虛擬現實技術在法醫病理學中的應用；虛擬現實技術在公安實踐教學和培訓工作中的應用研究；公安院校消防虛擬仿真教學系統的設計與研發；等等。相對于公安專業教學虛擬現實技術的應用研究，虛擬現實技術被應用在警械武器教學領域更早也更普遍，這方面從國內外早期生產銷售的警械武器訓練設施設備就能得到很好的了解。但是，可能因學科專業內容與教學訓練目標的差異，警械武器虛擬現實技術更注重視聽感覺，根據人類的視覺、聽覺的生理心理特點，借助計算機、傳感器和圖像生成系統來虛擬真實環境，通過多媒體技術與仿真技術相結合生成逼真的視覺聽覺一體化的虛擬環境，從而讓參與者產生身臨其境的感受和體驗。很大程度上解決體驗不方便、場景限制、實效差、不真實等問題。相比較當前警械武器教學方法存在的問題，虛擬現實技術提供了方式方法革新的可能，對解決因時間、地點、場地限制和教學內容拓展不利等久而未決的問題提供了選擇。

3 虛擬現實警械武器教學系統的應用價值

基于虛擬現實技術，以學生警械武器使用技能訓練內容為核心，通過虛擬場景的建立、虛擬元素設置、學練內容設定、交互設備應用，完成體驗式警械武器訓練模型的構建，使學生在學練中獲得真實、直觀的感受，有助于增強學生技能學習的體驗度和實戰經驗的積累。系統化教學內容開發與設計、學生自主化學練和教學樣態的變化可能會徹底革新警察警械武器實訓方式。例如，以虛擬場景真實模擬出警現場情景，設計突發事件、典型案件、標準業務等模塊，完成虛擬場景下的交互環節和學練內容，提高警察使用警械武器的合法性和合理性，從而提高學生應用警械武器、應對襲擊、妥善處置現場偶發事件等方面的綜合能力，增強安全防護意識，降低因遇襲等因素導致的傷亡概率。虛擬現實技術對傳統教學模式的顛覆性改造，將在實現教學目標，教學練戰對接以及提高教學質量等方面產生劃時代的意義。

4 虛擬現實警械武器教學設計的基本思路

4.1 警械武器學練虛擬場景的設計

使用三維建模方式建立虛擬仿真的訓練場地場景，關鍵是三個方面的設計，首先以訓練場景的實景為基礎，進行三維場景繪圖，其中應包括警械武器練習場景和警務實戰場景。其次，建立場景內的物品物理模型，例如警械武器模型包括各類槍支、警械等，犯罪嫌疑人及犯罪兇器如刀、斧等。再次，在繪圖基礎上對三維模型進行技術處理，以便形成高清圖像和動畫設計。最后，虛擬場景內容不僅能在電腦上運行，更需要串聯VR頭盔式眼鏡，使學生能夠利用便捷設備在場景中進行瀏覽和操作。虛擬現實警械武器的學練過程中，可根據不同技術和經驗水平的學生或警員，設置相應的虛擬實戰場景和虛擬情節，隨機設置物品元素和虛擬人員，以增加學練的難度。

4.2 警械武器教學內容的設計

虛擬現實警械武器教學內容設計是教學創新的核心，需要軟件工程技術人員根據教學大綱和教學設計進行軟件開發與設計。首先需要根據教學目標設計虛擬場景中呈現的操作內容和步驟，例如設計警械武器使用規范、動作標準及流程、糾錯提醒等等，更重要的是設計由警械武器學練分解動作過度到完整動作的步驟，并根據各個環節的動作規格設計技術評價標準。其次，在虛擬現實學練場景中學生可以直觀看到自己的動作細節，并依據糾錯提醒自覺矯正技術動作。比如在邏輯關聯的技術動作前后加入觸發式交互控制，由學生在虛擬現實學練場景中選擇訓練項目，根據學練項目設計的操作內容，對照完成相應的動作操作，無需教師干預，自動進行操作。再次，學生在學練技術內容過程中可以采用定時方式，一方面鼓勵學生不斷地提高技術熟練程度，另一方面由于設置了交互內容，當學生在虛擬場景中與設置的虛擬犯罪嫌疑人進行對抗時，通過虛擬人或物體的動作襲擊，測試學生應激反應與合理使用警械武器的能力。在主客體交互操作過程中體會自身的判斷力及掌握技術的熟練程度，增強對警務實戰的感知力和經驗積累。最后，在升級難度的教學內容中，通過虛擬現實和機械反饋技術的雙加持，增強教學內容的真實性與主體感知力。

4.3 虛擬警械武器感知設備的設計

虛擬警械武器感知設備必須根據教學目標和警務實戰需要進行設計。根據擬定的學習訓練規程，設計技術動作跟蹤模型。在技能動作學習過程中，學生穿戴搭載運動捕捉傳感器的數據衣，由數據衣探測身體動作并跟蹤，包括膝蓋、手臂、軀干和腳等部位，進行學員身體動作軌跡記錄。以虛擬現實方式，建立學員技術動作軌跡，通過與正確的動作軌跡進行對比，找出技能動作不規范的部位，有針對性改進技術動作。每次訓練的動作捕捉反饋數據，對學員自身的強弱項和優缺點進行客觀的評析，為下一次訓練的提升和改進提供數據支持。例如，在制作射擊訓練模型時，虛擬展現裝彈、上堂、射擊的全過程。并對射擊訓練的動作姿勢進行跟蹤記錄，通過模擬對比，找出動作中存在的缺點，使練習者可以及時準確更正射擊動作，進一步提高武器使用的技術水平。

其次，根據虛擬現實技術生成壓力刺激的基本工作原理，基于傳感器技術，設計制作感知交互式設備。該設備為穿戴式觸感交互裝置，固定在練習者身體各主要關節部位；振動傳感器固定在裝置外套上，振動傳感器通過數據電源線與感覺控制器連接，接收工作電源和動作指令信號，振動傳感器的振動幅度和頻率，由感覺控制器發送指令控制完成；裝置背面用于固定觸感控制器，數據電源線與感覺控制器連接，向振動傳感器傳輸電源和指令；感覺控制器為嵌入式結構，內部由核心處理器、存儲芯片、集成電路、無線通信模塊、充電電池連接構成；為觸感控制器與振動傳感器提供電源。在虛擬突發事件訓練中，設定虛擬犯罪嫌疑人，并設定突發攻擊行為，使練習者真實感受虛擬犯罪嫌疑人的攻擊。練習者可移動身體躲避攻擊，并通過手柄使用警械武器進行對抗。突發事件交互過程中，反應不及時的練習者很可能遭受攻擊并觸發觸感傳感器，增強對傷害行為的感知力，相反，反應及時并處置得當，練習者將得到合格以上的評價。

5 虛擬現實警械武器教學系統關鍵技術保障

（1）堅持多方參與的原則。虛擬現實技術將從虛擬場景建模、元素建立、行為設定、觸覺傳感器、動作捕捉器等方面進行原創性開發與設計，因此需要軟件設計工程技術人員、教師團隊、教輔人員及學生等多方參與，整合技術創新、教學設計與實驗力量，以確保教學系統的各項技術指標對接完整和運行平穩。

（2）堅持多學科技術融合促進技術攻關。觸覺感應傳感器是虛擬現實警械武器教學系統的創新點，也是最難攻克的技術難點，需要借助人體學、工程學、系統學等多學科技術資源整合，以確保技術研發與運行的可靠性和穩定性。

6 結束語

基于虛擬現實方式的警察警械武器教學訓練系統的研發與應用，很可能顛覆原來的教學訓練模式，新教學訓練樣態的形成將緩解公安院校學警在教學練戰脫節、實戰感知力弱、經驗積累少等方面的問題，對提高學警執法流程意識、警械武器使用能力、安全意識和心理素質具有積極影響。