虛擬現實技術在兒童安全教育方面的研究

孫同濱 王敏 李詩 王夢霞

摘 要：教育，是人類社會前進與發展的重要動力，隨著我國教育水平的不斷提高，越來越多的高科技產品進入教育行業，然而對于兒童的安全教育來說，兒童缺乏基本的安全救護逃生意識，傳統的教育方式又缺乏交互性和生動性，因此在兒童教育中引入較為新穎的虛擬現實技術，開拓新的教學方法與方式，對于兒童更高效、更主動地掌握各類技能至關重要。

關鍵詞：兒童教育;虛擬現實;交互性;體驗式

一、引言

由于虛擬現實技術可以使人產生一種身臨其境的真實感覺，能夠使人與虛擬環境之間進行多維信息的交互，孩子們完全沉浸在一個全立體覆蓋所有視野的立體空間內，在虛擬的空間內體驗學習預測、判斷、回避危險，在玩樂中自己去體會什么是安全，形成安全意識，并培養他們處理各種意外災害的能力和處理意外災難的有效方法。從根本上上提高兒童對知識的興趣，推動兒童安全教育全面發展。二、應用現狀

虛擬現實技術產生于20世紀60年代的美國，最近10年，隨著計算機信息技術的快速發展而在越來越多的領域得到了推廣應用，其出現更使得互聯網的平面世界出現了三維場景。虛擬現實技術由于能夠創建與現實社會類似的環境，解決學習媒體的情景化及自然交互性的要求，因此較早被歐美一些主要國家應用于教育與教學領域。

與發達國家相比，我國虛擬現實技術的開發和應用還存在差距，但這種差距已引起有關部門和科學家們的高度重視，并根據我國國情制定了開展虛擬現實技術及相關技術領域的研究。清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統;華中理工大學機械學院工程檢測實驗室將其虛擬實驗室成果在網上公開展示，供遠程教育使用。由上可知，虛擬現實技術雖然在國內外的教育教學中有所應用，但在我國教育中的使用僅局限于高校的研究性和探索性教學當中，而對廣大普通大、中、小學生的普及則遠遠不夠。

隨著教育體制的改革發展，兒童教育已經較為成熟，在傳統領域中形成了繪本、讀物、游戲、玩具、動畫等媒體產品，兒童教育的市場需求會不斷擴大，對產品的要求也會逐漸提高，因此必須要豐富產業鏈，拓展產品形式，充分滿足消費者需求，才能夠推動產品得到全面的發展。但是，縱觀現階段市面上的兒童教育產品，教育模式較為單一、落后，對兒童的吸引力較差，沒有調動兒童的主觀能動性，沒有取得良好的教學效果，教學產品的作用也沒有得到實質性的發揮。新時期倡導的是主動學習，要讓兒童的主觀能動性和學熱情得到充分的調動，讓兒童教育活動得到良好的開展，才是最佳的教育方式。

二、虛擬現實技術在兒童安全教育中的優勢

虛擬現實技術應用在現代兒童教育中能夠有效提高交互性，通過計算機技術，兒童可以和虛擬角色進行互動交流，充分的融入到了教學活動中，體驗教學活動的樂趣。進而對某些概念進行深化，并建構新的構思和創意的特性。

VR技術的研究與開發為人員逃生的研究提供了更準確、更全面的信息，主要是因為VR技術中的數據信息具有可讀性，兒童可在VR場景中體驗多維度的視角，身臨其境的認知到災難帶來的巨大傷害，并且可以在VR開發的模擬逃生方案中了解逃生方法、掌握逃生技巧、快速直接的找到最佳逃生路線到指定避難場所; 逼真的虛擬救援演練不但使兒童熟練地掌握自救器材的操作技術和救援技能，而且使其從心理上克服對災難的恐懼心理，減少現實生活中的傷亡率。

三、虛擬現實應用于教育領域的關鍵技術

（一）三維實體建模技術

三維實體就是對現實世界中的物體進行仿真，講究真實度，尤其是應用于教育教學中的虛擬實 體，一定要保證它的客觀合理性，符合相應的標準。并且，這些實體能夠實現交互功能，根據物理學、生物學、化學等規律對使用者對它們的控制給予正確的響應。

（二）實時三維圖像生成技術

目前，三維圖像的生成技術已比較成熟，而關鍵是如何滿足實時性的要求。為了達到實時的目的，至： 少要保證圖形的刷新頻率不低于15幀/秒，最好高于30幀/秒，在不降低圖形質量和復雜程度的前提下， 提高刷新頻率。這里，圖形生成的硬件體系結構以及在虛擬現實的真實感圖形生成中用于加速的各種有效技術是關鍵。

（三）數據壓縮技術

虛擬現實技術要想得到很大的發展，需要與Internet結合，這恐怕已是不爭的事實。目前，虛擬現實 技術應用的數據量仍然很大，在現有網絡整體速度較慢的情況下，Internet用戶必須等待較長的時間，這 往往令人難以忍受。我們應該在虛擬現實系統中考慮數據壓縮問題，這個向題可能現在還未引起人們的 重視，但是隨著應用的深入，這是一個不可回避的問題。

（四）跨平臺、跨應用技術

理想的虛擬現實系統能在多個平臺，上運行，這也是軟件開發必須考慮的問題，基于虛擬現實技術的教 育軟件系統也不例外，跨平臺性也是亟待解決的一項關鍵技術。

虛擬現實系統如果要有更強的實用性，就應該具有跨應用技術，也就是說建立的模型元件等可以作為 一種構件資源有很好的重用性，能夠應用于其他的軟件當中。比如，某一堂課的教學中，教師使用幻燈片進行授課，需要展示一個三維虛擬的天平模型，他希望不需要再打開一個專門支持三維模型展示和控制的軟件，而是在幻燈片中直接插人這樣一個可以控制的天平模型進行講解，這時就涉及到了跨應用的技術， 其中一種解決辦法，就是將模型作為一種ActiveX控件資源，這樣就可以方便地將其插人到幻燈片， 甚至是嵌人到網頁當中。

四、應用前景

在教育理論體系中，學習理論是處于核心地位的。虛擬現實技術在教育中的應用也是在一定的學習理論指導下進行的。虛擬現實技術本身是對客觀對象的模擬，所構建的學習環境與實際生活情境相關。因此，如果把虛擬現實技術與兒童教育有機地結合，教育與社會需求之間的差距將得以縮小，這將對未來的教育產生深遠影響。通過VR進行學習和教育，不光可以減少現實空間中某些訓練操作的困難和危險，更可以使訓練造價得到大幅度降低。因此，我們說，虛擬現實技術將是繼多媒體、計算機網絡之后，在兒童教育領域內最具有應用前景的一項技術。

五、結束語

虛擬現實技術以其獨特的優點應用于教學過程中，可以有效彌補教學條件不足的限制，降低教學成本，能夠打破時空界限，避免客觀條件的影響，向學生展示逼真的教學情景，提供形象的教學素材。它是傳統教學的強有力的輔助手段，能夠有效地提高教學質量。相信虛擬現實技術的發展，將對兒童教育事業帶來長足的利益。

參考文獻：

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作者簡介：

孫同濱（1998-），男，山東協和學院計算機科學與技術2017級學生。

王敏（1999-），女，山東協和學院計算機科學與技術2017級學生。

李詩（1998-），女，山東協和學院計算機科學與技術2017級學生。

指導教師：王夢霞（1978-），女，碩士，副教授，主要研究方向為軟件工程、數據挖掘

基金項目：山東省高等學校國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：201913324001）