虛擬現實技術在安全教育中的應用

龔翱 王潔

摘要：近年來，VR（虛擬現實）技術成為興起的創新教學媒體，本文對VR技術的概念及特征，以及利用VR技術進行安全教育進行了闡述，并提出了VR在安全教育中的具體應用研究。VR在安全教育領域中的應用，不但減少了實驗教學成本，而且降低了演練人員的危險，從而達到更好的安全教育目的。

關鍵詞：虛擬現實;安全教育;演練;仿真

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）19-0190-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

近年來，隨著信息技術的不斷發展，以及用戶對VR（ Virtu-al Reality，虛擬現實）體驗需求的增長，VR產業迅速發展。VR也稱為計算機模擬現實技術，或沉浸式多媒體，是一種綜合利用計算機圖形系統，以及各種控制、現實接口設備，生成的一個可交互的三維環境、給用戶關于視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官的沉浸式模擬感知的技術。隨著SG時代來臨，VR發展再次提速，過去許多難點都將被攻克，VR技術發展前途一片光明。

1 VR技術

虛擬現實被認為是多媒體最高級別的應用。它是計算機技術、計算機圖形、計算機視覺、視覺生理學、視覺心理學、仿真技術、微電子技術、立體顯示技術、傳感與測量技術、語音識別與合成技術、人機接口技術、網絡技術及人工智能技術等多種高新技術集成之結晶[1]。VR的高真實性以及能夠實時交互，為系統仿真提供了強有力支撐。虛擬現實技術包括如下幾個特點：

多感知性（ Multi-Sensory），除一般的計算機技術所具備的視覺感知以外，還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知，甚至還包括味覺、嗅覺等感知。足夠理想的虛擬現實技術，應該具備一切人體的感知功能。

浸沒感（ Immersion），也稱為臨場感或存在感。是用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。而理想的模擬環境，應該看上去一切都是非常真實，讓用戶應該難以分辨真假，使其全身心地投入到機器創建的、三維虛擬的環境中。

交互性（Interactivity），是用戶對模擬環境中的物體可操作的程度，以及從環境中得到反饋的自然程度，其中也包括實時性。例如，用戶通過手，可以抓拾取模擬環境中的虛擬物體。此時，手中應該有握著物體的感覺，能感受到其重量，在視野中，被拾取的物體也可以隨著手移動。嘲

2 VR技術在安全教育中的優勢

2016年開始，VR技術就已經被人們廣泛關注，其應用也日益廣泛。采用VR方式的安全教育，就是其中最有發展前景的設想之一。相對于傳統教育，VR安全教育的優勢包括：

開放性。基于VR技術的虛擬仿真演練，已突破傳統安全教育演練的時間和空間限制。如電力安全作業，實地演練會耗費大量時間和人財物，而利用VR技術可以模擬工作環境和難以復制的設備，只需準備簡單的相關設備和軟件，即可實時接受相關學習和訓練。

安全性。真實性和安全性這兩個目標在一些危險演練中常常是沖突的，如高空作業、危險品操作。為了保障演練人員的安全，不得不犧牲真實性，很多場景和效果只能通過演練者在腦海里“假想”。而虛擬仿真演練最大的優勢在于其安全性，演練者在虛擬環境中可以任意、并反復嘗試，甚至極端操作，避免造成實際傷害。

高效性。相比傳統安全演練，虛擬仿真演練逼真度高，演練者能全面從視、聽、觸覺等，超真實的還原演練場景，身臨其境地體驗實際遇到災害時該如何操作。同時，將安全知識嵌入虛擬環境，進行實時教育，還可通過第一視角震撼體驗事故后果。多樣化的演練方式，能讓演練者產生強烈感官，深刻認識安全教育的重要意義，讓安全意識牢記于心。

3 VR技術在安全教育中的應用

我國安全教育事業正一步一步落實，國家也鼓勵發展安全事業和建設安全教育基地。目前的安全教育途徑中，最常見的主要包括授課、講座、會議方式，另外還有通過標語、展畫、播放聲像等廣告宣傳，以及文藝節目等演出等，這些方法大多基于理論而缺乏實踐。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，但實際操作往往困難重重，比如一些場景很難以復制，如泥石流;還有一些需要清空在某個繁華地區的人群，這在現實生活中影響了生活秩序，如火災;還有一些演練需要大型設備，或產生污染，因為成本過高，缺少實踐機會。

相比傳統方式，采用VR方式優勢明顯。VR技術的加入，為安全教育領域注入了新的活力，并且基于VR的安全教育的投入成本，相對傳統教育要低，而效果卻好很多。作為一種安全教育新模式，VR安全教育正進入快速上升的趨勢發展。[3，4，6，7]

3.1 線路巡查

VR線路巡查系統能為演練者創建交互性的虛擬仿真平臺，創建用戶所需的任何特殊場景，針對實際情況，構建案件模擬，以逐步全面掌握相關安全防范知識。利用虛擬現實技術，系統以三維圖像呈現場景內埋藏的管道、線路等設施。演練者可從各個角度查看和分析，并找出安全隱患，然后通過提示性操作，還可任意觸摸，以及分離、轉換視角觀察。對存在安全隱患而未排查的，還可以進行隱患深度發展后的事故展示，進行警示教育。

3.2 消防演練

VR應急逃生演練需要提供多種具有代表性的建筑物，以及相當數量的參與人群，對演練組織也具有較高要求，且需要清空某個繁華區域內人群，而這種情況在現實生活中，非常難實現。而虛擬演練時空自由，無須影響正常工作生活秩序，可以靈活構建出各種建筑，如教學樓，賓館，商場，形成針對性指導演練。仿真系統能針對過程進行分析，以提升演練效果，也避免了演練者發生踩踏等意外。

VR消防器材演練主要針對不同場景，不同類型的火災，科學地學習使用干粉、泡沫、二氧化碳、消防栓等不同類型滅火器材。仿真系統通過虛擬仿真對火災起源、發展，煙霧和溫度影響，滅火方法等進行完全模擬，演練者可以獲得實際場景中相同的體驗，還可以避免灼傷和吸人有毒煙霧，也避免了耗材對環境造成的污染[5]。

3.3 施工安全

VR施工安全主要避免高空墜落、打擊、坍塌，機械等傷害。系統通過三維引擎模擬工地各類場景環境，只需要購買相對廉價的設備，就可以在各類虛擬環境中重復練習，相比傳統老式安全教育來說，非常經濟，也更為安全。這樣節約了大量設備，也讓演練者從第一人稱角度“親歷”施工過程可能發生的各種危險，身臨其境地學習相應的安全知識，提升應急處置能力。同時，體驗過程都會被系統全程無死角地記錄，并在教學任務的培訓中提供即時的反饋，還可以根據演練過程分析視頻，進行有效的評估。這樣，能有效地積累經驗，為日后在現實中制定方案提供必要指導。

系統通過3Dmax、C4D等工具完成平臺中場景的制作，加上材質及動畫等表現，在Unity 3D中用C#語言執行流程、配以特效，豐富了平臺的人機交互效果。將多種場景同步到各個區域，實現多人和多組織同時進行培訓。特有的沉浸感，提高了用戶的體驗感，而且在模擬中鍛煉對危險的觀察力，規避和逃生的能力，還可評估演練人員在面對緊急情況時，應急預案成效，根據系統提供的即時數據，還能找出差距以及需要改進的地方，并進行反復訓練。每個演練人員能按個人節奏進行學習，讓其針對自己不足之處從而進行反復練習，全面掌握相關的安全知識。

4 結束語

隨著大數據，云計算和移動互聯網為特點的信息時代來臨，未來在我國還會進一步增大在安全教育領域上的投入。在安全教育領域中，發揮VR技術的優勢，將優化安全教育過程、改善安全教育教學環境、提高安全教育的教學及演練水平、培養具有較高安全意識和技能的人才產生深遠影響。另外，VR技術的發展，也將推動新技術、新產品、新業態在各個領域中廣泛應用，使國家信息產業蓬勃發展，為我國社會經濟發展注入新的動力。基于VR的安全教育，作為全新的一種教育方式，會面向市場廣泛應用，同時發揮其重要的作用。

參考文獻：

[1]劉強，言天舒，曾志高.大學計算機軟件應用基礎：多媒體技術與應用[Ml.長沙：中南大學出版社，2016.

[2]匿名.信息技術基礎與應用虛擬現實技術[EB/OL].[2019-12-1] https：//www.taodocs.com/p- 193267453. html

[3]王蕊，張敬之，張銳.虛擬現實技術在火災逃生訓練中的應用研究[Jl，科學技術創新，2019（21）：80-81.

[4]賈紅艷，周玉婷，毛清秀，等.VR在安全教育領域的應用[J]‘電子技術與軟件工程，2019（21）：136-137.

[5]龔翱，褚健君.基于VR技術的家庭消防演習仿真操作系統.2018.7.20[CP/DK]

[6]苗藝楠，申閆春.基于Unity3D的交通事故虛擬再現系統研究 [Jl.計算機仿真，2018，35（12）：122-126.

[7]扈其強.試論虛擬現實（VR）技術在建筑安全教育培訓中的應用[J].建筑安全，2019，34（6）：63-65.

【通聯編輯：唐一東】

基金項目：湖南省教育廳科學研究項目（18C0871）

作者簡介：龔翱（1981-），男，湖南婁底人，講師，碩士，主要研究方向為VR技術;王潔，一級教師，本科。