虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合警務(wù)技能教學(xué)探討性研究

林 華

(福建警察學(xué)院警察體育教學(xué)訓(xùn)練部，福建 福州 350007)

2018年4月，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》，指出：通過實施教育信息化2.0行動計劃，到2022年基本實現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標(biāo)，其中心目標(biāo)之一就是全面普及數(shù)字校園建設(shè)，推動高等學(xué)校虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)。為此，公安院校作為應(yīng)用型的本科院校，應(yīng)重點加快投入建設(shè)圍繞公安執(zhí)法實務(wù)需求的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)實驗室。該實驗室將會成為培養(yǎng)未來實戰(zhàn)應(yīng)用型警務(wù)人才的警務(wù)技能的重要途徑之一。與此同時，2015年12月，中央編辦、國家公務(wù)員局、公安部、教育部、財政部、人力資源社會保障部六部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于公安院校公安專業(yè)人才招錄培養(yǎng)制度改革意見》，推進公安隊伍正規(guī)化、職業(yè)化、專業(yè)化建設(shè)將是健全完善人民警察招錄培養(yǎng)機制是的一項重要舉措。公安隊伍職業(yè)化將是公安院校培養(yǎng)警務(wù)人才的有力保障與核心生命力，職業(yè)化的發(fā)展必然促進專業(yè)化水平提升。那么，公安院校的警務(wù)技能教學(xué)也將朝著“基層有所需，院校有所應(yīng)”的“教、學(xué)、練、戰(zhàn)”一體的實戰(zhàn)化趨勢發(fā)展。利用互聯(lián)網(wǎng)+虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真實訓(xùn)實驗室的建設(shè)將充分地滿足和實現(xiàn)警務(wù)技能教學(xué)和訓(xùn)練“實戰(zhàn)化”的現(xiàn)實需求，它的開發(fā)和引入將為培養(yǎng)和提升學(xué)警警務(wù)綜合素質(zhì)能力和執(zhí)法現(xiàn)場風(fēng)險意識灌輸提供一條新的思路。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)(即VR、AR、MR技術(shù))概述、現(xiàn)狀及未來趨勢

1.1 虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)及相關(guān)概念的釋義(即VR 、AR、MR技術(shù))

《中國電力百科全書·電工技術(shù)基礎(chǔ)卷》關(guān)于虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)的釋義為利用計算機生成一種可對參與者直接施加視覺、聽覺和觸覺感受,并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術(shù)。[1]它融合了計算機圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、數(shù)字圖像處理、傳感器技術(shù)等多個信息技術(shù)，同時具有三個基本特征，即三個“I”:沉浸(Immersion)、交互(Interaction)和想象(Imagination)。

1.2 VR、AR、MR技術(shù)的釋義及概述

VR、AR、MR技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同側(cè)重點研究領(lǐng)域的專業(yè)命名。VR是Virtual Reality 的縮寫，中文的釋義是靈境技術(shù)、幻真技術(shù)，也就是指利用計算機技術(shù)模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬環(huán)境。它可以借助頭盔、眼鏡、器具等外設(shè)設(shè)備使人在自身感覺系統(tǒng)上改變現(xiàn)有的空間感，如夢幻般沉浸在虛擬現(xiàn)實中，由實入虛，如同在現(xiàn)實的物理空間內(nèi)，可以進行互動，猶如“南柯一夢”的情境，給予體驗者真實的臨場感。由于受到技術(shù)發(fā)展的限制，VR虛擬的真實性還不夠逼真，為攻克技術(shù)壁壘，技術(shù)人員/研究者在虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)上發(fā)展了增強現(xiàn)實(“Augmented Reality”，簡稱 AR)增強了人們在虛擬世界中視覺、聽覺、觸覺的體驗感，并通過虛實結(jié)合、實時交互和三維配準(zhǔn)實現(xiàn)裸眼現(xiàn)實虛擬世界，實現(xiàn)了由虛入實。與此同時，為了使體驗者有完美真實感和體驗，技術(shù)人員將VR和AR的技術(shù)進行交互、融合、提升、發(fā)展，實現(xiàn)了混合現(xiàn)實(Mixed Reality，簡稱 MR)的突破。MR虛擬現(xiàn)實技術(shù)是未來發(fā)展的方向和趨勢，也是警務(wù)技能訓(xùn)練創(chuàng)新和發(fā)展的新途徑之一。正如微軟公司資深副總裁柯睿杰所說，“今天我們可以看到兩個宇宙：一個是基于原子和物理學(xué)原理，一個是數(shù)字化的，所以我們一方面可以看到有一個物理的世界，另外一方面有一個數(shù)字的現(xiàn)實世界，而混合技術(shù)，就是把兩個現(xiàn)實融合在一起，實現(xiàn)半真半虛虛擬影像”[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的突破和發(fā)展在公安院校的警務(wù)技能教學(xué)和訓(xùn)練上有著天然的優(yōu)勢，尤其是在學(xué)警進行復(fù)雜的警情現(xiàn)場模擬處置訓(xùn)練時危險性、不可預(yù)測性的模擬和心理適應(yīng)性、執(zhí)法規(guī)范化安全意識的訓(xùn)練上發(fā)揮其他教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)勢。

1.3 國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展、應(yīng)用和未來趨勢

國內(nèi)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展借助了國務(wù)院《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》的產(chǎn)業(yè)政策春風(fēng)，各相關(guān)業(yè)內(nèi)企業(yè)加大投入，專注于虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)組成硬件和軟件產(chǎn)品研發(fā)(如下圖1所示)，力圖攻克技術(shù)難題。目前，在輸出設(shè)備(顯示端)中，歌爾VR835 虛擬眼鏡經(jīng)過多年的努力，做到了6個自由度的追蹤，實現(xiàn)了VR 眼鏡對位置和追蹤和位置的估計，并且加強算法將系統(tǒng)的延時性降低至了18毫秒，提高了分辨率，解決VR眼鏡存在眩暈感。在交互設(shè)備(捕捉反饋)研發(fā)上，諾亦騰在“基于MEMS慣性傳感器的動作捕捉技術(shù)”基礎(chǔ)上開發(fā)了專業(yè)化、全方位的慣性動作捕捉系統(tǒng)，實現(xiàn)了無線設(shè)計，方便了穿戴，同時校正了17個節(jié)點，配套Hi5VR手套可同步傳輸數(shù)據(jù)；華捷艾米開發(fā)了全景視頻A100體感設(shè)備，可對人體20個關(guān)節(jié)點的動態(tài)進行跟蹤，數(shù)據(jù)采集和識別一體化，可完成復(fù)雜環(huán)境下人體RGB-D的動態(tài)圖像和動態(tài)3D環(huán)境信息的提取。小鳥科技在零部件——顯示屏上開發(fā)了DMIS可視化管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)便于操作，即想即得，集中管控，管用分離，交互協(xié)作，開放兼容。網(wǎng)龍在軟件開發(fā)上極具技術(shù)優(yōu)勢和實力，成功入主收購了國內(nèi)知名的智能語音技術(shù)服務(wù)提供商蘇州馳聲信息科技有限公司，并購了英國上市公司普羅米休斯(CherrypicksAlpha)，并對ARHT Media進行了戰(zhàn)略性投資，達成了合資企業(yè)合作協(xié)議。這三家AR技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先者的加入使得網(wǎng)龍在信息處理能力和系統(tǒng)平臺的開發(fā)能力進一步得到了提升。隨著產(chǎn)品的迭代，華為5G技術(shù)到來，數(shù)據(jù)高速傳輸，移動景物到圖像的呈像時間不超過18～20 毫秒,VR/AR/MR的關(guān)鍵技術(shù)將得到有效提升，這將更好地解決產(chǎn)品的暈眩感和延遲問題，進一步突破交互技術(shù)、延遲技術(shù)和追蹤算法的瓶頸，在此基礎(chǔ)上計算機圖形技術(shù)和顯卡性能將得到顯著的改善,刷新率和屏幕分辨率也將有更高的提升。[3]此外,包括手勢識別、動作捕捉和聲音感知等交互設(shè)備技術(shù)的改善、傳輸設(shè)備的移動化和無線化，存儲容量和續(xù)航能力不斷提升,都將成為VR/AR /MR向前發(fā)展的關(guān)鍵推動力量。趙沁平院士認為：“虛擬現(xiàn)實的發(fā)展有多方面的趨勢，其中很重要的就是虛擬現(xiàn)實和人工智能的融合?！比斯ぶ悄芎吞摂M現(xiàn)實可以說有天然的聯(lián)系，隨著這兩項高新技術(shù)的不斷發(fā)展，存在你中有我、我中有你的趨勢，它將會對虛擬對象的智能化、虛擬現(xiàn)實交互的智能化、VR 內(nèi)容研發(fā)和生產(chǎn)的智能化三個方面產(chǎn)生實質(zhì)性的影響。[4]虛擬現(xiàn)實技術(shù)將沿著——虛擬現(xiàn)實與現(xiàn)實世界在感知系統(tǒng)上的對等性，“沒有什么是做不到的，只有我們想不到的”——這一夢想邁進。學(xué)習(xí)者可以實現(xiàn)“意隨心動”，可以沉浸在虛擬現(xiàn)實中并與之互動，通過眼看、耳聽、鼻聞、手動以及大腦思考的過程，獲得“做的經(jīng)驗”[5]。學(xué)習(xí)者所獲取的無法比擬的真實感受和切身體驗，將使警察院校學(xué)警警務(wù)技能實訓(xùn)的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量，有質(zhì)的飛躍。

圖1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)造

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)融合警務(wù)技能教學(xué)的變化

警務(wù)技能教學(xué)是一門集法律法規(guī)運用、武力升級對抗程序、執(zhí)法警察戰(zhàn)術(shù)站位、現(xiàn)場研判處置、執(zhí)法民警綜合素質(zhì)(體能、技能、智能、心理能力)于一體的綜合性教學(xué)。警察院校作為培養(yǎng)公安民警的搖籃和教學(xué)科研單位，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)與警務(wù)技能教學(xué)融合起來，將是公安院校警務(wù)技能教學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與警務(wù)技能教學(xué)方法的融合是教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。以教師面授講解的傳統(tǒng)課堂教學(xué)來獲取知識，已經(jīng)不能充分滿足學(xué)警獲取知識的欲望。引導(dǎo)和開發(fā)學(xué)警們的發(fā)散性和開拓性思維，運用仿真性、開放性、超時空性的虛擬現(xiàn)實技術(shù)變換枯燥的學(xué)習(xí)環(huán)境和固定的教學(xué)方法，能喚起學(xué)警探索警務(wù)技能學(xué)習(xí)的主動性，利用學(xué)生思維活躍性來激發(fā)學(xué)生參與性能使多樣性的思維相互碰撞，取長補短，相互促進。虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教學(xué)實踐的融合，能培養(yǎng)學(xué)警積極自主學(xué)習(xí)的興趣以及處置模擬警務(wù)現(xiàn)場獨立思考的能力。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入警務(wù)技能教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容選擇和實戰(zhàn)案例導(dǎo)入產(chǎn)生了變化。筆者從培養(yǎng)專業(yè)化學(xué)警和基層一線警務(wù)實戰(zhàn)的需求出發(fā)，以《徒手防衛(wèi)與控制》課程的導(dǎo)入典型案例“慶安事件”為例分析：

運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)重構(gòu)案發(fā)三維仿真現(xiàn)場，學(xué)警們(扮演現(xiàn)場執(zhí)勤民警李樂斌)借助佩戴外設(shè)裝備進入虛擬警情現(xiàn)場，執(zhí)法現(xiàn)場可依據(jù)學(xué)生的差異性進行情境切換和復(fù)雜性的設(shè)置；以形象化的教學(xué)內(nèi)容、游戲式的學(xué)習(xí)方式喚起學(xué)警的主動性，學(xué)警可以尋找興趣點，由點及面地進行知識擴充；按教學(xué)要求的“出警準(zhǔn)備”“前往現(xiàn)場”“現(xiàn)場處置”“警情反饋”四個程序來規(guī)范執(zhí)法程序的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，通過實時交互和警組成員與嫌疑人(虛擬合成嫌疑人徐純合)的互動和警情發(fā)展的演變，采取“法言法語，口頭控制”，“對抗升級，徒手控制”，“警械使用，保持距離”，“緊急情形，使用武器”，“善后處置，及時匯報”的執(zhí)法規(guī)范化的流程，進行一對一的因材施教，使學(xué)生的體驗感和參與欲望受到強烈的刺激，取得“寓教于樂”的良好學(xué)習(xí)效果。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與警務(wù)技能教學(xué)的融合，將使學(xué)警警務(wù)技能學(xué)習(xí)高效化、武力對抗安全化和評價反饋即時化。

“工欲善其事,必先利其器”，警務(wù)技能的教學(xué)，除了遵循程序，依法依規(guī)處置外，還需要執(zhí)法者具備對無理的、暴力抗法的嫌疑人有強力執(zhí)法的能力。警察專業(yè)化的執(zhí)法綜合能力是需要學(xué)警反復(fù)的訓(xùn)練、學(xué)習(xí)、積累、實踐，不斷進行量的積累才能達到的要求。傳統(tǒng)的“師傅領(lǐng)進門，修行靠個人”的面授教學(xué)需要教師在課內(nèi)外投入大量的時間和精力備課，課后細心的指導(dǎo)，需要學(xué)生悟性和勤奮積極配合，需要場地器材等物質(zhì)保障，才能提高教學(xué)質(zhì)量。但這在目前的警務(wù)技能教學(xué)中是難以實現(xiàn)的，教師的精力跟不上，場地、設(shè)施、器材難保障，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)與警務(wù)技能教學(xué)融合的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)將可以彌補缺憾和難點，縮短學(xué)警技能從泛化階段、分化階段、鞏固階段到自動化階段的時間。通過大數(shù)據(jù)云端的資源共享，學(xué)警可從特定端口下載自己所需分級和復(fù)雜武力對抗處置的訓(xùn)練內(nèi)容，進行多維度、多角度不同角色的扮演，保障訓(xùn)練的安全性和規(guī)范性，達成教學(xué)中教師、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價的一致性。通過系統(tǒng)平臺對自身學(xué)習(xí)警務(wù)技能過程的回放、查找和梳理，學(xué)警可反復(fù)針對自己的問題或某個環(huán)節(jié)難點進行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，并在虛擬的可視化的現(xiàn)場即刻得到反饋，分析問題癥結(jié)所在，找到糾正方法和途徑，隨時隨地“溫故知新”，從而迅速形成警務(wù)技能動作的正確性，警務(wù)現(xiàn)場處置的應(yīng)變性，面對暴力犯罪嫌疑人不怵不驚、沉著冷靜的心理適應(yīng)性，提高警務(wù)技能訓(xùn)練效率和效果。

3 結(jié)語

綜上所述，公安院校作為應(yīng)用型的本科院校和培養(yǎng)未來專業(yè)化和職業(yè)化警察的搖籃，盡快建立符合基層警務(wù)實戰(zhàn)需求的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)實驗室將是公安院校警務(wù)技能教學(xué)的創(chuàng)新途徑、發(fā)展的趨勢和方向。實驗室的仿真性所帶來的沖擊效果可以有效彌補傳統(tǒng)警務(wù)技能教學(xué)方式及場景的局限。這種完全“沉浸式”虛擬訓(xùn)練體驗可全方面地使學(xué)警對警務(wù)技能學(xué)習(xí)從單純技能訓(xùn)練向融合了依法執(zhí)法、遵循程序、武力對抗升級、力保安全、靈活處置、執(zhí)法規(guī)范的綜合警務(wù)技能教學(xué)方向轉(zhuǎn)變，客觀真實地顯現(xiàn)出基層警察執(zhí)法過程中的具體場景變化和實際環(huán)境的整體警情處置現(xiàn)場，學(xué)警通過自身技戰(zhàn)術(shù)技能的運用作出正確、合理的研判和行動。[6]這種通過個性化、游戲化、探究式、合作式等多樣化學(xué)習(xí)方式來獲取知識的虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建實訓(xùn)教學(xué)平臺，將極大地豐富警務(wù)技能教學(xué)內(nèi)容，讓每一位學(xué)警都能成為學(xué)習(xí)的主人。這是對傳統(tǒng)課堂的延伸和突破，為公安院校學(xué)警執(zhí)法規(guī)范化的掌握、基層警務(wù)實戰(zhàn)能力的培養(yǎng)、安全風(fēng)險意識本能化的樹立奠定了扎實的基礎(chǔ)，使學(xué)警終身受益。