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(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)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(guó)家的重點(diǎn)研究方向。2018年10月19日，習(xí)近平總書記在出席世界VR產(chǎn)業(yè)大會(huì)時(shí)提到:“科技革命和產(chǎn)業(yè)變革驅(qū)動(dòng)著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走向市場(chǎng)，中國(guó)正全力推動(dòng)新技術(shù)新產(chǎn)品在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，積極與其他國(guó)家交流，實(shí)現(xiàn)共贏發(fā)展?！?/p>

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(dòng)計(jì)劃》，提出了在技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化方面，要加快推進(jìn)消防、安防、生產(chǎn)安全、交通安全、醫(yī)學(xué)救援、防災(zāi)減災(zāi)、反恐防爆等應(yīng)急技術(shù)工程化，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)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(guó)務(wù)院辦公廳2016年發(fā)布的《國(guó)家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃》目標(biāo)，到2020年全國(guó)增創(chuàng)5000個(gè)綜合減災(zāi)示范社區(qū)，進(jìn)一步健全防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)機(jī)制。

由此可見(jiàn)，安全教育事業(yè)正在一步步落實(shí)，國(guó)家鼓勵(lì)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(duì)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(chǎng)主導(dǎo)下，VR安全教育將會(huì)迎來(lái)更廣闊的發(fā)展。

1 VR在安全教育領(lǐng)域中的特點(diǎn)

由于VR技術(shù)的發(fā)展和移動(dòng)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(shí)階段、安全技能階段、安全態(tài)度階段等組成，第一階段進(jìn)行安全知識(shí)教育，教授相關(guān)事故預(yù)防的基本知識(shí)；第二階段進(jìn)行安全技能教育，讓受教育者親身實(shí)踐，體會(huì)實(shí)際操作，掌握安全知識(shí)；第三階段進(jìn)行安全態(tài)度教育，使受教育者能夠自覺(jué)地實(shí)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(chǎng)地、器具、時(shí)間等因素而有所限制，在安全態(tài)度階段沒(méi)有得到理想的反饋，受教育者沒(méi)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(yàn)和學(xué)習(xí)相關(guān)的安全知識(shí)。通過(guò)構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景、模擬現(xiàn)場(chǎng)音效，VR可以充分刺激體驗(yàn)者的感官，如置身現(xiàn)場(chǎng)一般。手柄的巧妙運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)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(duì)書面的、抽象的安全教育內(nèi)容的有益的、必要的補(bǔ)充。VR技術(shù)以模擬場(chǎng)景真實(shí)、體驗(yàn)內(nèi)容豐富、互動(dòng)性強(qiáng)以及不受講師水平、場(chǎng)地設(shè)備和培訓(xùn)時(shí)間的限制、建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本低，更加綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，能更加滿足當(dāng)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(huì)安全教育重要的一部分。加強(qiáng)交通參與者的道路交通安全教育、提高交通安全意識(shí)、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(yàn)者提供更加真實(shí)的虛擬環(huán)境，大大降低真實(shí)實(shí)踐的危險(xiǎn)性，同時(shí)相較于構(gòu)造實(shí)體安全體驗(yàn)區(qū)來(lái)說(shuō)更加經(jīng)濟(jì)。

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(huì)上。2017年，重慶江北區(qū)交巡警支隊(duì)順應(yīng)時(shí)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(guó)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(shí)技術(shù)，全景展示整個(gè)交通安全教育內(nèi)容，配以場(chǎng)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(yàn)到因交通違法行為所帶來(lái)的惡果，促使其樹立文明的交通理念。2018年，蘭州首個(gè)交通安全宣傳教育基地成立，市民可以體驗(yàn)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(cè)試”等自測(cè)項(xiàng)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(qiáng)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(dòng)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(duì)火災(zāi)安全知識(shí)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(shí)。

近些年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用VR技術(shù)來(lái)模擬火災(zāi)場(chǎng)景，并進(jìn)行消防演習(xí)成為國(guó)內(nèi)外疏散安全研究的一個(gè)重要手段。Z.Xu等人[3]為了最大限度地減少火災(zāi)過(guò)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(jì)了一種基于體積繪制和火災(zāi)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)，以創(chuàng)建一個(gè)真實(shí)、準(zhǔn)確的煙霧環(huán)境，來(lái)對(duì)受訓(xùn)者進(jìn)行虛擬訓(xùn)練，使其體驗(yàn)到真實(shí)而不受威脅的煙霧環(huán)境。此外，還建立了煙氣危害綜合評(píng)價(jià)模型，以評(píng)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(xué)會(huì)識(shí)別最安全的路徑。石來(lái)等人[4]基于FDS的地下空間增強(qiáng)體驗(yàn)式火災(zāi)逃生VR系統(tǒng)，模擬了地下空間火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的高溫環(huán)境，能夠展現(xiàn)真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景。試驗(yàn)人員通過(guò)系統(tǒng)可充分體驗(yàn)到真實(shí)的火災(zāi)煙氣和高溫情況，從視覺(jué)和熱感兩方面感受火災(zāi)環(huán)境。精細(xì)的火焰、煙氣視景模擬和外部熱感單元會(huì)對(duì)試驗(yàn)人員產(chǎn)生較大刺激感，影響其對(duì)逃生路線的選擇，從而能達(dá)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(píng)估系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和游戲相結(jié)合，設(shè)計(jì)出虛擬火災(zāi)逃生體驗(yàn)游戲——VRFEG。該系統(tǒng)不僅能讓體驗(yàn)者感受到游戲的緊張刺激，還可以學(xué)習(xí)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(guó)地震地區(qū)造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，為提高社會(huì)公眾對(duì)地震災(zāi)害預(yù)防的認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)正積極開展地震安全教育。根據(jù)VR技術(shù)在遠(yuǎn)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(yuǎn)程防震教育軟件，擺脫了時(shí)間和空間的限制，模擬出地震時(shí)的不同場(chǎng)景，從而可以訓(xùn)練體驗(yàn)者在不同場(chǎng)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(dòng)建模功能的虛擬現(xiàn)實(shí)地震體驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行三維掃描并自動(dòng)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，降低體驗(yàn)系統(tǒng)成本的同時(shí)保持引起恐懼的有效性。

2.4 施工安全教育

現(xiàn)實(shí)生活中，施工現(xiàn)場(chǎng)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(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)中的安全教育為背景，采用先進(jìn)的VR技術(shù)，通過(guò)體驗(yàn)道路、橋梁和隧道等虛擬施工現(xiàn)場(chǎng)中隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)和事故情形，強(qiáng)化體驗(yàn)者的安全意識(shí)，為避免現(xiàn)實(shí)施工過(guò)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(shí)、不徹底、沒(méi)有針對(duì)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(xiàng)目[8]，利用VR技術(shù)讓體驗(yàn)者增強(qiáng)辨識(shí)隱患能力，避免以往安全交底過(guò)程中缺乏針對(duì)性、被動(dòng)、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(dá)到教育體驗(yàn)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(guó)諾丁漢大學(xué)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(hù)訓(xùn)練系統(tǒng)”訓(xùn)練人在模擬真實(shí)環(huán)境下操作能力、事故預(yù)防能力和事故搶險(xiǎn)能力[9]；在電氣安全教育領(lǐng)域中，東沽供電中心對(duì)虛擬變電站和仿真培訓(xùn)系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)的加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于仿真培訓(xùn)系統(tǒng)運(yùn)行的控制，促進(jìn)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(xiàng)目的BIM+VR安全體驗(yàn)館實(shí)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(shì)與多個(gè)安全教育領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，讓體驗(yàn)者獲得視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等多感知的逼真體驗(yàn)。VR在安全教育領(lǐng)域中的應(yīng)用可以減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，降低涉及領(lǐng)域試驗(yàn)者的危險(xiǎn)，達(dá)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(shì)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(gè)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(shí)也會(huì)使用全新的系統(tǒng)，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是一種挑戰(zhàn)。從技術(shù)含量和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度來(lái)說(shuō)，多感知性是VR技術(shù)的一個(gè)瓶頸，目前還無(wú)法讓體驗(yàn)者多感知地全面體驗(yàn)。我們針對(duì)上面提出的一些問(wèn)題，列舉了以下幾種發(fā)展策略來(lái)促進(jìn)VR安全教育事業(yè)的發(fā)展。

3.1 增強(qiáng)多感知性

VR技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)重要的發(fā)展學(xué)科，涉及眾多研究和應(yīng)用領(lǐng)域。VR的多感知性是評(píng)判VR安全教育系統(tǒng)是否被用戶認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。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(jué)、聽覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)覺(jué)等，未來(lái)要將人類更多的感知功能應(yīng)用其中，進(jìn)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(shì)和發(fā)展方向，可以將“眼球追蹤”、“手勢(shì)跟蹤”、“肌電模擬”等多種交互方式結(jié)合到VR安全教育中來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)交互性。

3.2 擴(kuò)大應(yīng)用范圍

一方面，要建立安全體驗(yàn)館或者在現(xiàn)有的VR體驗(yàn)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(xué)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(shì)。

VR技術(shù)的應(yīng)用，填補(bǔ)了IT與安全教育融合處的空白?！癡R+安全培訓(xùn)”的融合更是擴(kuò)大了教育對(duì)象的范圍。如美國(guó)紐約應(yīng)急管理辦公室使用災(zāi)害管理模擬器(ADMS)進(jìn)行培訓(xùn)[12]。市民可以利用操作桿來(lái)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(guò)目標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)，通過(guò)與市民的實(shí)時(shí)溝通，達(dá)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(shì)已不可阻擋。

3.3 增加公益模式

對(duì)“VR+安全教育”進(jìn)行公益化運(yùn)作，可以解決設(shè)備昂貴的問(wèn)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(shí)安全培訓(xùn)場(chǎng)景內(nèi)容，有效減少人員傷害。在學(xué)校建立VR實(shí)驗(yàn)室或體驗(yàn)館，學(xué)生們可以在老師的帶領(lǐng)下到VR實(shí)驗(yàn)室或者VR體驗(yàn)館有目的地進(jìn)行安全教育學(xué)習(xí)。VR還可以助力教育扶貧，通過(guò)向教育不發(fā)達(dá)地區(qū)捐贈(zèng)VR設(shè)備，同時(shí)提供定制化的安全教育科普類內(nèi)容，給孩子們打造一個(gè)360度虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。公益性的運(yùn)作可以使VR安全教育走的更長(zhǎng)久，這也是VR未來(lái)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(jí)階段，這種形式的安全教育對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)是一種全新的挑戰(zhàn)。5G時(shí)代即將到來(lái)，這將會(huì)大幅降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)、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(yàn)到VR的魅力。除此之外，我們還可以通過(guò)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(yǔ)

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為特點(diǎn)的信息時(shí)代的到來(lái)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)成為國(guó)際科技創(chuàng)新的一個(gè)新的方向。未來(lái)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(shí)技術(shù)在安全教育領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)，提高安全教育的教學(xué)效果，維護(hù)每個(gè)家庭的幸福。同時(shí)，VR技術(shù)的發(fā)展將推動(dòng)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(jìn)我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量成長(zhǎng)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供新動(dòng)力。