VR技術在災害教育的應用

馬穎 謝雨詩 趙一燃 李佳霖

【摘要】隨著科技的進步，5G時代悄然而至，VR技術的發(fā)展更加迅速。當下，我國災害頻發(fā)，已嚴重影響到人們的生命財產(chǎn)安全。為應對突發(fā)的火災、地震、泥石流等災害，VR技術與災害教育相結合將是時代的需要。本文重點闡述和分析VR技術應用于災害教育領域的優(yōu)勢、現(xiàn)狀，并為VR災害教育提供可行性建議。

【關鍵詞】VR技術;災害教育;優(yōu)勢;策略

1. VR的基本內涵和應用優(yōu)勢

VR技術是一種高度仿真的計算機系統(tǒng)，能夠創(chuàng)建和體驗虛擬世界，是21世紀多媒體技術的一大突破。它利用計算機技術，向體驗者的感官傳遞實時生成的各種虛擬情景。近年來在國內，VR技術不斷擴展其在災害教育領域的應用范圍。使用者在體驗該技術模擬出的災害情景中，深入了解火災、地震、泥石流等災害的特性，還能學習到應急逃生的知識，減少生命財產(chǎn)損失。當下VR災害教育的市場需求不斷擴大，說明人們對防災教育的技術要求越來越高。

VR的特征基本上可以概括為五個方面：存在感、自主感、沉浸性、交互性、想象性，簡稱為“兩感三性”。這些特征都具有普遍實用性，因而應用VR技術是災害教育發(fā)展的趨勢之一。VR技術在災害教育應用的優(yōu)勢總結如下：

1.1 VR技術虛擬性強，可移植性高

基于VR技術的可移植性，可以將原有的圖片、數(shù)據(jù)等傳統(tǒng)教育元素融入到虛擬環(huán)境中。基于VR的虛擬性，可以構建出傳統(tǒng)災害教育無法模擬或成本過高的災害場景，更靈活，更有利于研發(fā)人員創(chuàng)新。其既能引起受訓人員的興趣，強化受訓人員對災害的認識，又能反復使用，節(jié)省成本，有效應對了地方災害教育經(jīng)費不足的問題。

1.2 VR技術空間感和沉浸感強有力提高災害教育的成效

虛擬場景往往缺乏真實性，但基于VR技術的空間感和沉浸感的特點，能夠讓受訓者在虛擬的世界中感受到現(xiàn)實的反饋，提前訓練其心理素質，避免其在災害來臨時產(chǎn)生慌亂心理。

1.3 VR技術還會對受訓人員的操作數(shù)據(jù)進行記錄

培訓人員可以根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進行針對性訓練，更有效地積累經(jīng)驗。并且常規(guī)演練通常循規(guī)蹈矩，不能充分調動人的積極性，并不能達到預期效果，也無法做到個性化。隨著技術的改進，VR技術將會成為傳統(tǒng)安全教育的有力補充。

2. VR在災害教育領域中的現(xiàn)狀

VR技術是一個能融合其他學科知識的新載體。作為一個新事物，它既有優(yōu)點，也有待改進之處。VR技術在災害教育中推廣，需要揚長避短，充分發(fā)揮它的優(yōu)勢。

2.1 VR在現(xiàn)實災害教育的應用范圍

2.1.1 應用于三維物體展示與事件還原

在實際的教學中，VR不僅可以幫助學習者了解各種現(xiàn)象和物體的結構，還可以通過虛擬的事件還原，讓學習者親身體驗，提升學習效果。

2.1.2 應用于災害教育培訓

目前在災害教育領域的培訓，有VR消防演練培訓、VR山地災害演練培訓、VR學校專題演練等等。例如，劉永福等人開發(fā)出了交互式遠程防震教育軟件，可以模擬出多種地震情景，可以提高受訓者在不同場景下的應變能力。何高奇等人則根據(jù)VR火災逃生游戲的應急行為評估系統(tǒng)，設計出“VRFEG”游戲，提高了VR技術教學的趣味性。Ishii Hirotake 等人開發(fā)了具有室內環(huán)境自動建模功能的VR地震體驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對室內環(huán)境進行三維掃描并自動創(chuàng)建虛擬環(huán)境，降低體驗系統(tǒng)成本的同時保持有效性。此外VR技術還可以為培訓者量身打造特殊訓練。

2.1.3 應用于場景模擬

VR技術還應用在虛擬實驗室、虛擬體育館、虛擬校園、科學研究等場景的模擬。例如Z.Xu等人開發(fā)了基于VR的火災訓練模擬器，特別設計了一種基于體積繪制和火災動力學數(shù)據(jù)的可視化技術，以創(chuàng)建一個真實、準確的煙霧環(huán)境，使受訓者體驗到真實而不受威脅的煙霧環(huán)境。石來等人根據(jù)FDS的地下空間增強體驗式火災逃生VR系統(tǒng)，模擬出地下空間火災現(xiàn)場的高溫環(huán)境，可展現(xiàn)真實的火災場景。受訓人員通過系統(tǒng)可充分體驗到真實的火災煙氣和高溫情況，從而達到更好的逃生訓練目的。

2.2 傳統(tǒng)災害教育與VR技術融合具有難度

現(xiàn)有的教育實踐證明，傳統(tǒng)教育的模式、理念不完全適用于VR技術支持的新型教育中，但其仍有許多可以借鑒之處。教育人員將VR技術應用于教學時，既要吸納傳統(tǒng)教學模式的優(yōu)點，亦要對其不足之處進行改進，形成新型高效的教學方法。

2.2.1 VR技術投入成本高，教學資源有限

在當下VR技術雖然在災害教育領域有所發(fā)展，但并沒有普及到對學校、群眾的教育里。目前，國內對VR技術的應用僅在部分學校試驗。且由于地域經(jīng)濟水平發(fā)展不均衡和教育資源分配不均等問題，VR技術的應用，大都集中在經(jīng)濟發(fā)展水平較高的一、二線城市，而真正需要這些技術的老少邊窮地區(qū)卻沒有相應的教學資源。當然，不可否認的是，隨著技術的進步和資本在該領域的投入，VR技術的成本在未來勢必會降低，能夠真正深入到老少邊窮地區(qū)。

2.2.2 VR技術災害教學效果難以評價

VR技術提高了學習者的學習興趣，但它不能代替老師在教學過程中的作用。在傳統(tǒng)教學中，由于教師是一對一、一對多教學，學習者的學習進度受到老師督促，多數(shù)都能達到教學目標。但在虛擬的環(huán)境下，難點是考驗教師能否高效運用VR技術提升授課效果和學生的學習效果。在VR災害教學中，教師發(fā)揮的作用減少，而學習者的學習效果受其年齡、智力、適應能力的影響變大。年齡較小、適應能力較差的學習者學習能力有限，跟不上教學進度，將不能很好地完成學習體驗，結果也達不到教學目標。此外，VR技術教學還缺乏有效的學習監(jiān)控和評估工具，不能代替教師對學生人性化的實時跟蹤進度。

2.2.3 VR在災害教育領域未來的改進方向

除了上文已經(jīng)論述的內容，將VR技術運用于災害安全教育領域，仍然有很多的工作等待我們去完成。這方面仍存在不小的的擴展可能以及發(fā)展的余地。目前，VR還處于發(fā)展中，沒有真正成為主流，需要大型設備且價格相對很高。由于VR技術的相對不普及，對于絕大部分用戶來說，都是一個全新的嘗試。在使用VR技術時需要接受培訓和說明，并且使用時的眩暈問題，也是許多開發(fā)者需要解決的問題。從VR技術內容出發(fā)，清晰度、計算性能等都是VR技術發(fā)展的大瓶頸，解決這些問題才能更加身歷其境，提高感知敏銳性。關于這些問題，我們提出了以下展望。

3.1 發(fā)展完善VR技術內容本身

VR的感知能力是決定VR災害教育系統(tǒng)是否被體驗者認可的直接原因。VR的感知能力由清晰度、計算性能、軟件內容等方面決定。首先，在VR眼鏡中，普通對于手機來說的300PPI的視網(wǎng)膜屏定義是遠遠不夠用的，雙目12000PPI是現(xiàn)在VR眼鏡一般標準。但仍然達不到視網(wǎng)膜屏的程度，這也是VR技術不斷發(fā)展完善的終極目標。其次，計算性能也是決定感知能力的重要內容，計算性能解決的是利用屏幕的問題，也就是交互方式。目前，“眼球追蹤”技術已經(jīng)有了比較成熟的運用，如七鑫易維的眼球追蹤，但是“特定區(qū)域渲染”等技術還沒有推廣到VR在災害教育中的運用。

3.2 重視使用者體驗

用戶的眩暈問題和培訓問題，是要提高使用者體驗好感的兩個重要方面。

非同步運動、屏幕刷新率、光學畸變、顯示延遲、定位準確度等因素都有可能造成用戶的眩暈。眩暈問題是可解的，需要VR眼鏡廠商悉心去測試調節(jié)。其次，由于VR技術的相對不普及，對于絕大部分用戶來說，都是一個全新的嘗試。在使用VR技術時需要接受培訓和說明，特別當VR技術運用于災害教育時，若疏于說明和培訓，會使體驗者不重視和給其造成困惑，使得教育的效果大打折扣。

3.3 提高VR在災害教育的可用性

無論是軟硬件，只有當產(chǎn)品容易被用戶接受時，才能變成主流。然而現(xiàn)在，VR還處于發(fā)展中，適用范圍相對較為局限，沒有真正成為主流，需要大型設備且價格相對很高。讓VR產(chǎn)品在價格和適用范圍變得更加開放，是我們的展望。要提高VR在災害教育的可用性。首先，在價格上，可以增加公益模式，比如在相關部門或者社會團體組織的幫助下，給貧困地區(qū)的學校進行公益的VR災害教育。其次，在適用范圍上，由相關部門開始，將其運用到各種災害的教育上，例如，紐約應急管理辦公室使用災難管理模擬器進行培訓。

3.4 云VR的展望

云VR技術基于5G將本地運算轉移到云端，能夠降低本地設備的硬件配置要求，從而降低設備的成本和重量。當前VR發(fā)展面臨的主要瓶頸就在于成本和用戶體驗的不平衡，云VR解決方案將解決該痛點，是VR走向規(guī)?；瘧玫谋厝贿x擇。

4. 結語

總之，在這個高速信息時代，VR技術已成為技術創(chuàng)新的新方向。今后，我們應繼續(xù)加大VR技術在災害教育領域的投入，充分發(fā)揮它的優(yōu)勢。

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