基于VR虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)下的公安院校實戰(zhàn)化課程教學(xué)創(chuàng)新

康世莊　朱垚桓

摘 要 在當(dāng)今社會矛盾日益凸顯、各式犯罪層出不窮的背景下，創(chuàng)新改革公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)方式，強化對基層公安隊伍實戰(zhàn)化應(yīng)用型人才的供給能力具有重要性、緊迫性。本文旨在嘗試、探索在公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)訓(xùn)練中應(yīng)用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可行性，并在進行市場考察調(diào)研之后，尋求系統(tǒng)的解決方案。

關(guān)鍵詞 VR虛擬現(xiàn)實技術(shù) 公安院校實戰(zhàn)化教學(xué) ART動作捕捉技術(shù) VR教學(xué)平臺

基金項目：2020國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃。

作者簡介：康世莊、朱垚桓，中國人民公安大學(xué)。

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.19387/j.cnki.1009-0592.2020.11.255

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR），又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項囊括了計算機、電子信息、仿真技術(shù)于一體的全新實用技術(shù)[1]。其基本實現(xiàn)方式是利用計算機模擬虛擬環(huán)境，構(gòu)建一個三維立體的視覺、聽覺和觸覺的感官世界，并靈活應(yīng)用傳感裝置，讓使用者通過親身體會以獲取環(huán)境沉浸感?；谄涑两?、交互性和構(gòu)想性，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)被廣泛應(yīng)用于教育、物理實驗、地理探索、建筑設(shè)計、城市規(guī)劃、醫(yī)學(xué)和軍事等領(lǐng)域[2]。

在實踐中，公安院校致力于培養(yǎng)一專多能、實戰(zhàn)化應(yīng)用型人才的人才培養(yǎng)目標(biāo)決定了公安院校的教育教學(xué)工作要更好地貼近實戰(zhàn)、融入實戰(zhàn)、服務(wù)實戰(zhàn)。但由于傳統(tǒng)教學(xué)方式巨大的內(nèi)在局限性，現(xiàn)階段的公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)往往不能達到預(yù)期的效果。本文提出的可以廣泛運用于公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的VR實訓(xùn)系統(tǒng)解決方案將緊扣信息時代主題，順應(yīng)信息時代浪潮，將“互聯(lián)網(wǎng)+”教育在公安領(lǐng)域的應(yīng)用進行了再一次的拓展，并期望能為國內(nèi)公安實戰(zhàn)化教育工作者提供新思路。

一、背景

（一）馬克思主義關(guān)于理論與實踐的哲學(xué)基礎(chǔ)

辯證唯物主義認為，物質(zhì)決定意識，意識又對物質(zhì)具有反作用。意識的能動作用指的是意識能夠反映客觀事物，并且自覺地指導(dǎo)人們的實踐活動。由于意識是對客觀世界的主觀印象，其帶有明顯的主觀性。而受意識主體自身諸多因素的影響而形成的理論也具有強烈的主觀性。在人們進行實踐活動的過程中，倘若使用沒有通過實踐進行自我印證的主觀意愿來指導(dǎo)實踐，則必將會直接影響到人們實踐活動的結(jié)果。

（二）公安教育自身發(fā)展需要

2015年，公安部黨委在總結(jié)公安機關(guān) “三項建設(shè)”的基礎(chǔ)上，提出了推進公安機關(guān)“四項建設(shè)”，即基礎(chǔ)工作信息化、警務(wù)工作實戰(zhàn)化、執(zhí)法工作規(guī)范化、隊伍建設(shè)正規(guī)化。其中警務(wù)工作實戰(zhàn)化緊扣公安機關(guān)教育培訓(xùn)機制，事關(guān)警務(wù)工作的核心戰(zhàn)斗力，更是新時期公安教育訓(xùn)練的新要求。

但就目前來看，不管是課堂理論教學(xué)還是基層公安機關(guān)見習(xí)實踐，大部分實戰(zhàn)化課程依舊依靠理論支撐，專業(yè)設(shè)備資源較少，音視頻資料較久遠，可塑性、立體性、現(xiàn)場性不強，導(dǎo)致理論過于抽象、枯燥、專業(yè)知識流于表面，很難達到專業(yè)人才專門教育的目的。在占用了大量教育資源的同時，學(xué)生能力素質(zhì)卻得不到提高，也就無法滿足日益復(fù)雜、變化的犯罪形勢與犯罪環(huán)境。

因此，為了滿足公安教育自身發(fā)展的需要，深化公安院校教育改革，創(chuàng)新發(fā)展公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)方式，促進公安院校教育教學(xué)工作更好地貼近實戰(zhàn)、融入實戰(zhàn)、服務(wù)實戰(zhàn)，公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)結(jié)合利用VR強大的現(xiàn)實虛擬能力無疑是一條光明的，具有無限發(fā)展?jié)摿σ约吧詈瘳F(xiàn)實意義的新途徑。

（三）社會發(fā)展和公安隊伍建設(shè)需要

在當(dāng)今社會矛盾凸顯、暴力犯罪所占比例日益上升的實際情況下，公安機關(guān)維護國家安全和社會秩序的難度越來越大，一線公安隊伍的戰(zhàn)斗力亟待提升。而公安院校作為公安機關(guān)的優(yōu)質(zhì)人才儲備基地，需要順應(yīng)執(zhí)法環(huán)境的發(fā)展變化，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)，堅持“戰(zhàn)斗力”標(biāo)準(zhǔn)，著眼“打得贏”目標(biāo)，強化對基層公安機關(guān)輸送“一專多能”實戰(zhàn)化人才的供給能力，從而鍛造一支專業(yè)知識過硬、戰(zhàn)斗力旺盛、力量空前凝聚的四個“鐵一般”的公安鐵軍。

（四）信息化教育的時代浪潮

隨著信息時代的到來，大數(shù)據(jù)廣泛深入教育、財務(wù)、審計等各個領(lǐng)域，并通過其宏大的統(tǒng)籌研判格局，深刻地改變了人們原本固有的工作方式。2015年，習(xí)近平總書記在全國公安工作會議上提出了包含“科技興警”在內(nèi)的十六字總要求，奠定了全國公安工作的總基調(diào)，提出了對公安院校教育的新要求。

“時有所呼，我有所應(yīng)”。科技是國家強盛之基。對于公安教育工作而言，科技創(chuàng)新具有戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和全局性地位。在信息化教育的時代浪潮之下，公安教育應(yīng)當(dāng)緊扣時代特征，改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)思維方式，深刻認識到現(xiàn)代化信息教育的先進性、優(yōu)越性，主動與外企進行廣泛而深入的聯(lián)動合作，實現(xiàn)公安院校課堂數(shù)字化、校園信息化、教育科技化、教學(xué)現(xiàn)代化，推動公安院校、公安機關(guān)信息化建設(shè)，進而使其培養(yǎng)出真正熟悉一線工作環(huán)境，專業(yè)知識過硬的實戰(zhàn)應(yīng)用型人才。

（五）國內(nèi)外VR教育和在警察機構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)用狀況

1.國內(nèi)VR教育現(xiàn)狀

就目前看來，VR教育在國內(nèi)教育領(lǐng)域依然有著巨大的應(yīng)用缺口和無限的發(fā)展?jié)摿?。例如在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，VR僅僅停留在觀察人體構(gòu)造等較為淺顯的運用;在土木建筑工程教育領(lǐng)域，VR也僅僅運用于學(xué)生觀看靜態(tài)3D場景或者文字等。這樣做只是簡單改變了交互的方式，將傳統(tǒng)的“粉筆+教案+黑板”的載體轉(zhuǎn)變?yōu)閂R頭顯，就像看紙質(zhì)書和電子書，本質(zhì)上沒有區(qū)別。而在國內(nèi)的公安院校教育領(lǐng)域，VR教育更是僅僅處于探索與嘗試階段，遠遠沒有開發(fā)出VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的巨大應(yīng)用價值。

2.VR在公安系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用現(xiàn)狀

一是國內(nèi)基層公安隊伍訓(xùn)練。在國內(nèi)基層公安機關(guān)日常訓(xùn)練方面，已有武漢市公安局引入VR技術(shù)進行現(xiàn)場勘查實戰(zhàn)培訓(xùn)的先例。為幫助民警快速有效提升技能、服務(wù)實戰(zhàn)，武漢警方引入VR技術(shù)助陣，讓民警足不出“局”即可進行現(xiàn)場勘查訓(xùn)練。民警可手持控制手柄，進入預(yù)先選定好的場景，進行查看物品、人物對話、工具使用等操作。VR技術(shù)的運用，讓一線的勘查人員想學(xué)就學(xué)、想練就練，能夠大大增強勘查人員的專業(yè)技能，提高刑事案件現(xiàn)場勘查效率。二是國際警察機構(gòu)對于VR的運用。在國際上將VR高科技運用在警務(wù)工作中已不是先例。由于近年來，美國的警察暴力事件頻繁發(fā)生，并且有不斷從警察個人失誤上升到種族主義和政治站位的趨勢。面對這種情況，美國警方鼓勵警察使用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)來進行日常訓(xùn)練，企圖用人機交互、構(gòu)造虛擬現(xiàn)實場景來實現(xiàn)對美國警察素質(zhì)的提升。一家名為VirTra，專門從事研究執(zhí)法、軍事和商業(yè)用途的武力訓(xùn)練模擬器、槍火模擬器的美國上市公司就設(shè)計出了一套專為警察定制的警員VR訓(xùn)練系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，警員們可以在虛擬的罪案現(xiàn)場中進行無次數(shù)限制的演練。目前VirTra公司的警用訓(xùn)練系統(tǒng)已經(jīng)被世界各地的200多個訓(xùn)練基地引進?？梢哉f，在將VR運用于警察的實戰(zhàn)培訓(xùn)領(lǐng)域，美國已經(jīng)走在了我們前面。

二、分析與發(fā)現(xiàn)

（一）傳統(tǒng)的公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)存在的內(nèi)在局限性

盡管全國的公安院校都打出了實戰(zhàn)化教學(xué)的牌子，但是具體落實在實訓(xùn)課程上卻出現(xiàn)了諸多難題：

1.實訓(xùn)課程所使用的儀器、試劑、器械等損耗大、成本高、污染多

學(xué)校為了提升實戰(zhàn)化教學(xué)的效果，不可避免的要為師生順利開展實戰(zhàn)化教學(xué)修建專門的、占地面積可觀的實戰(zhàn)化教學(xué)場地，而且在實訓(xùn)課中，師生經(jīng)常需要使用一定的儀器、試劑進行測量或者各類物理、化學(xué)實驗，就必然造成儀器的損壞或者試劑的損耗。尤其在偵查實驗中，部分化學(xué)試劑對人體還有一定潛在的風(fēng)險與危害，實驗使用的道具垃圾、產(chǎn)生的實驗廢棄品都對環(huán)境會造成一定污染。同時，大量使用諸如一次性的頭套、手套、鞋套以及提取痕跡、物證的工具或器皿、提取生物檢材的棉簽、紙袋，也是一種嚴(yán)重的資源浪費。

2.傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)方式效率低，師生之間信息交互存在失真

傳統(tǒng)的實戰(zhàn)化教學(xué)方式僅局限于“老師做，學(xué)生看”，或者干脆“粉筆+教案+黑板”，實踐案例往往只能通過音頻等資料展現(xiàn)，甚至全憑學(xué)生想象。這樣的教學(xué)方式使得學(xué)生對于理論知識的接收效率很低。除此之外，由于公安院校的實戰(zhàn)化教學(xué)不同于其他理論科目，師生之間的信息交互容易失真，學(xué)生對于如何在實踐中運用理論知識解決實際問題存在盲區(qū)，很難將理論知識與實踐操作相結(jié)合。

3.公安實踐工作的高危性決定了公安院校的實戰(zhàn)化教育不能“物盡其用”

公安實踐工作同大多數(shù)實踐工作一樣，都需要正確、完善的知識理論體系的指導(dǎo)。但由于公安實踐工作有危險性、超時性等特點、以及公安院校教育對于學(xué)員的保護性，決定了公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)跟其他教育實踐工作不同的是：雖然公安院校具備了較完善的專業(yè)知識理論體系，但是不能，也不敢讓學(xué)生在日常訓(xùn)練中完全跨越理論與實踐的鴻溝（尤其針對個別具有高危性的刑偵專業(yè)）。因此，公安院校在矢志不渝地大力發(fā)展實戰(zhàn)教育的同時，也不得不要面對公安工作理論體系與公安實踐工作之間這段尷尬的空白。

4.學(xué)生沒有實戰(zhàn)學(xué)習(xí)體驗

傳統(tǒng)的實戰(zhàn)化教學(xué)課堂往往由于各方面的因素?zé)o法向?qū)W生生動形象的展現(xiàn)，只能停留在課本上或者是進行一些簡單的操作以圖學(xué)生能夠管中窺豹。這樣略顯枯燥、生硬的教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生實戰(zhàn)學(xué)習(xí)體驗匱乏，很難提起學(xué)生主動學(xué)習(xí)探索的熱情，進而導(dǎo)致實戰(zhàn)化教學(xué)收效甚微以至于難以滿足公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)目標(biāo)。

由于上述各方面因素，某些公安院校的實戰(zhàn)化教學(xué)“有心無力”“名存實亡”。而正是由于傳統(tǒng)的公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)所表現(xiàn)出來的巨大內(nèi)在局限性，我們應(yīng)該通過創(chuàng)新改革實戰(zhàn)化教學(xué)的方式，或者改變實戰(zhàn)化教學(xué)的“載體”來幫助我們走出窘境?！案F則變、變則通”，如本文所描述，將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于公安院校，將會解決大部分痼疾，直擊傳統(tǒng)實戰(zhàn)化教學(xué)模式的痛點，必將能大大促進公安院校教育實戰(zhàn)化的發(fā)展建設(shè)，對公安院校培養(yǎng)高水平的應(yīng)用型、創(chuàng)新型、實戰(zhàn)型人才有著深遠的影響。

（二）國內(nèi)學(xué)者對于將VR運用于公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的設(shè)想

其實國內(nèi)已經(jīng)很多學(xué)者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)方式的弊病，并且將視線對準(zhǔn)了VR在公安教育中的應(yīng)用空白，深刻闡釋了VR虛擬技術(shù)應(yīng)用在創(chuàng)新改革公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)中的深遠意義。張婷在《VR技術(shù)在公安人才培養(yǎng)中的應(yīng)用研究》中提到：VR教學(xué)打破了傳統(tǒng)教學(xué)的思路和手段，優(yōu)化了教學(xué)資源，節(jié)約了師資、場地等成本，在教學(xué)效果上使學(xué)生獲得更多的參與感[3]，從多方面說明了VR虛擬技術(shù)相比于傳統(tǒng)教學(xué)方式的巨大優(yōu)勢。黃曉華、余志健在《VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其對警務(wù)技能實戰(zhàn)化教學(xué)方式的影響》中對VR在警務(wù)實戰(zhàn)化訓(xùn)練中的應(yīng)用做出了很高評價：實現(xiàn)“教、學(xué)、訓(xùn)、研”的有機結(jié)合，能有效克服傳統(tǒng)警務(wù)技能教學(xué)訓(xùn)練上的一些缺陷，大大降低訓(xùn)練風(fēng)險和訓(xùn)練成本，提高相關(guān)技能的實戰(zhàn)化效果，從教學(xué)機制上回答了“該不該用VR”這個先導(dǎo)問題。張顏華在《VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)對提高公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的運用研究》中更是明確表態(tài)：通過對公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)改革進行研究，以及根據(jù)VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特性，我們認為 VR技術(shù)在公安專業(yè)日常教學(xué)中的應(yīng)用必將提高教學(xué)的實戰(zhàn)化水平。

在查閱大量文獻資料之后我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)今界內(nèi)大多數(shù)學(xué)者對于“在公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)中運用VR”普遍持贊成態(tài)度，但大部分研究僅僅停留在理論層次去探討方案的可行性，并未拿出完整的市場調(diào)研報告。在解決“該不該用”VR的問題之后，本文將重心轉(zhuǎn)向“怎么用VR”這個具有建設(shè)性、決定性的問題上面來。

三、研究設(shè)計

基于上述研究缺陷，我們進行廣泛而深入的市場調(diào)研，并選擇數(shù)十家從事VR教育設(shè)計的公司進行了深入的交流咨詢，從系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)、軟件設(shè)計、硬件選擇等方面嘗試去構(gòu)建一個可以實現(xiàn)的、可以廣泛運用于公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的VR實訓(xùn)系統(tǒng)解決方案（以下簡稱為VR教學(xué)平臺）。

（一）公安院校VR教學(xué)平臺的功能

在充分了解公安院校的實戰(zhàn)化教學(xué)課程、師生對于VR教學(xué)平臺的需求和正常運行實訓(xùn)平臺對日常維護管理的要求之后，我們將實訓(xùn)平臺按照功能和使用者需求分成學(xué)生、教師和管理員三個模塊。（如圖1）

1.學(xué)生模塊

參與實戰(zhàn)化課程的學(xué)生對于VR教學(xué)平臺最大的期待和需求就是以不同于傳統(tǒng)教學(xué)方式的全新方式呈現(xiàn)的實訓(xùn)課程。因此，我們將包括模擬射擊、犯罪現(xiàn)場勘查、物質(zhì)痕跡提取、應(yīng)急處突、人質(zhì)解救、爆炸物拆除等具有廣泛實用性的實戰(zhàn)化課程嵌入實訓(xùn)平臺。又為了優(yōu)化學(xué)生的參與感和還原實際情況，我們增添了可以實現(xiàn)單人或者多人協(xié)作的功能。根據(jù)硬件的支持能力，最多可以實現(xiàn)容納2-6人的，具備多人交互能力的虛擬現(xiàn)實實戰(zhàn)教學(xué)，以求最大程度地融入實戰(zhàn)、貼近實戰(zhàn)、服務(wù)實戰(zhàn)。

除此之外，我們還增添了成績查詢功能，以便于學(xué)生可以通過智能手機遠程終端進行成績查詢的操作。

2.教師模塊

為適應(yīng)教師使用傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的使用習(xí)慣、方便教師的班級管理以及滿足教師對課程教學(xué)的需求，我們設(shè)計了班級管理、課堂協(xié)作、課程管理、考試管理等四大內(nèi)容。在“班級管理”選項卡中，教師可以進行學(xué)生的添加或者刪除、討論的發(fā)起等操作;在“課堂協(xié)作”選項卡中，教師可以進入課堂中正在進行的虛擬現(xiàn)實中，并作為擁有上帝視角的第三方協(xié)作者進行觀看、發(fā)言等;在“課程管理”選項卡中，教師可以實現(xiàn)對真實案例音頻的修改、重命名、刪除以及發(fā)布;在“考試管理”選項卡中，教師可以進行考試的創(chuàng)建、考試場景的導(dǎo)入以及閱卷等操作。

3.管理者模塊

為了保證實訓(xùn)平臺的正常運行和日常維護，我們在系統(tǒng)中嵌入了管理者模塊。管理者可以通過使用管理者密鑰實現(xiàn)對學(xué)生、教師模塊內(nèi)容的修改、系統(tǒng)功能修復(fù)、平臺維護以及對系統(tǒng)實時信息的宏觀管理。

（二）公安院校VR教學(xué)平臺的軟件開發(fā)設(shè)計

本文所提出的VR教學(xué)平臺是基于C#語言、Unity3D等平臺進行腳本的設(shè)計與開發(fā)。通過Unity3D創(chuàng)建教學(xué)所用應(yīng)用場景，并由手機客戶端和云數(shù)據(jù)平臺組成分享平臺。軟件開發(fā)設(shè)計流程如下：

1.腳本創(chuàng)作平臺

（1）總體構(gòu)思。采取還原現(xiàn)實偵查案例或原創(chuàng)偵查場景兩種方式進行建模的整體架構(gòu)和細節(jié)設(shè)計，根據(jù)公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的目的對模型進行宏觀把控。

（2）制作場景圖。根據(jù)不同真實案例或者構(gòu)思好的場景制作示意圖，設(shè)計師可用草圖或草模表現(xiàn)場景后輸出場景示意圖。

（3）制作3D模型。3D模型師根據(jù)場景示意圖和采集到的人物信息進行建模并輸出3D模型。3D模型將最大程度還原現(xiàn)實場景、事件過程和人物動作。

（4）交互制作。設(shè)計師制作交互動畫以及VR里的2D界面輸出交互動畫PNG（一種采用無損壓縮算法的位圖格式）序列。其中的2D界面切圖應(yīng)當(dāng)結(jié)合公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)目的、學(xué)生學(xué)習(xí)所需和實際勘查過程，全面考慮變化因素，貼合實戰(zhàn)化教學(xué)需求。

（5）開展3D圖像渲染。要想實現(xiàn)映射的人物模型在VR虛擬現(xiàn)實里動作，就需要對使用者進行3D模型實時渲染?？衫脭z像機捕捉人在場景里的各種動作與位移，通過標(biāo)記點、傳感器或者手柄來捕捉手部動作。這一過程需要程序員在編寫代碼時對人的各種行為進行判斷，才能做到真實而全面具體。

（6）測試修改。程序員設(shè)計師進入虛擬引擎中編寫代碼邏輯，實現(xiàn)與模型交互，并進行多次測試與修改。

2.平臺分享

分享平臺，由手機客戶端和云數(shù)據(jù)平臺組成，主要作為建模完成之后成品的數(shù)據(jù)庫以及分享。該平臺能讓教師和學(xué)生通過手機終端線上共享資源，如教學(xué)課程視頻、歷史影像回放等。

（三）公安院校VR教學(xué)平臺的硬件支持和搭建方案

虛擬現(xiàn)實硬件指的是與虛擬現(xiàn)實技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)的硬件產(chǎn)品。以目前的科技手段要想構(gòu)建完整的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，最少需要建模設(shè)備（3D掃描儀等）、三維視覺顯示器（包括頭顯以及3D展示系統(tǒng)）、聲音設(shè)備和交互設(shè)備（如位置追蹤儀、3D輸入設(shè)備、動作捕捉設(shè)備等其他交互裝置）四類設(shè)備。由于公安院校實戰(zhàn)教學(xué)囊括了較為復(fù)雜的肢體動作和場景地形，要想實現(xiàn)事件場景和人物動作的最大程度地還原，構(gòu)建和支撐軟件的硬件設(shè)備就需要滿足極高的要求。

例如要想還原一個真實的人質(zhì)解救案例，就需要將現(xiàn)實中使用者的行為動作能夠零延遲、零損耗地映射于虛擬現(xiàn)實場景中的人物模型。這就需要多臺高精度、高分辨率以及超高幀數(shù)的光學(xué)動作捕捉相機實現(xiàn)對使用者身上的三維反光標(biāo)記點的高精度的動態(tài)捕捉，配合三維動作捕捉定位跟蹤軟件和三維動作捕捉姿態(tài)分析軟件，實現(xiàn)對現(xiàn)實運動物體的定位與跟蹤，進而映射于人物模型。這種較為復(fù)雜、成本更加高昂、對硬件要求更高的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)被稱為“ART動作捕捉技術(shù)”。我們進行多次市場調(diào)研，以及對數(shù)十家公司進行技術(shù)參數(shù)比較之后，擬選擇深圳市瑞立視多媒體科技有限公司的“大空間多人交互虛擬現(xiàn)實技術(shù)”和其完全自主研發(fā)的REALIS光學(xué)捕捉相機作為公安院校VR教學(xué)平臺的技術(shù)支撐。具體搭建方案如圖2所示。

如圖，一個六邊形代表一臺REALIS光學(xué)捕捉相機，內(nèi)矩形中任意一點都可以同時被3臺相機捕捉。在搭建一個這樣的空間之后，需要包括VR背包電腦、VR頭顯、手部交互套件、背包電腦交互套件、腳部交互套件和Touch 交互套件等各種交互套件在內(nèi)的硬件設(shè)備作為人機互動的媒介，通過數(shù)字交換機與動作捕捉軟件和VR內(nèi)容運行主機進行聯(lián)動，最終將使用者的行為動作切實地映射在虛擬現(xiàn)實場景中對應(yīng)的人物模型上，實現(xiàn)全沉浸式的感官體驗。

（四）公安院校VR教學(xué)平臺的技術(shù)特點

1.空間可擴展

大空間多人交互虛擬現(xiàn)實中的場景尺寸根據(jù)現(xiàn)實空間1：1設(shè)計。理論上只要給使用者的活動空間有多大，虛擬現(xiàn)實的場景就可以做多大，且可以做到不同場景疊加、切換。在一些公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)課程中中，往往需要借助復(fù)雜的建筑地形，勢必要耗費大量人力物力資源，而大空間多人交互虛擬現(xiàn)實技術(shù)的空間可擴展性特點可以充分克服這個問題。

2.肢體動作捕捉

要想將VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)相結(jié)合，就要將使用者的肢體動作以較低的延遲映射到虛擬人物上，需要虛擬與現(xiàn)實的動作完成有高度的一致性。而公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)項目包含有較多復(fù)雜肢體動作，因此對VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的動作捕捉設(shè)備提出了更高的要求。而深圳市瑞立視多媒體科技有限公司以擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的光學(xué)空間定位動作捕捉系統(tǒng)為核心，打破了美國、歐洲在動作捕捉領(lǐng)域多年的技術(shù)壟斷地位。通過實時捕捉使用者身上的標(biāo)記點的動作，將使用者實時代入虛擬現(xiàn)實場景內(nèi)，并實現(xiàn)了零延遲、零損耗的映射人物動作，以及1：1的場景與人物的虛實互動。

3.可多人互動

鍛煉多人協(xié)作配合、磨練團隊之間的默契是公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)的重要科目之一。而大空間多人交互虛擬技術(shù)，顧名思義就是一種可以支持多人同時處于同一虛擬場景中并進行互動的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，彼此可以看到對方映射在虛擬場景中人物模型?！岸嗳嘶印惫δ埽o將來VR虛擬技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用創(chuàng)造了更多的想象空間。

（五）風(fēng)險評估

1.程序風(fēng)險

由于程序編寫、Unity3D創(chuàng)建模型期間所需數(shù)據(jù)較為龐大，對承載ART動作捕捉技術(shù)的主機要求很高，程序系統(tǒng)可能不穩(wěn)定，需解決承載軟件的硬件設(shè)備性能問題和存儲空間問題。

2.數(shù)據(jù)資料風(fēng)險

由于相應(yīng)教學(xué)資料例如爆炸物拆除、物質(zhì)痕跡檢驗、犯罪現(xiàn)場勘查、應(yīng)急處突等事件場景的3D建模所需資料屬于公安機關(guān)內(nèi)部資源，在與外企進行合作時容易將其泄露。因此在選擇合作公司時需要對公司進行政治審核，以及對建模所需的數(shù)據(jù)資料進行安全防護。

（六）項目成本與市場前景

1.項目成本

由于傳統(tǒng)的“粉筆+教案+黑板”形式的實戰(zhàn)化教學(xué)早呈夕陽之勢，國內(nèi)各個高校已經(jīng)開始嘗試、探索VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域中的運用，VR教育市場方興未艾，可謂正值魚龍混雜之際。經(jīng)深入市場調(diào)查，現(xiàn)階段國內(nèi)一套VR實訓(xùn)系統(tǒng)的價格多為10萬元到50萬元，其中與公安院?，F(xiàn)場勘查教學(xué)要求相匹配的多在50萬元以上，而想要構(gòu)建一個類似于“大空間多人交互虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)解決方案”這樣的大型ART動作捕捉系統(tǒng)要想完整建立、并投入正常使用更是臻至百萬級別。

2.市場前景

隨著我國社會主義現(xiàn)代化進程的不斷推進和國內(nèi)經(jīng)濟的迅速騰飛，各式各樣的犯罪也隨之滋生。這是對一線公安隊伍的嚴(yán)峻考驗，同時也對公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)、更嚴(yán)的要求。因此創(chuàng)新改革公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)方式具有重要性、緊迫性。在各大公安院校積極探索創(chuàng)新實戰(zhàn)化教學(xué)方式的同時，必將會刺激國內(nèi)VR教育市場，改變現(xiàn)有的供求關(guān)系。所以可以預(yù)見的是，未來的VR教育市場將會迎來持續(xù)蓬勃發(fā)展的機會。

（七）改進建議

在不斷深入市場調(diào)研的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，不管是已經(jīng)結(jié)合VR虛擬技術(shù)和AR增強現(xiàn)實技術(shù)的“zSpace桌面式混合現(xiàn)實技術(shù)”，還是適合大型模擬訓(xùn)練的“CAVE洞穴式虛擬現(xiàn)實投影技術(shù)”，以及本文所提到的“ART動作捕捉技術(shù)”，盡管都能夠在一定程度模糊虛擬與現(xiàn)實的界限，但是仍然有以下幾點缺陷：

一是腳本設(shè)計粗糙，軟件中對于場景和人物的建模不夠真實。

二是缺乏專業(yè)性而更偏向游戲化，并未緊貼公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)特征。

三是腳本設(shè)計成本以及硬件成本高昂。

四是日常保養(yǎng)、維護的耗資大、時間長。

因此要想使VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在全國公安院校內(nèi)推廣，建議企業(yè)仍需積極進行技術(shù)攻關(guān)，克服軟硬件技術(shù)缺陷;展開國內(nèi)企業(yè)聯(lián)動合作，加強對外交流，學(xué)習(xí)國外領(lǐng)先技術(shù)的同時降低設(shè)備成本;推進技術(shù)創(chuàng)新，提高設(shè)備產(chǎn)能，進而增強企業(yè)的核心競爭力。

四、研究價值

（一）從公安院校的教育建設(shè)層面上

1.有利于形成學(xué)校的辦學(xué)特色

VR虛擬全景技術(shù)在我國教育領(lǐng)域上有巨大的應(yīng)用空間和前景，且VR在我國范圍內(nèi)學(xué)校教育的普及面非常之狹窄。鑒于此，若公安院校能夠購置VR設(shè)備和資源以裝備VR應(yīng)用場景，不僅可以提升教育教學(xué)質(zhì)量，而且勢必會成為該學(xué)校的辦學(xué)特色以此來吸引更多師生資源和教育投資，達到擴大競爭優(yōu)勢、推進公安院校教育建設(shè)的目的。

2.有利于推動公安院校實戰(zhàn)化教學(xué)信息化、數(shù)字化

從目前狀況來看，全國大部分院校已開始開展各種“互聯(lián)網(wǎng)+”全新教育模式的嘗試，公安院校也應(yīng)積極順應(yīng)時代潮流，推廣公安院校信息化數(shù)字化。但是，當(dāng)下高校對于“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”新模式的應(yīng)用十分膚淺，大部分只是改變了學(xué)生與老師、學(xué)生與理論知識交互的載體，并未深層次地發(fā)掘其潛力。而且公安院校是針對基層一線的需要來培養(yǎng)專門人才，教學(xué)方式不同于其他普通院校。因此在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下，公安院校的實戰(zhàn)化教學(xué)受到了前所未有的挑戰(zhàn)。但這同時更是公安教育改革的重大機遇。以此項目為契機，打破公安院校傳統(tǒng)實戰(zhàn)化教學(xué)方式，利用數(shù)字化、信息化教學(xué)，全面提高公安院校實戰(zhàn)化辦學(xué)水平、公安院校學(xué)生實戰(zhàn)化水平，勢必會對公安院校培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才產(chǎn)生長遠的影響。

3.有利于加強校際的交流與合作

加強校際之間的交流和合作其實是在間接地推動公安院校VR教育模式的發(fā)展建設(shè)。我國公安院校的辦學(xué)最終目標(biāo)始終是一致的，都是為了培養(yǎng)公安領(lǐng)域的專業(yè)人才。校際之間的交流合作無疑會大大提升VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在全國公安院校內(nèi)的應(yīng)用范圍，從而使學(xué)生更好的接受VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶來的全新實戰(zhàn)學(xué)習(xí)體驗，最終提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，為公安事業(yè)輸送更多具有相當(dāng)實戰(zhàn)經(jīng)驗的實戰(zhàn)化應(yīng)用型人才。

4.有利于加強校企合作，打破公安院校相對封閉的教學(xué)環(huán)境

公安院校警務(wù)化管理模式使得教育形式過于單一。我們希望能夠借此契機打破壁壘，加強校企合作，將專業(yè)科學(xué)技術(shù)引入公安院校，使得公安院校學(xué)生能夠更好地理解社會，融入社會，加強對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的理解與適用，為以后順應(yīng)信息時代的浪潮，在工作中運用創(chuàng)新創(chuàng)造思維打下良好的基礎(chǔ)。

（二）從公安院校的教育實踐方面

1.貫徹了以人為本的教育理念

在如今的教育領(lǐng)域中，仍存在“趕鴨子上架式”的教育——不考慮學(xué)生能不能接受而只是“一刀切”地灌輸。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生的接受程度是衡量教育優(yōu)劣的標(biāo)尺。公安院校實戰(zhàn)化教育對我國未來人民警察的素質(zhì)有著直接的影響，所以貫徹“以人為本”的教育理念，了解學(xué)生需要什么、怎么學(xué)效率更高是公安院校教育永恒不變的課題。本課題研究小組對處在全國不同的地域的三所公安院校（中國人民公安大學(xué)、中國刑事警察學(xué)院、南京森林警察學(xué)院）投放200份調(diào)查問卷，最終回收185份，統(tǒng)計圖表如圖3、圖4。

在“接受知識最快的實戰(zhàn)化教學(xué)方式”這一項目中，有87%的受調(diào)查者認為將VR運用在實戰(zhàn)化教學(xué)中是對知識接受最快的一種教學(xué)方式;在“你認為當(dāng)下實戰(zhàn)化教學(xué)中有何缺陷”這一項目中，94%的學(xué)生認為在當(dāng)下的實戰(zhàn)化課程中對細節(jié)不能完全理解。由此看來，本文所提出的“將VR虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)運用于公安院校實戰(zhàn)化課程”不僅符合學(xué)生心理，更是學(xué)生所理想的實戰(zhàn)化教學(xué)方式。

2.有利于提高公安院校學(xué)生學(xué)習(xí)的效率

傳統(tǒng)的實戰(zhàn)化教學(xué)或許能將學(xué)生從枯燥的課堂引出，但人力有時而窮，一些較為抽象的案例依然要靠教師口頭闡述，學(xué)生依此想象。不可置否，這種靠“想象”的授課方式達不到理想的教學(xué)目的。而利用本文所提出的VR教學(xué)平臺可以讓使用者不容易在他們所處的現(xiàn)實物理環(huán)境中分心。對于學(xué)生來說，生動翔實、真實有趣的課堂遠比原本枯燥的課堂容易接受，而VR的沉浸式特性意味著學(xué)生可以全身心的、充滿興趣的投入到學(xué)習(xí)中去。這也就意味著學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)主動性會數(shù)以倍計的提高。

3.有利于解決公安院校實訓(xùn)課程中資源浪費等問題

在虛擬現(xiàn)實場景中所使用的儀器、試劑、器械等都只是3D模型，可以不受次數(shù)限制的重復(fù)使用，避免了現(xiàn)實中的資源浪費。相比于傳統(tǒng)的實物教學(xué)，極大地節(jié)約了教學(xué)資源，從而形成良性循環(huán)。

4.有利于提高學(xué)生心理素質(zhì)

黃曉華、余志健認為：VR虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的使用者可以通過操作傳感裝置做出或選擇相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)動作，體驗不同的作戰(zhàn)效果，進而像參加實戰(zhàn)一樣鍛煉和提高反應(yīng)能力和心理承受力。由于ART動作捕捉技術(shù)帶來的極度逼真、沉浸的感官效果，公安院校師生可以通過在日常訓(xùn)練中無次數(shù)限制的、全無顧忌地使用各種戰(zhàn)術(shù)動作，鍛煉對敵的心理耐受能力、心理抗壓能力、臨場應(yīng)變反應(yīng)能力，進而全面提升學(xué)生的心理素質(zhì)。

5.有利于提升公安院校的教育、研究水平

公安院校的教師和學(xué)生可以通過VR虛擬全景技術(shù)可以了解到原來看不到的、被稀釋的場景細節(jié)。最直觀的表現(xiàn)是VR技術(shù)在犯罪現(xiàn)場分析教學(xué)中的應(yīng)用。借助計算機通過VR技術(shù)模擬、還原并建立犯罪現(xiàn)場，老師和學(xué)生可以利用VR頭顯等視覺系統(tǒng)媒介對平臺上所構(gòu)建的犯罪現(xiàn)場內(nèi)的場所、尸體、痕跡、物品等進行詳實的勘查，不僅能規(guī)范學(xué)生的現(xiàn)場勘探操作，更能夠觸及到以往無法或者很難觸及到的細節(jié)，讓教育、研究更加深入。對公安院校培養(yǎng)高水平實戰(zhàn)型人才勢必會產(chǎn)生深遠的積極影響。

五、研究小結(jié)

在2015年全國公安工作會議上，習(xí)近平總書記提出了“政治建警”“改革強警”“科技興警”“從嚴(yán)治警”十六字總方針，奠定了全國公安工作的總基調(diào)。按照習(xí)近平總書記指明的方向和要求，全國的公安院校也必須要將“科技興警”作為重大戰(zhàn)略部署強力推進，始終堅持科技引領(lǐng)和創(chuàng)新驅(qū)動，將“科技興警”落實到辦學(xué)治校的全過程。

公安院校作為一線公安隊伍的人才儲備基地，需要把握公安隊伍素質(zhì)和戰(zhàn)斗力提升的新要求，在日常訓(xùn)練中要打破傳統(tǒng)觀念桎梏，堅持科技創(chuàng)新，在看到VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)的實戰(zhàn)化教學(xué)相比中無可比擬的巨大優(yōu)勢時，應(yīng)該緊扣時代主題，牢牢把握時代機遇，把握大勢，搶占先機，堅固樹立公安院校品牌特色，矢志打造公安院校核心競爭力，強化對全國一線公安隊伍實戰(zhàn)化應(yīng)用型人才的供給能力，為維護國家安全和社會穩(wěn)定做出應(yīng)有的貢獻。

參考文獻：

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