虛擬現(xiàn)實技術在校園消防實訓中的應用分析

胡 國 進

(南昌師范學院物理與電子信息學院，330032，南昌)

0 引言

校園消防安全事關師生的人身安全和財產(chǎn)安全，由于校園消防安全具有人員密集、涉及領域廣等特點，一直是各級政府和廣大群眾十分關注的事情[1-3]。校園消防是校園安全管理中的重要環(huán)節(jié)，也是校園安全的重中之重。最近幾年，教育部每年都對部屬院校的實驗室安全進行抽查；江西省教育廳都組織相關專家進駐各高校檢查校園實驗室安全，排除學校實驗室安全存在的隱患，最大限度地防止校園消防安全事故的發(fā)生。此外，校園消防也是社會綜合治理的一個重要內(nèi)容之一，各級政法機關都將其作為社會綜合治理的檢查內(nèi)容。要消除校園消防安全事故，開展必要的校園消防演練實訓是一個重要的辦法。通過解決校園消防實訓中的難點、堵點，可以更好地保障師生的生命財產(chǎn)安全，為學校管理服務，實現(xiàn)學校管理與科研的有機融合。但是，要開展校園消防演練實訓，需要投入大量的人力物力，本身也存在一定的危險性。因此，校園消防演練實訓很難做到常態(tài)化，難以保障演練實訓的時效性。最近幾年來，隨著虛擬現(xiàn)實(簡稱VR)技術的快速發(fā)展，發(fā)現(xiàn)利用VR技術開展校園消防演練實訓，可以在很大程度上滿足校園消防演練實訓的需要，讓師生掌握必要的消防安全常識以及處理校園消防安全的方法，培養(yǎng)師生學會自我保護，遠離校園消防危險及良好的應急心態(tài)[4-6]。開展校園消防VR演練實訓是深入推進數(shù)字經(jīng)濟做優(yōu)做強“一號發(fā)展工程”和深入貫徹習近平總書記視察江西重要講話精神、服務江西地方經(jīng)濟社會發(fā)展的具體行動。對于保障校園消防安全、促進VR技術的應用和服務南昌和江西地方經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的意義。本文著重探討開展校園消防VR演練實訓的必要性和可行性。

1 開展校園消防VR實訓的必要性

開展校園消防VR實訓是常規(guī)校園消防演練實訓的升級，可以讓師生掌握必要的消防安全常識以及處理校園消防安全的方法，培養(yǎng)師生學會自我保護，遠離校園消防危險及良好的應急心態(tài)。因此，開展校園消防VR實訓有其必要性和科學性，具有很多常規(guī)校園消防演練實訓沒有的優(yōu)勢，有一定的必要性。

1.1 校園消防責任重大

校園消防安全具有人員密集、涉及領域廣等特點，盡管各級政府和廣大群眾都十分關注校園消防安全，但是，校園消防安全事故仍然時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，截止2019年，全國共有各級各類學校53.01萬所，在校生2.82億人，教師1 732.03萬人；另有幼兒園28.12萬所，在園幼兒4 713.88萬人；在校人數(shù)約占人國人口的近30%。共計81.13萬所學校，以每所學校每年5 000～10 000元的消防實訓經(jīng)費計算，約需40～80億相關經(jīng)費。使用VR技術一次性投入，常年受益，且投入經(jīng)費遠少于常規(guī)消防實訓費用。校園消防肩負著師生生命安全，責任重大，如何保障校園消防安全就顯得尤為重要，通過消防實訓提高師生消防技能和知識水平是提高校園消防安全的重要途徑之一。教育部和省委省政府高度重視校園消防工作，將其列為校園安全檢查的重要內(nèi)容之一，教育部每年對部屬院校的實驗室安全進行抽查；江西省教育廳每年組織相關專家進駐各高校檢查校園實驗室安全，排除學校實驗室安全可能存在的隱患，將實驗室安全事故消滅在萌芽狀態(tài)[1]。據(jù)統(tǒng)計，最近幾年江西省都沒有發(fā)生一起重大的校園安全事故。

1.2 降低消防演練危險性

消防實訓可在很大程度上提高師生的校園消防安全意識，對消除校園消防安全隱患具有重要的作用。但是，進行校園消防演練本身就不是一件容易的事情。除了成本高、涉及人員廣泛以外，校園消防演練也存在一定的危險性。而這些危險都有可能導致非常嚴重的校園消防安全事故，給師生的生命財產(chǎn)安全帶來嚴重危險。VR技術的應用，可實現(xiàn)校園消防實訓的虛擬化，使參加學習的學生如身臨其境；盡管在消防演練實訓過程中會出現(xiàn)各種虛擬的危險情況，但虛擬現(xiàn)實終歸是虛的，無實際危險，無環(huán)境污染，不會產(chǎn)生任何實際的危險和污染；與常規(guī)的消防演練實訓相比，VR消防演練實訓更加安全，科目更齊全，感受也一樣真實。

1.3 普及消防演練實訓

校園消防安全是一項特殊的技能，通過常規(guī)的技能傳授和消防安全宣傳難以達到消防演練實訓的作用。但是，校園消防演練除了成本高、具有一定的危險性以外，還需要演練人員在同一時間進行演練。這些因素在很大程度上限制了校園消防演練的普及性。將VR技術應用于校園消防實訓在很大程度上可以克服常規(guī)校園消防演練帶來的弊端，利用學?，F(xiàn)有的現(xiàn)代教育技術設備加上必需的VR輔助設備，即可面向全校師生實現(xiàn)校園消防實訓的虛擬現(xiàn)實化。通過虛擬的消防演練，師生能真實感受火災現(xiàn)場氣氛，在沒有任何危險的情況下，幫助師生學習在火災中自救、逃生、正確使用消防設施、尋求幫助的方法和技能。VR校園消防演練實訓不僅可以將常規(guī)校園消防演練實訓中無法還原的災難場景進行高精度模擬，使師生有身臨其境的感覺，在實訓的同時做到寓教于樂，提高師生的學習興趣和實訓效果。還可以在不發(fā)生任何危險的情況下，降低演練實訓的成本和人力支出，為普及消防演練實訓提供了可能。

1.4 有助于服務地方社會經(jīng)濟發(fā)展

VR產(chǎn)業(yè)是數(shù)字經(jīng)濟的組成部分之一，發(fā)展VR產(chǎn)業(yè)也是發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟的重要舉措之一。最近幾年來，江西省委省政府高度重視VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，連續(xù)4年在南昌舉辦世界VR大會。2022年1月30日，在《關于深入推進數(shù)字經(jīng)濟做優(yōu)做強“一號發(fā)展工程”的意見》(贛發(fā)[2022]4號文件)中江西省委省政府明確提出“統(tǒng)籌推進南昌VR、鷹潭智慧、上饒大數(shù)據(jù)等數(shù)字經(jīng)濟領域特色科創(chuàng)城建設”、重點打造“智慧交通”“VR+教育”“VR+培訓”“VR+醫(yī)療”等具體應用場景。開展校園消防VR實訓是統(tǒng)籌推進南昌VR科創(chuàng)城建設、打造VR之都的重要內(nèi)容之一；是深入推進數(shù)字經(jīng)濟做優(yōu)做強“一號發(fā)展工程”，是深入貫徹習近平總書記視察江西重要講話精神、服務江西地方經(jīng)濟社會發(fā)展的具體行動。開展校園消防VR實訓既可以提升校園消防實訓的技術含量和安全，反過來又可以促進VR技術的進一步發(fā)展，對于服務南昌和江西的地方社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。

2 開展校園消防VR實訓的可行性

開展校園消防VR實訓不僅具有必要性，而且由于政府重視、技術成熟等因素，具有現(xiàn)實可行性。具體而言，主要有以下4點。

2.1 VR具有趣味性

現(xiàn)有的VR都具有聲音渲染和力觸覺渲染功能，聲音渲染就是通過三維虛擬聲音將聲音圍繞在聽者雙耳的一個球形中的任何地方，使聽者感到聲音來自多個方位，產(chǎn)生與眾不同的聽覺效果。南昌力觸覺渲染使用戶在虛擬環(huán)境中能夠感知到虛擬對象接觸表面的幾何外形、紋理、硬度、溫度等物理信息。反過來，力觸覺渲染還使用戶在與虛擬環(huán)境進行交互的過程中，給用戶一定的力的反饋，從而使得用戶產(chǎn)生“真實摸到實物”的感覺。運用VR技術進行消防實訓，能實現(xiàn)校園消防實訓的多樣化，使校園消防實訓更真實，更具知識性、趣味性、科技性，在減少實訓危險和降低實訓成本的同時，達到甚至超過常規(guī)實訓的效果。

2.2 VR技術成熟

VR技術是利用計算機技術建立一個包含實時信息、三維靜態(tài)圖像或者運動物體的完全仿真的虛擬空間，在這個虛擬空間里，用戶可以在其中按照一定的規(guī)則和虛擬的信息進行交互。自從1958年誕生了第1臺VR模型以來，直到20世紀70年代，美國國家航空航天局將自行研發(fā)的虛擬現(xiàn)實設備正式運用到航天領域中，VR才開始正式得到實際應用。此后，隨著個人計算機的廣泛應用，VR的研究得到極大的發(fā)展。1984年VPL Research公司推出了世界上第1臺面向市場的VR頭顯設備。由于價格高達10萬美元，導致這款頭顯設備沒有得到廣泛應用[4]。近十幾年來，隨著半導體等技術的成熟，許多科技公司紛紛推出各種VR相關的軟件和硬件設備，VR技術在軍情訓煉、教育、醫(yī)療、娛樂等相關領域已經(jīng)得到了廣泛的應用，并逐漸進入普通民眾的生活和工作中。

我國VR技術研究雖然起步晚，與歐美發(fā)達國家相比還存在較大的差距，但是由于國家和研究人員的高度重視，VR技術最近幾年在國內(nèi)也得到極快的發(fā)展，一大批高校和企業(yè)開始研發(fā)相關的技術和硬件裝備，逐漸縮小了與歐美發(fā)達國家之間的技術差距。清華大學采用QuickTime技術，實現(xiàn)了大全景的VR系統(tǒng)。浙江大學則研制出在虛擬環(huán)境中進行快速漫游的算法和遞進網(wǎng)格的快速生成算法。自從2016年推出第1款自主研制的VR頭盔后，“HTC威愛教育”公司在此后不久又推出了第2款自主研制的VR頭盔和大量的VR軟件設備，對促進VR技術發(fā)展、縮小與歐美發(fā)達國家之間的技術差距起到了重要作用。自從舉辦第1屆世界VR大會以來，不少VR企業(yè)落戶南昌，使得南昌的VR產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，相關的VR技術也逐漸成熟，完全能夠滿足校園消防VR實訓的需求。

2.3 政府高度重視

自從2016年VR元年以來，我國各級政府高度重視VR產(chǎn)業(yè)。教育部早在2017年7月就發(fā)布了《教育部辦公廳關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》。要求2020年以前在普通本科高等學校開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設[5]。目前虛擬仿真實驗教學在全國得到了廣泛的應用，不少高校都開始了虛擬仿真實驗教學。為進一步提升江西省高校服務VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的能力，江西省教育廳于2019年5月印發(fā)了《江西省教育廳關于加快推進虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案(2019—2023)》。強調(diào)到2023年，要構建起全省高校VR領域人才培養(yǎng)體系，轉化應用VR領域科技成果，奮力打造VR人才聚集“江西高地”[5]。最近幾年，江西省工信廳和科技廳在VR產(chǎn)業(yè)也投入了大量的資金，引導省內(nèi)高校和企業(yè)進行VR技術的相關研究和硬件設備生產(chǎn)。校園消防是政府最為重視的安全，因此與當前的VR技術結合。VR技術的使用，有利于年輕學生積極參與校園消防實訓的學習；VR的虛擬性有利于提高校園實驗室等危險環(huán)境的模擬，增強師生的體驗；VR技術的使用有利于降低校園消防實訓的實際支出，改進為VR消防實訓其費用將降低50%以上，而且可反復使用；VR虛擬現(xiàn)實技術的應用，使消防實訓變身為綠色消防實訓。

2.4 VR消防實訓前景廣闊

盡管VR技術在軍情訓煉、教育、醫(yī)療、娛樂等相關領域得到了廣泛的應用，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展起到了推動作用。但是VR技術應用于消防實訓等公益性事業(yè)卻仍不多見，而學校消防教育又是學校教育的重要組成部分，對校園安全和廣大師生的生命安全有著極其重要的影響。無論從學校消防教育的長期性和學校消防教育培訓的可行性來看，開展VR校園消防實訓都具有非常大的空間，是科技服務教育，利國利民之事。因此，利用VR技術開展校園消防實訓既可以促進VR技術自身的發(fā)展，也將推動最新技術對地方經(jīng)濟社會的發(fā)展，值得大力推廣。

3 小結

VR技術是21世紀的一項重要技術，在國民經(jīng)濟社會發(fā)展中具有重要的應用研究。將VR技術應用校園消防實訓是VR技術的一個重要應用領域，必將極大地推動我國的VR發(fā)展和校園消防安全教育，對保障廣大師生的生命財產(chǎn)安全和學校安全具有重大意義。本文根據(jù)VR技術的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了利用VR技術開展校園消防實訓的必要性和可行性。綜合而言，在各級各類學校開展VR校園消防實訓是值得大力推廣的事情。