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      VR技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害科普教育中的應(yīng)用與思考

      2024-12-31 00:00:00劉宇利
      現(xiàn)代鹽化工 2024年5期
      關(guān)鍵詞:防災(zāi)減災(zāi)虛擬現(xiàn)實(shí)

      摘要:我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家。隨著社會(huì)的發(fā)展,面對(duì)嚴(yán)峻的地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)以及公眾對(duì)科普宣傳的新需求,從國(guó)內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害科普情況分析出發(fā),探索VR+地質(zhì)災(zāi)害科普教育的優(yōu)勢(shì),以滑坡為例進(jìn)行了地質(zhì)災(zāi)害VR虛擬現(xiàn)實(shí)情景設(shè)計(jì),總結(jié)出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害科普宣傳中的推廣價(jià)值與存在的問(wèn)題。

      關(guān)鍵詞:VR技術(shù);地質(zhì)災(zāi)害;科普教育我國(guó)是地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家,據(jù)災(zāi)情通報(bào)顯示,2019年全國(guó)共發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害6 181起,其中滑坡4 220起、崩塌1 238起、泥石流599起,造成13人失蹤、75人受傷,直接經(jīng)濟(jì)損失27.7億元。由此可見(jiàn),地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。通過(guò)對(duì)在校大學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),有較大一部分學(xué)生對(duì)崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害前兆識(shí)別、逃生方法、遇險(xiǎn)求救并不太清楚,對(duì)地震前兆和避災(zāi)逃生方法僅能說(shuō)出一二。由此可見(jiàn)我國(guó)當(dāng)前對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的安全教育效果并不理想。在新聞報(bào)道中,因避險(xiǎn)不及或施救不當(dāng)所致死人員增多的新聞屢見(jiàn)不鮮。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展往往是一個(gè)過(guò)程,地質(zhì)災(zāi)害在微觀上也具有群發(fā)性特征,一塊危巖的掉落,往往會(huì)造成旁邊的或者上方的危巖穩(wěn)定性減弱;一條支溝的泥石流沖出,往往帶入大量的物源進(jìn)入主溝造成主溝泥石流爆發(fā)。諸如此類的情況不計(jì)其數(shù)。如果沒(méi)有掌握地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)專業(yè)知識(shí),貿(mào)然進(jìn)入地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地帶,只會(huì)造成更大傷亡。

      黨的二十大提出,要“提高防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力”,在防災(zāi)減災(zāi)、抗災(zāi)救災(zāi)這個(gè)人類發(fā)展永恒的課題中,科學(xué)和技術(shù)始終是習(xí)近平總書記提到的“高頻詞”。新時(shí)代的地質(zhì)災(zāi)害安全教育也需要新技術(shù)。傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害安全教育要么拘泥于形式,要么缺乏互動(dòng)性,都是被動(dòng)科普,因此不能達(dá)到較好的效果。而虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界,能真實(shí)地再現(xiàn)災(zāi)難場(chǎng)景,提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官模擬,讓使用者以第一人稱視角進(jìn)入虛擬環(huán)境探索,具有良好的沉浸性、互動(dòng)性和構(gòu)想性[1],讓使用者身臨其境,更直觀地感受災(zāi)難帶來(lái)的震撼,從而達(dá)到更好的教育效果。目前,VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的災(zāi)害教育市場(chǎng)需求不斷增加,但是目前主要應(yīng)用于交通、火災(zāi)、地震及施工等方面。為了更好地提高全民防災(zāi)減災(zāi)、抗災(zāi)救災(zāi)能力,保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,本文以VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用為例,對(duì)新時(shí)代下如何做好地質(zhì)災(zāi)害科普宣傳工作展開(kāi)思考。

      1國(guó)內(nèi)外地質(zhì)災(zāi)害科普情況

      1976年,Arould在《地質(zhì)災(zāi)害——保險(xiǎn)和立法及技術(shù)對(duì)策》中提出了“地質(zhì)災(zāi)害”專業(yè)術(shù)語(yǔ),文章把崩塌、滑坡、泥石流、地震等4種災(zāi)害看成是地質(zhì)災(zāi)害。20世紀(jì)70年代后,自然災(zāi)害損失急劇增加,導(dǎo)致人們把減災(zāi)工作提到前所未有的高度。多個(gè)國(guó)家開(kāi)始通過(guò)科普宣傳教育來(lái)增強(qiáng)民眾的防災(zāi)減災(zāi)意識(shí)。1986年,美國(guó)通過(guò)電視臺(tái)、電臺(tái)、報(bào)社的訪談和報(bào)道等多種形式,向公眾普及泥石流災(zāi)害知識(shí)。日本是地震多發(fā)國(guó),以畫報(bào)、學(xué)生課外讀物、家庭指導(dǎo)手冊(cè)、日歷、故事書、小插頁(yè)等多樣化的形式將防災(zāi)救災(zāi)宣傳材料滲透到人們的生活中,以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,增強(qiáng)社會(huì)突發(fā)事件的防范意識(shí)及避險(xiǎn)能力,是應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害等突發(fā)事件的主要手段。

      我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害研究時(shí)間較短,20世紀(jì)30至70年代以地震研究為主?!鞍宋濉逼陂g,我國(guó)才開(kāi)始重點(diǎn)對(duì)滑坡、崩塌、泥石流等進(jìn)行調(diào)查。90年代后,科學(xué)家們對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的形成機(jī)制、災(zāi)害類型、分布規(guī)律、災(zāi)害防治等提出了許多新的理論和觀點(diǎn)。2006年底,中組部、國(guó)土資源部、建設(shè)部、教育部聯(lián)合組織了“全國(guó)農(nóng)村地質(zhì)災(zāi)害防治知識(shí)萬(wàn)村培訓(xùn)行動(dòng)”,建立地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)宣傳教育長(zhǎng)效機(jī)制。2008年“5·12”汶川地震發(fā)生后,中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院組織專家編制了《防災(zāi)自救,重建家園》――地震次生地質(zhì)災(zāi)害科普知識(shí)讀物,及時(shí)、快速發(fā)往地震災(zāi)區(qū)。2009年,中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),自2009年起,每年5月12日為全國(guó)“防災(zāi)減災(zāi)日”。2010年中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院完成了《地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)避險(xiǎn)科普宣傳片》(共5集),包括滑坡危害與預(yù)防、泥石流溝識(shí)別與避災(zāi)、滑坡前兆與臨災(zāi)避讓、地質(zhì)災(zāi)害簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)、臨災(zāi)預(yù)警與轉(zhuǎn)移避讓等[2]。隨著社會(huì)的發(fā)展,我國(guó)高度重視提高全社會(huì)的防災(zāi)減災(zāi)綜合素質(zhì),通過(guò)“六進(jìn)”形式進(jìn)行廣泛宣傳。但是迄今為止,地質(zhì)災(zāi)害的主流科普方式還是文字、視頻、圖片、演練等,這些傳統(tǒng)科普方式表現(xiàn)力不足,而實(shí)地避險(xiǎn)演練無(wú)法模擬真實(shí)災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng),難以形象、全面地展現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害的特征,無(wú)法給受眾帶來(lái)真實(shí)的感受,從而達(dá)不到理想的安全教育效果。由此可見(jiàn),地質(zhì)災(zāi)害安全教育需要借助新技術(shù)和工具來(lái)達(dá)到更好的教育效果,推動(dòng)地質(zhì)災(zāi)害安全教育的發(fā)展。

      2VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害科普的優(yōu)勢(shì)2.1打破了傳統(tǒng)科普的局限性

      傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害科普教育通常以文字、圖片或者視頻等形式進(jìn)行單向輸出,缺乏互動(dòng)性,容易讓人失去學(xué)習(xí)的興趣,教育效果并不理想。而采用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害科普,可以將傳統(tǒng)的“被動(dòng)科普”變?yōu)橐曈X(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多方位的“主動(dòng)科普”,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性,賦予枯燥無(wú)味的知識(shí)以新的生命活力,滿足了學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)需求,提升學(xué)習(xí)效率。

      2.2增強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害科普效果

      地質(zhì)災(zāi)害是復(fù)雜的,類型不同的地質(zhì)災(zāi)害形成條件和成災(zāi)機(jī)理也各不相同,不同地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要類型和誘發(fā)因素不同,同一地區(qū)不同區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害觸發(fā)條件也存在差異。而且,地質(zhì)災(zāi)害場(chǎng)景無(wú)論是通過(guò)文字、圖片還是視頻都無(wú)法生動(dòng)地呈現(xiàn)出來(lái),但是利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。比如,運(yùn)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以將滑坡產(chǎn)生的原因、滑坡產(chǎn)生的前兆識(shí)別、逃生等場(chǎng)景還原,體驗(yàn)者通過(guò)VR頭盔就能以當(dāng)事人視角體驗(yàn)滑坡災(zāi)害產(chǎn)生的場(chǎng)景,若身臨其境,更深刻地意識(shí)到學(xué)習(xí)地質(zhì)災(zāi)害科普知識(shí)的重要性,將被動(dòng)學(xué)習(xí)內(nèi)化為主動(dòng)探索,從而達(dá)到更好的科普效果。

      3地質(zhì)災(zāi)害VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)情景設(shè)計(jì)舉例地質(zhì)災(zāi)害科普模擬體驗(yàn)系統(tǒng)利用VR技術(shù)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行虛擬仿真體驗(yàn)設(shè)計(jì),營(yíng)造出逼真的地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境。系統(tǒng)分為科普知識(shí)、情景體驗(yàn)和知識(shí)問(wèn)答3大模塊。體驗(yàn)者以當(dāng)事人視角代入到情景故事中,身臨其境感受地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境,并結(jié)合所學(xué)知識(shí)選擇正確的方向進(jìn)行逃生,最后在知識(shí)問(wèn)答中鞏固所學(xué)的知識(shí)。體驗(yàn)者通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí),加強(qiáng)對(duì)災(zāi)害的認(rèn)知,增強(qiáng)防范預(yù)警意識(shí),同時(shí)掌握應(yīng)對(duì)策略以及逃生避災(zāi)的技巧。以滑坡為例,具體介紹滑坡災(zāi)害的情景設(shè)計(jì)。

      3.1科普知識(shí)

      在科普知識(shí)模塊,主要是通過(guò)圖片和視頻學(xué)習(xí)什么是滑坡、滑坡產(chǎn)生的原因、滑坡的前兆識(shí)別以及滑坡的逃生等知識(shí),體驗(yàn)者通過(guò)觀看視頻和圖片學(xué)習(xí)滑坡的基本知識(shí),以便在情景體驗(yàn)中正確應(yīng)對(duì)滑坡災(zāi)害。

      3.1.1滑坡的概念

      軟斜坡上的巖土體由于種種原因,在重力的作用下沿一定的軟弱面(或軟弱帶)整體向下滑動(dòng)的現(xiàn)象叫滑坡。

      3.1.2滑坡的前兆

      (1) 滑坡前緣出現(xiàn)橫向及縱向裂縫,前緣土體出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。

      (2) 滑坡后緣裂縫急劇加寬加長(zhǎng),新裂縫不斷產(chǎn)生,滑坡體后部快速下沉,四周巖土體出現(xiàn)松動(dòng)和小型塌滑現(xiàn)象。

      (3) 在滑坡前緣有堵塞的泉水復(fù)活或泉水、井水突然干枯。

      (4) 動(dòng)物出現(xiàn)驚恐異?,F(xiàn)象。

      (5) 房屋傾斜、開(kāi)裂,出現(xiàn)醉漢樹(shù)、馬刀樹(shù)等。

      3.1.3滑坡的逃生

      (1) 保持冷靜,不能慌亂,環(huán)顧四周,快速撤離,不能順著滑坡的方向逃生,要往滑坡的兩側(cè)跑。

      (2) 滑坡停止后不要立即回家,先觀察,避免遭到第二次滑坡的侵害。

      3.2情景體驗(yàn)

      在科普知識(shí)模塊中,體驗(yàn)者以當(dāng)事人視角進(jìn)入故事情景中,突然遇到山體滑坡事件,通過(guò)故事的推進(jìn)、逃生路線的選擇,學(xué)習(xí)山體滑坡的前兆和正確的自救辦法。

      近來(lái)連日大雨,體驗(yàn)者經(jīng)過(guò)一處山坡時(shí),看到了坡面出現(xiàn)裂縫,山坡上的樹(shù)已變得傾斜,需根據(jù)提示判斷此處是否為滑坡隱患點(diǎn)?判斷為隱患點(diǎn)后,坡面上的裂縫開(kāi)始變大,坡腳土體出現(xiàn)隆起,坡面開(kāi)始出現(xiàn)滑動(dòng)。體驗(yàn)者需要立刻判斷出正確的逃生方向,在逃生過(guò)程中會(huì)要時(shí)刻注意腳下的泥石,如果判斷錯(cuò)誤則體驗(yàn)失敗。在整個(gè)體驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有文字提示。體驗(yàn)者以當(dāng)事人視角真實(shí)體驗(yàn)滑坡過(guò)程,感受滑坡災(zāi)害發(fā)生時(shí)對(duì)房屋、公路等帶來(lái)的毀滅性破壞,從而對(duì)滑坡災(zāi)害產(chǎn)生更深刻的了解。

      3.3知識(shí)問(wèn)答

      在知識(shí)問(wèn)答中有8道關(guān)于滑坡災(zāi)害的題目,體驗(yàn)者可以通過(guò)回答問(wèn)題查漏補(bǔ)缺,鞏固學(xué)習(xí)成果。

      4思考與總結(jié)

      VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害科普相結(jié)合,打破了傳統(tǒng)科普宣傳的局限性,創(chuàng)新了科普宣傳形式,成為地質(zhì)災(zāi)害科普宣傳的重要手段,但在應(yīng)用方面仍存在較大提升空間。

      (1) 由于地質(zhì)災(zāi)害場(chǎng)景比較復(fù)雜多變,場(chǎng)景建模并不是十分真實(shí),具有一定的局限性。地質(zhì)災(zāi)害本身就具有復(fù)雜性,比如地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)因素之一是降雨,但是降雨導(dǎo)致巖土體內(nèi)部變軟這個(gè)過(guò)程在場(chǎng)景中無(wú)法清晰地呈現(xiàn)。

      (2) 由于場(chǎng)地和設(shè)備限制,不能大范圍推廣應(yīng)用。VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體驗(yàn)需要專門的設(shè)備,且設(shè)備還比較昂貴,因此目前只有在一些專門的科普?qǐng)鏊兴鶓?yīng)用,對(duì)于迫切需要被科普的山村居民,推廣普及還有一定的難度。

      (3) 基于VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地質(zhì)災(zāi)害科普教育是時(shí)代的需要。在嚴(yán)峻的地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)形勢(shì)下,大力推進(jìn)VR技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害科普教育中應(yīng)用,可以增強(qiáng)社會(huì)公眾防災(zāi)減災(zāi)意識(shí),提升公眾的防震避險(xiǎn)和自救互救能力,為構(gòu)筑和諧發(fā)展社會(huì)提供防災(zāi)減災(zāi)保障,為全面構(gòu)建和諧社會(huì)起到積極的推動(dòng)作用。

      參考文獻(xiàn):

      [1]毛碩.湖南省通道縣地質(zhì)災(zāi)害群測(cè)群防體系建設(shè)研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2013.

      [2]侯金武.地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)避險(xiǎn)宣傳畫等系列科普讀物[M].北京:中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,2011.

      基金項(xiàng)目:湖南省自然科學(xué)“VR虛擬現(xiàn)實(shí)地質(zhì)災(zāi)害安全教育研究”(2021JJ60064)

      作者簡(jiǎn)介:劉宇利,女,湖南寧鄉(xiāng)人,講師,碩士,從事工程地質(zhì)教學(xué)與研究。

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