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

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。