胡铁力 覃 登

广西安全工程职业技术学院信息中心 广西南宁 530100

近年来，各种突发事件频率增加，并造成生命财产损失。但这些事件及事故的发生，大部分都是由于操作不规范、救援不及时、救援技术不专业不熟练等原因造成的。这也同时显露出我们的一些专业队伍、安全管理人员、企业领导等安全生产重在预防的淡薄意识，平时没有很好地进行常态化的业务学习、事前培训、演练等，当然，这些业务的开展从客观上来讲，各个地区也都存在着多种多样、千差万别的因素。

1 运用研究探讨目的和意义

企业的安全管理、安全岗位工作规范要求及培训学习、演练、事故应急救援处置等制度建立得完善，是事故发生时第一时间响应和处置的关键，是防御安全事故、控制蔓延、降低危害及人员伤亡、减少企业损失的关键手段。从近几年发生的事件和生产事故分析，多数事故是由于事前没有预防、培训、演练，事中违规或不规范操作、事后应急处置方法不当，导致救援不及时、不科学，从而造成了严重后果。尤其是危化品、烟花爆竹、矿山、建筑、工业制造等行业在生产过程中的安全操作行为和应急处置能力，是一个紧迫而严肃的问题[1]。

随着企业信息化不断发展普及、5G网络应用普及、VR虚拟仿真技术日益成熟，国内外研究成果和应用案例介绍，VR技术将被广泛应用到危化品、烟花爆竹、矿山、建筑、工业制造等行业学习培训中，如虚拟现场教学及培训、应急救援指挥平台、安全生产监控等领域。VR技术必将在危化行业、应急救援等培训发挥巨大作用，且效果明显优于传统培训模式。

2 国内外研究成果分析

与发达国家相比，虚拟现实技术在我们国家研究时间比较短。国内的教育培训形式仍然比较陈旧，采用传统的以教师讲授为主的培训教育方式，主要是采用课本、PPT、图片、视频等方式对学员进行培训教育，没有真实环境进行操作往往理解起来难度比较大，培训效果有待提高；培训结果评估以试卷考试为主，不能突出对学生综合素质与实践应用能力的考评[2]。

随着计算机图形以及系统工程等技术的发展，国家各部门和科学家开始重视虚拟现实技术。这项技术也引起了各界人士的重视，并加大技术的运用与研究。一些研究机构和高校开始了虚拟现实技术的研究工作。最早进行VR研究的是北京航空航天大学计算机系，在这方面该研究单位是非常具有权威的。虚拟现实以及可视化新技术继承了原有的分布式虚拟环境。提供三维的动态数据库，可以演示环境的虚拟现实情况。主要用于飞行训练的实时系统以及系统开发平台等，主要重视的是虚拟环境中物理特性的处理以及表示并且在虚拟现实结构反面开发出了一些硬件，同时提出了计算方法以及实现方式等。

QuickTime技术所制作的“布达拉宫”是由清华大学国家光盘工程研究中心研制的。这项技术实现了大全景的展现。浙江大学的实验室开发了桌面型虚拟环境实时漫游系统，同时在研发的过程中，开发了一种新型的快速漫游算法，以及递进网络快速生成法。

高级行为特定人脸图像已经由哈尔滨工业大学计算机系成功研制，这项技术有效解决了表情合成以及唇动合成的技术问题。在研究一个人说话的时候，其头部动作、手势动作，还有语言语调的同步情况。武汉理工大学智能制造与控制研究所主要是研究虚拟现实技术，做好机械虚拟制造工作，包括产品原型、快速生产等一系列的创新技术。

中国科技开发院的威海分院，其研究虚拟现实技术中的接口技术，完成了该项技术的图像算法软件接口问题。在硬件开发完成了红外立体眼镜工作，实现了商品化。

除了一些高校的研究之外，最近这些年，我们国家也出现了很多专门从事虚拟现实技术的研发公司。

3 发展趋势探讨

以实际为需求，未来虚拟显示技术的发展趋势有两个方面。第一个方面，主要是向着桌面虚拟技术进行发展，另一方面是朝着高性能沉浸式虚拟现实发展[3]。

两种虚拟现实系统未来发展主要是在建模、绘制方法、系统建构等方面提出了一系列新的要求。其新特点以及技术，主要表现在如下几方面。

3.1 动态环境建模

虚拟环境是建立在VR技术基础上的，动态环境建模的目的是获得真实环境的三维数据，同时根据数据建立起虚拟环境的模型。

3.2 实时三维图形生成和显示

三维图形生成技术比较成熟，其关键点在于如何实时生成。在不降低图像质量和复杂程度的基础上，提高刷新频率是未来研究的重要内容。同时，VR技术依赖于传感器技术的发展，而现有的虚拟设备无法满足系统需求，需要开发新的三维图形以及显示技术。

3.3 创新人机交互设备

虚拟现实技术可以实现虚拟世界对象的交互工作，让人感觉身临其境一般。借用输入输出设备，包括数据手套、衣服显示、头盔器，以及三维声音位置传感器等，然而实际应用中，效果不理想，所以未来研究重点主要在于新型便宜且鲁棒性优良的数据手套和衣服等方面。

3.4 智能化语音虚拟现实建模工作

虚拟现实建模是非常复杂的过程，要耗费大量的精力、物力和时间。如果结合语音识别技术，智能技术以及VR技术，则可以有效解决该问题。对模型、属性、方法和一般特点描述。采用语音技术转换建模所要的数据，利用图形处理技术和人工智能技术开展设计评价，将模型用对象表示，各种模型静态和动态有效连接，形成最终的模型系统[4]。

3.5 网络分布式虚拟现实技术的运用和研究

未来分布式虚拟现实技术是该项虚拟现实技术的发展重要方向。伴随多分布式虚拟开发工具和系统的出现，DVR开始融入各行各业中，例如工程、医疗、教学和协同设计等。

这些年伴随网络的普及以及应用，一些面对网络分布式虚拟现实的运用，分布在世界各地多个用户可同时工作。把分散虚拟现实技术或者是仿真器通过网络连接。采用一致的结构和标准形成数据库，在同一个时间和空间上，虚拟合成环境。参与者自由开展交互，这在航空航天应用中非常突出，主要是国际空间站参与的国家，分布在世界不同区域，而采用分布式的VR训练环境，不需要适应异地生活。在我国“863计划”支持下，多所高校一起联合操作，开发了分布虚拟环境、基础环境的信息平台。这一平台的开发，为我国分布式虚拟现实研究提供了必要的基础[5]。

4 运用研究应达到的预期目标

4.1 建立完善的安全生产管理、应急救援培训平台系统结构体系和标准

建立完善的安全生产管理及应急救援培训现场与网络教学平台体系，利用VR仿真技术，模拟真实设备操作，将实际操作能力提升到新的高度，同时与虚拟仿真培训相结合，真正做到资源的合理利用和合理分配。并且改变过去单向传授的“填鸭式”培训方式，利用三维仿真培训系统的多向互动、异地远程实时仿真培训、直观推演、效果逼真、可重复性高等特点，将安全生产管理、应急救援等领域所涉及的知识、能力、技巧、要求等按类按需设定知识框架标准，设计分系统标准，将培训服务体系建设到一个新的高度。

4.2 建立安全生产、应急救援流程体系规范标准和培训系统

根据国内安全生产管理、应急救援培训方面的现状，总结目前国内有待完善的规章制度，建立一套切实可行的、标准流程性的安全生产、应急救援流程体系标准和培训系统，并解决相关责任人、企事业单位职员、普通民众应急管理薄弱的培训工作问题。

4.3 建立网络服务培训平台体系结构标准和学习培训考核大数据库

建立网络服务学习平台体系结构标准，对企事业单位管理人员、一线岗位专项人员、普通公民、志愿者队伍等分类建设培训子系统结构标准。因其社会分工不同，将面向安全生产、应急救援等各岗位的人员，制作培训课件以及建设不同学习环境和系统，以使培训能满足社会发展和企业安全生产的需求，使全民参与应急培训[6]。

5 运用研究探讨的内容

利用5G网络的网络容量大、传输速率快、低时延、高可靠、智能设备连接数量多等特点，结合VR技术和VR眼镜提供沉浸式的技术，探讨建设安全生产管理及应急救援培训教学平台体系结构标准。为有毒有害、高辐射、高腐蚀等高危场景、平常不可达区域的关键作业的专业作业能力和异常处置能力的提升提供技术手段，结合多场景专题培训目标，为学员提供高效的培训内容。利用虚拟现实技术，为学员提供真实的环境，巩固他们的学习过程。通过进行综合训练与研究，能够解决以下问题。

(1)培训课程体系结构标准建立：以安全生产管理、应急救援人员为中心构建培训体系平台的课程体系标准。构建初—中—高三级课程体系，实现基础知识教学、专项技能掌握、协同配合作业、异地远程培训等全方位培训平台体系标准。并创建学习引导模式、练习模式、考核模式等三种培训模式标准[7]。

(2)专业协同培训教室建设标准：专项培训室是为专业人员，如安全生产管理人员、专职救援队伍、企业异常处置岗位工人等，其培训课程内容复杂，交互场景丰富、协同要求高，故专项培训教室VR硬件配置要求较高，需要配置具有“原地无限空间移动+姿态控制+势能反馈”能力的VR设备。

(3)VR培训课件开发结构标准：利用虚拟现实技术，对具有典型特点的装置、危险作业进行仿真建模，开发具有针对性、实用性的交互式虚拟仿真系统结构标准，模拟装置及周边环境，实现为新入职员工、老员工提供进阶式的培训模式标准。

(4)搭建网络学习平台及异地远程培训学习结构标准：利用与华为技术公司校企合作机会，充分利用华为技术公司在5G网络技术、VR和AR技术等方面雄厚的科研及技术力量，利用云平台大数据，共同研究搭建网络学习平台及异地远程培训学习平台标准，搭建学习培训的考核系统模块标准。

(5)建设安全工程虚拟仿真教学中心(学院基本已建成使用)：建设安全工程虚拟仿真教学中心，为后续的仿真培训课件制作验证、现场虚拟环境培训体验提供场地保证。

6 运用研究探讨应有的成果

该运用研究出一定的成果并能最终建设完成，将会吸引国内外的相关从业者进行培训，在此期间不仅受培训者收获颇多，也会增加行业对应急救援的重视，同时此设备符合可持续发展战略，节省资源。也是对应急救援的一次宣传。这领域的研究应带来以下的研究成果：

(1)VR场景漫游、快速跳转：在系统中，培训人员可在场景中，进行场景漫游，通过走路方式进行漫游，也可通过手势进行场景跳转，方便学员进行场景浏览。用户以第一人称视角可对场景进行360°漫游，结合三维空间定位系统，实时定位用户位置。

(2)多种交互控制：支持手柄交互、手势交互、动作捕捉交互、语音交互等交互控制方式，系统可通过手柄方式对场景的设备进行控制，也可穿戴VR手套，通过VR手套交互手势，进行操作，同时可对动作捕捉来判定学员的动作规范性，并可通过语音交互，与培训场景的NPC人员进行语音交流。

(3)系统交互使用向导功能：在培训过程中，系统会有背景音对培训流程、培训注意事项、培训课件、课件背景进行向导，增加培训环境的沉浸感，引导学员进行学习、训练。

(4)多机协同交互：VR协同培训课程实现两人至多人(不少于4人)的培训课程建设，并最终可根据操作步骤及事故处置完成情况进行考核评估，并最终生成对于个人和班组的评估报告，帮助学员面对实际工作处置时能够更好地配合协同处置能力。

(5)任务执行引导控制：在进行VR培训过程中，根据培训步骤，通过弹窗提示面板对任务进行文字、语音提示，学员根据提示引导信息，进行VR操作。

(6)交互行为记录与培训报告：系统在培训过程中，可记录交互性的行为，包括交互动作、交互语音等交互指令，同时培训结束后，可生成培训报告，记录培训过程指令、培训时间、培训成绩等。

结语

基于VR技术进行安全培训，可以结合其动态功能让体验者有最真实的感受，有效提升工作人员的安全意识并且减少了事故的发生，大大提高了安全培训效果，同时还可以减少培训的成本，优化培训效果，让新科技可以更好地为大众服务。