龚翱 王洁

摘要：近年来，VR（虚拟现实）技术成为兴起的创新教学媒体，本文对VR技术的概念及特征，以及利用VR技术进行安全教育进行了阐述，并提出了VR在安全教育中的具体应用研究。VR在安全教育领域中的应用，不但减少了实验教学成本，而且降低了演练人员的危险，从而达到更好的安全教育目的。

关键词：虚拟现实;安全教育;演练;仿真

中图分类号：TP37 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）19-0190-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

近年来，随着信息技术的不断发展，以及用户对VR（ Virtu-al Reality，虚拟现实）体验需求的增长，VR产业迅速发展。VR也称为计算机模拟现实技术，或沉浸式多媒体，是一种综合利用计算机图形系统，以及各种控制、现实接口设备，生成的一个可交互的三维环境、给用户关于视觉、听觉、触觉、嗅觉等感官的沉浸式模拟感知的技术。随着SG时代来临，VR发展再次提速，过去许多难点都将被攻克，VR技术发展前途一片光明。

1 VR技术

虚拟现实被认为是多媒体最高级别的应用。它是计算机技术、计算机图形、计算机视觉、视觉生理学、视觉心理学、仿真技术、微电子技术、立体显示技术、传感与测量技术、语音识别与合成技术、人机接口技术、网络技术及人工智能技术等多种高新技术集成之结晶[1]。VR的高真实性以及能够实时交互，为系统仿真提供了强有力支撑。虚拟现实技术包括如下几个特点：

多感知性（ Multi-Sensory），除一般的计算机技术所具备的视觉感知以外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知，甚至还包括味觉、嗅觉等感知。足够理想的虚拟现实技术，应该具备一切人体的感知功能。

浸没感（ Immersion），也称为临场感或存在感。是用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。而理想的模拟环境，应该看上去一切都是非常真实，让用户应该难以分辨真假，使其全身心地投入到机器创建的、三维虚拟的环境中。

交互性（Interactivity），是用户对模拟环境中的物体可操作的程度，以及从环境中得到反馈的自然程度，其中也包括实时性。例如，用户通过手，可以抓拾取模拟环境中的虚拟物体。此时，手中应该有握着物体的感觉，能感受到其重量，在视野中，被拾取的物体也可以随着手移动。嘲

2 VR技术在安全教育中的优势

2016年开始，VR技术就已经被人们广泛关注，其应用也日益广泛。采用VR方式的安全教育，就是其中最有发展前景的设想之一。相对于传统教育，VR安全教育的优势包括：

开放性。基于VR技术的虚拟仿真演练，已突破传统安全教育演练的时间和空间限制。如电力安全作业，实地演练会耗费大量时间和人财物，而利用VR技术可以模拟工作环境和难以复制的设备，只需准备简单的相关设备和软件，即可实时接受相关学习和训练。

安全性。真实性和安全性这两个目标在一些危险演练中常常是冲突的，如高空作業、危险品操作。为了保障演练人员的安全，不得不牺牲真实性，很多场景和效果只能通过演练者在脑海里“假想”。而虚拟仿真演练最大的优势在于其安全性，演练者在虚拟环境中可以任意、并反复尝试，甚至极端操作，避免造成实际伤害。

高效性。相比传统安全演练，虚拟仿真演练逼真度高，演练者能全面从视、听、触觉等，超真实的还原演练场景，身临其境地体验实际遇到灾害时该如何操作。同时，将安全知识嵌入虚拟环境，进行实时教育，还可通过第一视角震撼体验事故后果。多样化的演练方式，能让演练者产生强烈感官，深刻认识安全教育的重要意义，让安全意识牢记于心。

3 VR技术在安全教育中的应用

我国安全教育事业正一步一步落实，国家也鼓励发展安全事业和建设安全教育基地。目前的安全教育途径中，最常见的主要包括授课、讲座、会议方式，另外还有通过标语、展画、播放声像等广告宣传，以及文艺节目等演出等，这些方法大多基于理论而缺乏实践。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，但实际操作往往困难重重，比如一些场景很难以复制，如泥石流;还有一些需要清空在某个繁华地区的人群，这在现实生活中影响了生活秩序，如火灾;还有一些演练需要大型设备，或产生污染，因为成本过高，缺少实践机会。

相比传统方式，采用VR方式优势明显。VR技术的加入，为安全教育领域注入了新的活力，并且基于VR的安全教育的投入成本，相对传统教育要低，而效果却好很多。作为一种安全教育新模式，VR安全教育正进入快速上升的趋势发展。[3，4，6，7]

3.1 线路巡查

VR线路巡查系统能为演练者创建交互性的虚拟仿真平台，创建用户所需的任何特殊场景，针对实际情况，构建案件模拟，以逐步全面掌握相关安全防范知识。利用虚拟现实技术，系统以三维图像呈现场景内埋藏的管道、线路等设施。演练者可从各个角度查看和分析，并找出安全隐患，然后通过提示性操作，还可任意触摸，以及分离、转换视角观察。对存在安全隐患而未排查的，还可以进行隐患深度发展后的事故展示，进行警示教育。

3.2 消防演练

VR应急逃生演练需要提供多种具有代表性的建筑物，以及相当数量的参与人群，对演练组织也具有较高要求，且需要清空某个繁华区域内人群，而这种情况在现实生活中，非常难实现。而虚拟演练时空自由，无须影响正常工作生活秩序，可以灵活构建出各种建筑，如教学楼，宾馆，商场，形成针对性指导演练。仿真系统能针对过程进行分析，以提升演练效果，也避免了演练者发生踩踏等意外。

VR消防器材演练主要针对不同场景，不同类型的火灾，科学地学习使用干粉、泡沫、二氧化碳、消防栓等不同类型灭火器材。仿真系统通过虚拟仿真对火灾起源、发展，烟雾和温度影响，灭火方法等进行完全模拟，演练者可以获得实际场景中相同的体验，还可以避免灼伤和吸人有毒烟雾，也避免了耗材对环境造成的污染[5]。

3.3 施工安全

VR施工安全主要避免高空坠落、打击、坍塌，机械等伤害。系统通过三维引擎模拟工地各类场景环境，只需要购买相对廉价的设备，就可以在各类虚拟环境中重复练习，相比传统老式安全教育来说，非常经济，也更为安全。这样节约了大量设备，也让演练者从第一人称角度“亲历”施工过程可能发生的各种危险，身临其境地学习相应的安全知识，提升应急处置能力。同时，体验过程都会被系统全程无死角地记录，并在教学任务的培训中提供即时的反馈，还可以根据演练过程分析视频，进行有效的评估。这样，能有效地积累经验，为日后在现实中制定方案提供必要指导。

系统通过3Dmax、C4D等工具完成平台中场景的制作，加上材质及动画等表现，在Unity 3D中用C#语言执行流程、配以特效，丰富了平台的人机交互效果。将多种场景同步到各个区域，实现多人和多组织同时进行培训。特有的沉浸感，提高了用户的体验感，而且在模拟中锻炼对危险的观察力，规避和逃生的能力，还可评估演练人员在面对紧急情况时，应急预案成效，根据系统提供的即时数据，还能找出差距以及需要改进的地方，并进行反复训练。每个演练人员能按个人节奏进行学习，让其针对自己不足之处从而进行反复练习，全面掌握相关的安全知识。

4 结束语

随着大数据，云计算和移动互联网为特点的信息时代来临，未来在我国还会进一步增大在安全教育领域上的投入。在安全教育领域中，发挥VR技术的优势，将优化安全教育过程、改善安全教育教学环境、提高安全教育的教学及演练水平、培养具有较高安全意识和技能的人才产生深远影响。另外，VR技术的发展，也将推动新技术、新产品、新业态在各个领域中广泛应用，使国家信息产业蓬勃发展，为我国社会经济发展注入新的动力。基于VR的安全教育，作为全新的一种教育方式，会面向市场广泛应用，同时发挥其重要的作用。

参考文献：

[1]刘强，言天舒，曾志高.大学计算机软件应用基础：多媒体技术与应用[Ml.长沙：中南大学出版社，2016.

[2]匿名.信息技术基础与应用虚拟现实技术[EB/OL].[2019-12-1] https：//www.taodocs.com/p- 193267453. html

[3]王蕊，張敬之，张锐.虚拟现实技术在火灾逃生训练中的应用研究[Jl，科学技术创新，2019（21）：80-81.

[4]贾红艳，周玉婷，毛清秀，等.VR在安全教育领域的应用[J]‘电子技术与软件工程，2019（21）：136-137.

[5]龚翱，褚健君.基于VR技术的家庭消防演习仿真操作系统.2018.7.20[CP/DK]

[6]苗艺楠，申闫春.基于Unity3D的交通事故虚拟再现系统研究 [Jl.计算机仿真，2018，35（12）：122-126.

[7]扈其强.试论虚拟现实（VR）技术在建筑安全教育培训中的应用[J].建筑安全，2019，34（6）：63-65.

【通联编辑：唐一东】

基金项目：湖南省教育厅科学研究项目（18C0871）

作者简介：龚翱（1981-），男，湖南娄底人，讲师，硕士，主要研究方向为VR技术;王洁，一级教师，本科。