VR虚拟现实技术对提高公安院校实战化教学的运用研究

张颜华

(湖南警察学院，湖南·长沙 410138)

VR虚拟现实技术( Virtual Reality )是通过多媒体技术与仿真技术相结合而生成的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境技术，会使用户通过体验而产生身临其境的感受。VR虚拟现实技术的基本内涵包括: 操作者可以通过人的自然动作与虚拟环境发生交互；虚拟的实体不是客观存在的，是由计算机通过相应的算法来生成的；虚拟现实需要依靠专门的传感设备来进行交互作用。

一、VR虚拟现实技术的特征及在公安院校教学中的应用

VR虚拟现实技术具有如下特征：一是沉浸性。虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，借助计算机、传感器和图像生成系统来虚拟真实环境，让参与者有声临其境的感觉，即“沉浸”于虚拟的环境中。使用者戴上头盔显示器和数据手套等交互设备，便可将自己置身于虚拟环境中，成为虚拟环境中的一员。使用者与虚拟环境中的各种对象的相互作用，就如同在现实世界中的一样。当使用者移动头部时，虚拟环境中的图像实时地跟随变化，拿起物体可使物体随着手的移动而运动，而且还可以听到三维仿真声音。二是交互性。主要是指实现人与虚拟环境中的对象发生交互操作的作用，使参与者以自然的手段、行为与计算机交互，达到真正的人机和谐。三是构想性。主要是指在计算机图形学的基础上实现真实场景的三维立体显示。

在技术研发层面来说，VR系统强调用户在虚拟环境中的视觉、听觉、触觉等感官的完全浸入，强调将用户的感官与现实世界绝缘，而沉浸在一个完全由计算机所控制的信息空间之中。VR通常要借助于能够将用户视觉与环境隔离的显示设备，一般采用浸入式头盔显示器。就应用环境来说，VR技术被用来构建虚拟世界的生活，这种世界是通过前期软件开发设计而成，可以做到高度仿真当前世界或者重新构建一全新的世界，满足使用者在现实世界不能实现的操作要求。VR技术在应用到日常实战教学中时，就会要求设计出一个完全虚拟的场景，这种场景设计是一个复杂的过程，随着使用者在这虚拟空间的移动，场景就会像真实世界不停地变化，这在软件设计上具有较高的难度，并随着场景布局加大、仿真程度加深，研究人员所需要的时间成本和经济成本逐步增加。

通过对公安院校实战化教学改革进行研究，以及根据VR虚拟现实技术的特性，我们认为VR技术在公安专业日常教学中的应用必将提高教学的实战化水平。VR技术完全虚拟世界的性质，符合当前对实践(实验)教学的要求，该技术可以根据公安实战要求而设计不同的案发场所。例如：肇事逃逸致死交通事故、十字路口红绿调控、高速公路多车事故等,VR技术虚拟世界的性质，完全可以应用到日常教学中，可以像看三维(或者四维)电影一样身临其境，意在加深使用者的自身体验感。

二、VR虚拟现实全息教室建设

VR技术的引入还将对传统的教室教学方式及效果进行改革，其将打破传统“粉笔+黑板+课件”的教室教学形态。使课件全息呈现在眼前，使之成为三维投影、感官互动的教学形态，使同学们更容易投入课堂教学中、提高学员与课件的互动性、提高学员与老师的互动性，更能加深公安院校学员在课堂教学中实战感知。

(一) VR虚拟现实全息教室的一般构成

VR全息教室构成共分为两部分，即，教室硬件环境搭建和VR教学软件。全息教室的硬件环境搭建共分为两个区域，分为教室区和学生区。教室区包括：三联显示屏或主动式3D投影仪+幕布，用于教师日常授课，VR虚拟现实教学软件的终端显示；VR台式电脑主机(教师端服务器)，用于VR虚拟现实教学软件的承载与使用。学生区包括：多功能一体机(学生端)，用于承载及显示VR虚拟现实教学软件；多功能触控硬件，用于学生对VR虚拟现实教学软件进行全息触控；交换机，用于学生端一体机互联；主动式3D眼镜，用于学员观看VR虚拟现实软件课件，将屏幕上三维效果图片或视频转化成立体图像，使得佩戴者拥有身临其境的互动性。

VR教学软件包括教学课件和系统运行相关软件。教学课件，在原有的课件基础上针对课件内的图像信息进行数字化处理，经过处理后的图像可以转化为具有三维效果的图像，方便学员观察以及加深体验感，提高学员兴趣。

(二) VR虚拟现实全息教室需求分析

VR全息教室是在现有教室的基础上进行的一次革新设想，通过VR技术的引入将会使原有的“平面”化教学更具有立体感，在加深学员的体验感的同时提高学员的学习兴趣。平时教师可以通过教师端的大屏幕进行授课，学员们则可以通过主动式3D眼镜进行观看，原有的静止案例图像在经过VR技术的处理后，就如同在学员身边重新发生过一遍，可以使同学们融入当中，从而在日常课堂教学中提高学生自主学习能力、实战能力。同时教师还可以通过教师端屏幕显示学员屏幕的操作内容，可以做到及时纠正、指导。

VR全息教室是信息时代教学环境发展的必然趋势，具有技术先进、功能多样、操作简便、多屏显示，多元互动、虚实结合等诸多特征，如果其能应用到公安院校教室教学过程当中，必能使课堂教学更贴近实战。

三、VR虚拟现实实验室建设

虚拟现实(VR)实验室可以在一个有限的真实空间内模拟不同虚拟空间，这个虚拟空间可以是交通事故现场，也可以是机动车拆解工厂，抑或是车辆通行的十字路口等，在这个虚拟空间的使用者可以是一名，也可以是通过联机的多名；可以进行交通事故现场勘查、机动车的拆解与结合、交通秩序管理，也可以进行交通信号灯调控;可以是一人工作，也可以是多人合作。其具有较高的自由度，并能使参与者完全处于虚拟环境，从而达到所需要的训练要求，并能无限接近实战工作。

(一)VR虚拟现实实验室设备构成

该系统实验室建设将包括以下几个部分: 第一，VR头戴设备，该设备用于沉浸式的体验VR教学软件，佩戴于使用者头部与外部环境隔绝，内置显示屏幕。第二，VR操作手柄，用于在体验VR软件时进行内容操控，可以使使用者在虚拟环境中进行伸手、移动、提举、放下、推、拉、拧、抓、握等动作。第三，电脑主机，用来承载VR虚拟现实教学软件。

(二)VR虚拟现实实验室需求分析

实验(实践)教学一直是公安院校人才培养工作中不可或缺的重要组成部分，关系着学员日后的实战能力。现有的公安院校实验(实践)场地可分为专用实验室、模拟街区两类。在传统的实验教学模式下，受限于各种条件的约束，学员只能在限定的时间和地点利用限定的实验设备，完成特定的实验(实践)内容。因此，传统实验只是完成具有“典型性”和“常见性”的“规定流程”，极大地制约了学员自主解决问题的能力。

此外，传统实验(实践)场地的建设经费投入不可小觑，不论是实验仪器设备的购置与维护，还是实践场地的建设、管理、更新，都需要花费大量的人力、物力和财力。因此，基于VR技术的实验室建设将有利改善以上弊端，同时可以随使用者的意愿、案例的不同不断改善，不断持续地锻炼学员的实战能力。

四、结语

实战化教学是公安院校公安教育的根本要求，是培养适应实战需求警员的有效途径。而开发实战化教学，必须不断完善教育教学方法与基础设施建设。在教学中VR虚拟现实技术的引入将会为公安院校学员提供视觉、听觉、触觉等全新全方位的感受，使学员在学习过程中能够充分贴近实战需求和实战环境，并得到与实战操作同样的效果，从而达到公安院校实战化教学的目的。