VR在安全教育领域的应用

文/贾红艳 周玉婷 毛清秀 孙元香 赵志靖

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR)与安全教育的结合作为安全教育领域的新模式，是国家的重点研究方向。2018年10月19日，习近平总书记在出席世界VR产业大会时提到:“科技革命和产业变革驱动着虚拟现实技术走向市场，中国正全力推动新技术新产品在各领域广泛应用，积极与其他国家交流，实现共赢发展。”

工业部和信息化部2017年发布了《应急产业培育与发展行动计划》，提出了在技术转移转化方面，要加快推进消防、安防、生产安全、交通安全、医学救援、防灾减灾、反恐防爆等应急技术工程化，促进虚拟现实类的高新技术应用于突发事件并形成新产品、新装备、新服务。此外，根据国务院办公厅2016年发布的《国家综合防灾减灾规划》目标，到2020年全国增创5000个综合减灾示范社区，进一步健全防灾减灾救灾机制。

由此可见，安全教育事业正在一步步落实，国家鼓励发展安全事业、建设安全教育基地。VR技术的加入为安全教育领域注入了“新活力”，VR安全教育投入成本相对传统教育基地要低，效果却要好很多倍，在政府引导和市场主导下，VR安全教育将会迎来更广阔的发展。

1 VR在安全教育领域中的特点

由于VR技术的发展和移动互联网的出现，传统安全教育逐渐与VR技术相结合，逐渐向科技化方向转型。安全教育一般由安全知识阶段、安全技能阶段、安全态度阶段等组成，第一阶段进行安全知识教育，教授相关事故预防的基本知识；第二阶段进行安全技能教育，让受教育者亲身实践，体会实际操作，掌握安全知识；第三阶段进行安全态度教育，使受教育者能够自觉地实行安全技能。传统安全教育在安全技能阶段内容略显枯燥，且举办次数因场地、器具、时间等因素而有所限制，在安全态度阶段没有得到理想的反馈，受教育者没有真正掌握安全技能。安全教育与VR技术的结合将开启更具沉浸感的安全教育新模式。

VR在安全教育领域中扮演着重要的角色，使安全教育的形式更加多元化，让人们可以更深入、更全面的体验和学习相关的安全知识。通过构建虚拟现实场景、模拟现场音效，VR可以充分刺激体验者的感官，如置身现场一般。手柄的巧妙运用可以实现体验者和VR系统的的交互，增加了安全教育的趣味性。这些都是对书面的、抽象的安全教育内容的有益的、必要的补充。VR技术以模拟场景真实、体验内容丰富、互动性强以及不受讲师水平、场地设备和培训时间的限制、建设运营成本低，更加绿色环保等优势，能更加满足当今安全教育的需求，具有很好的发展前景。

2 VR在安全教育领域中的应用现状

2.1 交通安全教育

交通安全教育是现代社会安全教育重要的一部分。加强交通参与者的道路交通安全教育、提高交通安全意识、规范交通行为、培养交通文化显得尤其重要。而传统的灌输式教育明显效果较差，现在将VR技术用于交通安全教育，给体验者提供更加真实的虚拟环境，大大降低真实实践的危险性，同时相较于构造实体安全体验区来说更加经济。

目前，关于VR与交通安全教育的融合已成为一种新的热潮。2016年10月9日，VR虚拟驾驶技术出现在世界仿真技术应用展览会上。2017年，重庆江北区交巡警支队顺应时代的发展，联合专业技术力量，开发出《交通安全教育VR大讲堂》产品[1]。这是我国首部以VR为技术载体的交通安全教育内容产品。该产品利用虚拟现实技术，全景展示整个交通安全教育内容，配以场景模拟，演示交通违法行为的危害，让交通者在虚拟世界中身临其境的体验到因交通违法行为所带来的恶果，促使其树立文明的交通理念。2018年，兰州首个交通安全宣传教育基地成立，市民可以体验虚拟仿真模拟驾驶[2]。基地利用虚拟仿真和模拟驾驶等高科技交互多媒体技术，提供如“驾驶员自适应测试”等自测项目和如“防御性驾驶”等模拟训练，提高交通者的安全驾驶技能。

2.2 火灾安全教育

火灾安全教育是安全教育中的重中之重，具有强大的开发潜力。把VR技术用于火灾安全教育领域中，大大提高了安全性、生动性和交互性。VR技术和火灾安全教育的结合提高了人们对火灾安全知识的兴趣，让人们能以更有效、更安全的方式掌握火灾安全知识。

近些年来随着计算机技术的发展，采用VR技术来模拟火灾场景，并进行消防演习成为国内外疏散安全研究的一个重要手段。Z.Xu等人[3]为了最大限度地减少火灾过程中烟雾危害的潜在危害，开发了一种基于VR的火灾训练模拟器。在该模拟器中，特别设计了一种基于体积绘制和火灾动力学数据的可视化技术，以创建一个真实、准确的烟雾环境，来对受训者进行虚拟训练，使其体验到真实而不受威胁的烟雾环境。此外，还建立了烟气危害综合评价模型，以评估不同疏散或救援路径在虚拟训练中的安全性，使受训者学会识别最安全的路径。石来等人[4]基于FDS的地下空间增强体验式火灾逃生VR系统，模拟了地下空间火灾现场的高温环境，能够展现真实的火灾场景。试验人员通过系统可充分体验到真实的火灾烟气和高温情况，从视觉和热感两方面感受火灾环境。精细的火焰、烟气视景模拟和外部热感单元会对试验人员产生较大刺激感，影响其对逃生路线的选择，从而能达到更好的逃生训练目的。何高奇等人[5]基于VR火灾逃生游戏的应急行为评估系统，将虚拟现实技术和游戏相结合，设计出虚拟火灾逃生体验游戏——VRFEG。该系统不仅能让体验者感受到游戏的紧张刺激，还可以学习到应急逃生的安全技能。

2.3 地震安全教育

近几年地震灾害频发，给我国地震地区造成了重大的人员伤亡和财产损失，为提高社会公众对地震灾害预防的认识，国内正积极开展地震安全教育。根据VR技术在远程教育系统中的应用，刘永福等[6]利用3ds max，Virtools等软件开发出了交互式远程防震教育软件，摆脱了时间和空间的限制，模拟出地震时的不同场景，从而可以训练体验者在不同场景下的逃生技能。Ishii Hirotake等[7]开发了具有室内环境自动建模功能的虚拟现实地震体验系统，该系统可以对室内环境进行三维扫描并自动创建虚拟环境，降低体验系统成本的同时保持引起恐惧的有效性。

2.4 施工安全教育

现实生活中，施工现场存在许多的安全隐患。将VR技术应用于施工安全方面是一种巨大的创新，以实际施工现场中的安全教育为背景，采用先进的VR技术，通过体验道路、桥梁和隧道等虚拟施工现场中隐藏的安全风险和事故情形，强化体验者的安全意识，为避免现实施工过程中的安全生产事故奠定基础。VR技术与施工安全教育的结合能有效地解决交底不及时、不彻底、没有针对性等安全教育的难题。例如上海市中交第一公路工程局有限公司的地铁工程项目[8]，利用VR技术让体验者增强辨识隐患能力，避免以往安全交底过程中缺乏针对性、被动、漫灌等方式的出现，使得施工安全教育更加深入人心，从而达到教育体验的根本目的。

2.5 其他

VR技术在其他安全教育领域也取得了许多的研究成果，获得了广泛关注。如在煤炭安全教育领域中，英国诺丁汉大学已经研发出Safe VR、VRoom等系列VR培训系统。早期较著名的“露天矿单卡车工艺系统的模拟”和“矿井顶板支护训练系统”训练人在模拟真实环境下操作能力、事故预防能力和事故抢险能力[9]；在电气安全教育领域中，东沽供电中心对虚拟变电站和仿真培训系统总体框架设计的加强，实现了对于仿真培训系统运行的控制，促进了相关效益的取得[10]；在建筑工程安全教育领域中，世博绿谷二期项目的BIM+VR安全体验馆实现了教育交底和应急培训演练的目的[11]。

VR凭借着沉浸性、交互性、多感知性等优势与多个安全教育领域进行结合，可以实现人机互动，让体验者获得视觉、听觉、触觉、动觉等多感知的逼真体验。VR在安全教育领域中的应用可以减少实验教学成本，降低涉及领域试验者的危险，达到更好的安全教育目的。VR安全教育作为安全教育新模式，正在以一种飞速上升的趋势发展。

3 VR在安全教育领域的发展策略

VR在安全教育领域中的应用不局限于上述的几个方面，还有更大的延伸空间与发展可能。而且由于VR还处于发展初期，设备笨重昂贵，用户接触培训时也会使用全新的系统，这对用户来说是一种挑战。从技术含量和系统设计的难度来说，多感知性是VR技术的一个瓶颈，目前还无法让体验者多感知地全面体验。我们针对上面提出的一些问题，列举了以下几种发展策略来促进VR安全教育事业的发展。

3.1 增强多感知性

VR技术被公认为是21世纪重要的发展学科，涉及众多研究和应用领域。VR的多感知性是评判VR安全教育系统是否被用户认可的标准。理想中的VR技术应该具有一切人所具有的感知功能，但限于目前传感技术的发展，VR技术所具有的感知功能仅包括视觉、听觉、力觉、触觉、动觉等，未来要将人类更多的感知功能应用其中，进一步普及VR在安全教育中的应用。交互性同样是VR技术在安全教育领域的优势和发展方向，可以将“眼球追踪”、“手势跟踪”、“肌电模拟”等多种交互方式结合到VR安全教育中来进一步增强交互性。

3.2 扩大应用范围

一方面，要建立安全体验馆或者在现有的VR体验馆中专门开辟以安全教育为主的栏目，让更多的人可以接触到以VR技术为载体的安全教育新形式；另一方面，要不断探索研究并改善现有的VR安全教育软件，提高VR安全教育的教学效果，继续拓展VR技术在其他安全教育领域的应用范围，更大程度上发挥VR技术沉浸式、交互式等优势。

VR技术的应用，填补了IT与安全教育融合处的空白。“VR+安全培训”的融合更是扩大了教育对象的范围。如美国纽约应急管理办公室使用灾害管理模拟器(ADMS)进行培训[12]。市民可以利用操作杆来穿行由应急办利用人工智能等技术构建的虚拟城市。指挥者可以引导市民通过目标点，同时，通过与市民的实时沟通，达到应急的需求。VR与安全教育的融合朝向深度化，广度化的发展趋势已不可阻挡。

3.3 增加公益模式

对“VR+安全教育”进行公益化运作，可以解决设备昂贵的问题，让更多的人能参与其中。在相关部门的帮助下，向一些需要安全培训的地区或企业投入VR设备，定制模拟真实安全培训场景内容，有效减少人员伤害。在学校建立VR实验室或体验馆，学生们可以在老师的带领下到VR实验室或者VR体验馆有目的地进行安全教育学习。VR还可以助力教育扶贫，通过向教育不发达地区捐赠VR设备，同时提供定制化的安全教育科普类内容，给孩子们打造一个360度虚拟现实沉浸式的学习环境和学习体验。公益性的运作可以使VR安全教育走的更长久，这也是VR未来的发展方向之一。

3.4 加大普及力度

现今，VR技术的发展还处于初级阶段，这种形式的安全教育对于用户来说是一种全新的挑战。5G时代即将到来，这将会大幅降低网络传输延时、提供更大的带宽，这为VR技术的广泛应用提供了更好保障，人们不需要复杂的操作，便能体验到VR的魅力。除此之外，我们还可以通过短视频和举办相关科技性比赛等方式将“VR+安全教育”模式大规模宣传。

4 结语

随着大数据、云计算、移动互联网为特点的信息时代的到来，虚拟现实技术成为国际科技创新的一个新的方向。未来在安全教育领域还要继续加大投入，发挥虚拟现实技术在安全教育领域中的优势，提高安全教育的教学效果，维护每个家庭的幸福。同时，VR技术的发展将推动新技术、新产品、新业态在各领域广泛应用，促进我国信息产业高质量成长，为我国经济社会发展提供新动力。