虚拟现实模拟应对公共卫生事件科普系统的应用

杭昊 姚政言 张桂霞

摘 要：近些年来，各种突发性公共卫生事件频发，这类突发事件影响范围广、对公众健康和社会发展危害严重，为提高突发公共卫生事件的应急能力，借助虚拟现实技术，研制应急培训的虚拟模拟系统具有十分重要的意义。本文介绍了虚拟现实软件研发的所依据的理念、软件的结构和功能特点、应用效果以及虚拟现实模拟软件在突发公共卫生事件的应急处置培训中的应用开发背景和基本思路予以阐述。

关键词：突发性公共卫生事件;应急;虚拟现实技术

自从传染性非典型肺炎疫情和新型冠状病毒肺炎疫情发生以后， 全球公共卫生领域对如何提高突发事件的应急准备和应急反应能力日益关注。传统的应急培训模式主要以老师讲授书本知识为主，缺乏实践演练的机会，往往事倍功半。因此，重视现场流行病学的公共卫生管理者们都在努力探索创新更为高效先进的应急培训模式。利用虚拟现实模拟技术开发的教育模拟软件是一种新型的教育工具，它需要教育理念的提升，教育手段先进性的认识，以及对计算机教育游戏类软件的认知等知识背景的强大支撑。下面详细进行阐述， 并根据实际科普内容设计一套开发模式。

1 教育理念的提升，探讨以问题为基础的学习教育模式

基于问题的学习（PBL）是以学生为中心， 在老师的启发指导下， 以自我學习为主和举行讲座为主要形式的新型课程模式。它相对于教师照本宣读， 学生济济一堂的传统教育模式， 变被动教育为主动教育，已日益成为一种新的教育模式。国内外一些专门研究的结果表明， PBL教育比一般传统教育更能激发学生的学习动力， 在培养学生的合作精神和解决问题的能力也具有特别的优势。

2 教育手段的先进性，医学教育中的虚拟现实模拟

在计算机网络日益普及的信息时代，教育手段日益多样化。计算机网络和各种教育软件已成为学生自主获取信息和自我教育的主要手段之一，PBL教育也变得越来越重要，为了促进学生的交互式主动学习和经验性学习，利用计算机虚拟现实技术和人工智能技术， 模拟特定的医学环境、人物和教学内容，可以开发出许多别具一格的计算机教育软件或教学平台 。这些在基础医学、临床医学和公共卫生方面都已有所开展。

3 计算机教育游戏类软件的认知

3.1计算机游戏形式

主要分为两大类：感觉和动作游戏 （即“S&A”游戏：强调感觉和动作技能） 和战略游戏 （强调认知能力） 。其中战略游戏又可分为冒险游戏、角色扮演游戏、战争游戏等多种类型 。计算机游戏不仅具有人们最为熟悉的娱乐功能，也能为受训人员提供虚拟现实的作战训练方式， 这在军事上已成为一个前沿的研究领域。在数字化技术的基础上，通过建立相应的战场环境图形和图像库， 储存各种战场对象、作战背景、作战场景及作战双方人员的图形图像， 营造出作战训练所需要的一个“人工合成环境”，使受训者在逼真的虚拟环境 （特别是仿真未来战场环境）中进行训练。在战争爆发前，美军专门为海军陆战队秘密开发了一款计算机游戏软件， 里面的地形、街道、建筑、桥梁等标志物都是依照巴格达的特征模拟的。海军陆战队队员进入巴格达之前都用这一计算机游戏进行训练。

3.2计算机游戏的应用

计算机游戏在医学教育中的应用还处于初级阶段。基于美国华盛顿市伍得罗？威尔逊国际中心倡导的“严肃的游戏行为”，2004年举办了首届“健康游戏竞赛”，它关系到全球医疗服务的质量。这是为了建立一种新的方法。会议每年举行，其内容和主题不断更新，并在专业网站实时公布。在2006年的健康游戏大会 （G4H2006） 上有学者提出了“身体是一个游戏”， “游戏与流行病”， “游戏使得有趣”等多个新颖大胆的主题， 同时展示了“免疫进攻”等新的计算机游戏软件原型。

在突发公共卫生事件应急队伍能力培养中，也渗透了游戏互动和计算机网络教育的理念。

4 虚拟现实技术的可行性

基于虚拟现实技术模拟突发公共卫生事件的情景，创新性的借助虚拟现实技术打破现实世界中突发公共卫生事件无法演练的局限性，把科普内容更逼真、多样、互动的进行虚拟呈现，将模拟演练变为可行;软件系统研制目的是让公众掌握突发公共卫生事件应急处置措施和操作技能以及调查的计划、组织和实施全过程。软件系统不仅能满足应对突发公共卫生事件的系统学习，同时可以扮演不同职业角色进行相应的现场虚拟仿真调查与处置，因此该项目提供了一种创新的、高效的、先进的虚拟现实科普系统。系统框架分为用户模块，教学管理模块以及公共卫生突发事件虚拟仿真实验模块，构成完整的虚拟教学体系。

5 模拟软件的设计构想

以人感染高致病性禽流感疫情爆发的应急处置能力培训为例，拟开发一套三维角色扮演教育模拟软件。在实践培训的基础上， 构架一套基本的软件开发思路。

5.1模拟目的

希望通过本软件的应用达到目的：

（1） 了解不明原因肺炎的定义、报告及处理方法。

（2） 了解对突发公共卫生事件应急预案的启动和应急响应。

（3） 了解并掌握对人感染高致病性流感疫情的调查和处理。

（4） 了解对流感疫情发生后监测工作的开展。

（5） 培养现场处置人员的应急意识和团队精神。

5.2主要人物和场景

软件中提到的角色主要是疾控中心主任、传染病预防所所长、值班人员、病人、机械调查医生、消毒人员、临床医生、护士、专家组成员、政府领导等人员。角色的姓名、性别和形象都已设定。场景包括疾控中心、医院门诊部、医院会议室、医院监护室、隔离病房、卫生局、病人家、养鸡场等。

5.3主要开发模式

采用角色扮演类计算机游戏开发模式， 适当纳入三维技术， 设计环环相扣、紧张有序的模拟演练内容。

主要流程如下：

（1）进入网站后，角色位于疾控中心办公室，主要角色为中心主任、传染病预防所所长、值班人员等。

（2） 完成第一项任务，到医院提取疑似病人的流行病学调查和生物样本，完成后返回，向主任汇报结果。

（3）任务完成后，进入下一层接受新任务。

（4）每一层根据培训教材， 设定模拟内容。

（5）在完成所有任务后， 给予评级。

6 结语

本文仅就虚拟现实模拟软件在突发公共卫生事件的應急处置培训中的应用开发背景和基本思路予以阐述，但是任何一套软件的开发都需要经过计划、开发和运行三个阶段才能最终推广运用， 其中软件计划阶段即定义用户需求和系统功能， 并进行周密的技术、经济等方面的可行性研究又是软件开发工程中至关重要的第一步。文中所提的一套拟开发软件也需进一步的深入研究和探讨， 才能正式进入开发阶段， 成为我国疾病预防控制能力建设的一项科技武器。

参考文献：

[1] 韩双霞，余世明，黄云龙.VRML虚拟现实技术在军事演习中的应用[J].电脑知识与技术，2005（18）：72-75.

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[4] 曹 蕾，张 煜，吕庆文，等.三维虚拟环境中的公共卫生医学PBL教学设想[J].中国医学教育技术，2008，22（5）：434-435.

基金：2019年山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目： 虚拟现实模拟应对公共卫生事件科普系统（项目编号：S202013324005）

作者简介：

杭昊，男，1999年2月，山东济宁人，本科，山东协和学院数字媒体技术专业学生，主要研究方向为：数字媒体技术，动画艺术等。

姚政言，女，1998年8月，山东烟台人，本科，山东协和学院数字媒体技术专业学生，主要研究方向为：数字媒体技术，动画艺术等。

张桂霞，女，山东济南，硕士，本文指导教师，主要研究方向：数字媒体技术

（山东协和学院  山东济南  250109）