虚拟现实技术在校园消防实训中的应用分析

胡 国 进

(南昌师范学院物理与电子信息学院，330032，南昌)

0 引言

校园消防安全事关师生的人身安全和财产安全，由于校园消防安全具有人员密集、涉及领域广等特点，一直是各级政府和广大群众十分关注的事情[1-3]。校园消防是校园安全管理中的重要环节，也是校园安全的重中之重。最近几年，教育部每年都对部属院校的实验室安全进行抽查；江西省教育厅都组织相关专家进驻各高校检查校园实验室安全，排除学校实验室安全存在的隐患，最大限度地防止校园消防安全事故的发生。此外，校园消防也是社会综合治理的一个重要内容之一，各级政法机关都将其作为社会综合治理的检查内容。要消除校园消防安全事故，开展必要的校园消防演练实训是一个重要的办法。通过解决校园消防实训中的难点、堵点，可以更好地保障师生的生命财产安全，为学校管理服务，实现学校管理与科研的有机融合。但是，要开展校园消防演练实训，需要投入大量的人力物力，本身也存在一定的危险性。因此，校园消防演练实训很难做到常态化，难以保障演练实训的时效性。最近几年来，随着虚拟现实(简称VR)技术的快速发展，发现利用VR技术开展校园消防演练实训，可以在很大程度上满足校园消防演练实训的需要，让师生掌握必要的消防安全常识以及处理校园消防安全的方法，培养师生学会自我保护，远离校园消防危险及良好的应急心态[4-6]。开展校园消防VR演练实训是深入推进数字经济做优做强“一号发展工程”和深入贯彻习近平总书记视察江西重要讲话精神、服务江西地方经济社会发展的具体行动。对于保障校园消防安全、促进VR技术的应用和服务南昌和江西地方经济社会发展具有重要的意义。本文着重探讨开展校园消防VR演练实训的必要性和可行性。

1 开展校园消防VR实训的必要性

开展校园消防VR实训是常规校园消防演练实训的升级，可以让师生掌握必要的消防安全常识以及处理校园消防安全的方法，培养师生学会自我保护，远离校园消防危险及良好的应急心态。因此，开展校园消防VR实训有其必要性和科学性，具有很多常规校园消防演练实训没有的优势，有一定的必要性。

1.1 校园消防责任重大

校园消防安全具有人员密集、涉及领域广等特点，尽管各级政府和广大群众都十分关注校园消防安全，但是，校园消防安全事故仍然时有发生。据统计，截止2019年，全国共有各级各类学校53.01万所，在校生2.82亿人，教师1 732.03万人；另有幼儿园28.12万所，在园幼儿4 713.88万人；在校人数约占人国人口的近30%。共计81.13万所学校，以每所学校每年5 000～10 000元的消防实训经费计算，约需40～80亿相关经费。使用VR技术一次性投入，常年受益，且投入经费远少于常规消防实训费用。校园消防肩负着师生生命安全，责任重大，如何保障校园消防安全就显得尤为重要，通过消防实训提高师生消防技能和知识水平是提高校园消防安全的重要途径之一。教育部和省委省政府高度重视校园消防工作，将其列为校园安全检查的重要内容之一，教育部每年对部属院校的实验室安全进行抽查；江西省教育厅每年组织相关专家进驻各高校检查校园实验室安全，排除学校实验室安全可能存在的隐患，将实验室安全事故消灭在萌芽状态[1]。据统计，最近几年江西省都没有发生一起重大的校园安全事故。

1.2 降低消防演练危险性

消防实训可在很大程度上提高师生的校园消防安全意识，对消除校园消防安全隐患具有重要的作用。但是，进行校园消防演练本身就不是一件容易的事情。除了成本高、涉及人员广泛以外，校园消防演练也存在一定的危险性。而这些危险都有可能导致非常严重的校园消防安全事故，给师生的生命财产安全带来严重危险。VR技术的应用，可实现校园消防实训的虚拟化，使参加学习的学生如身临其境；尽管在消防演练实训过程中会出现各种虚拟的危险情况，但虚拟现实终归是虚的，无实际危险，无环境污染，不会产生任何实际的危险和污染；与常规的消防演练实训相比，VR消防演练实训更加安全，科目更齐全，感受也一样真实。

1.3 普及消防演练实训

校园消防安全是一项特殊的技能，通过常规的技能传授和消防安全宣传难以达到消防演练实训的作用。但是，校园消防演练除了成本高、具有一定的危险性以外，还需要演练人员在同一时间进行演练。这些因素在很大程度上限制了校园消防演练的普及性。将VR技术应用于校园消防实训在很大程度上可以克服常规校园消防演练带来的弊端，利用学校现有的现代教育技术设备加上必需的VR辅助设备，即可面向全校师生实现校园消防实训的虚拟现实化。通过虚拟的消防演练，师生能真实感受火灾现场气氛，在没有任何危险的情况下，帮助师生学习在火灾中自救、逃生、正确使用消防设施、寻求帮助的方法和技能。VR校园消防演练实训不仅可以将常规校园消防演练实训中无法还原的灾难场景进行高精度模拟，使师生有身临其境的感觉，在实训的同时做到寓教于乐，提高师生的学习兴趣和实训效果。还可以在不发生任何危险的情况下，降低演练实训的成本和人力支出，为普及消防演练实训提供了可能。

1.4 有助于服务地方社会经济发展

VR产业是数字经济的组成部分之一，发展VR产业也是发展数字经济的重要举措之一。最近几年来，江西省委省政府高度重视VR产业的发展，连续4年在南昌举办世界VR大会。2022年1月30日，在《关于深入推进数字经济做优做强“一号发展工程”的意见》(赣发[2022]4号文件)中江西省委省政府明确提出“统筹推进南昌VR、鹰潭智慧、上饶大数据等数字经济领域特色科创城建设”、重点打造“智慧交通”“VR+教育”“VR+培训”“VR+医疗”等具体应用场景。开展校园消防VR实训是统筹推进南昌VR科创城建设、打造VR之都的重要内容之一；是深入推进数字经济做优做强“一号发展工程”，是深入贯彻习近平总书记视察江西重要讲话精神、服务江西地方经济社会发展的具体行动。开展校园消防VR实训既可以提升校园消防实训的技术含量和安全，反过来又可以促进VR技术的进一步发展，对于服务南昌和江西的地方社会经济发展具有重要意义。

2 开展校园消防VR实训的可行性

开展校园消防VR实训不仅具有必要性，而且由于政府重视、技术成熟等因素，具有现实可行性。具体而言，主要有以下4点。

2.1 VR具有趣味性

现有的VR都具有声音渲染和力触觉渲染功能，声音渲染就是通过三维虚拟声音将声音围绕在听者双耳的一个球形中的任何地方，使听者感到声音来自多个方位，产生与众不同的听觉效果。南昌力触觉渲染使用户在虚拟环境中能够感知到虚拟对象接触表面的几何外形、纹理、硬度、温度等物理信息。反过来，力触觉渲染还使用户在与虚拟环境进行交互的过程中，给用户一定的力的反馈，从而使得用户产生“真实摸到实物”的感觉。运用VR技术进行消防实训，能实现校园消防实训的多样化，使校园消防实训更真实，更具知识性、趣味性、科技性，在减少实训危险和降低实训成本的同时，达到甚至超过常规实训的效果。

2.2 VR技术成熟

VR技术是利用计算机技术建立一个包含实时信息、三维静态图像或者运动物体的完全仿真的虚拟空间，在这个虚拟空间里，用户可以在其中按照一定的规则和虚拟的信息进行交互。自从1958年诞生了第1台VR模型以来，直到20世纪70年代，美国国家航空航天局将自行研发的虚拟现实设备正式运用到航天领域中，VR才开始正式得到实际应用。此后，随着个人计算机的广泛应用，VR的研究得到极大的发展。1984年VPL Research公司推出了世界上第1台面向市场的VR头显设备。由于价格高达10万美元，导致这款头显设备没有得到广泛应用[4]。近十几年来，随着半导体等技术的成熟，许多科技公司纷纷推出各种VR相关的软件和硬件设备，VR技术在军情训炼、教育、医疗、娱乐等相关领域已经得到了广泛的应用，并逐渐进入普通民众的生活和工作中。

我国VR技术研究虽然起步晚，与欧美发达国家相比还存在较大的差距，但是由于国家和研究人员的高度重视，VR技术最近几年在国内也得到极快的发展，一大批高校和企业开始研发相关的技术和硬件装备，逐渐缩小了与欧美发达国家之间的技术差距。清华大学采用QuickTime技术，实现了大全景的VR系统。浙江大学则研制出在虚拟环境中进行快速漫游的算法和递进网格的快速生成算法。自从2016年推出第1款自主研制的VR头盔后，“HTC威爱教育”公司在此后不久又推出了第2款自主研制的VR头盔和大量的VR软件设备，对促进VR技术发展、缩小与欧美发达国家之间的技术差距起到了重要作用。自从举办第1届世界VR大会以来，不少VR企业落户南昌，使得南昌的VR产业得到迅速发展，相关的VR技术也逐渐成熟，完全能够满足校园消防VR实训的需求。

2.3 政府高度重视

自从2016年VR元年以来，我国各级政府高度重视VR产业。教育部早在2017年7月就发布了《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》。要求2020年以前在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设[5]。目前虚拟仿真实验教学在全国得到了广泛的应用，不少高校都开始了虚拟仿真实验教学。为进一步提升江西省高校服务VR产业发展的能力，江西省教育厅于2019年5月印发了《江西省教育厅关于加快推进虚拟现实产业发展行动方案(2019—2023)》。强调到2023年，要构建起全省高校VR领域人才培养体系，转化应用VR领域科技成果，奋力打造VR人才聚集“江西高地”[5]。最近几年，江西省工信厅和科技厅在VR产业也投入了大量的资金，引导省内高校和企业进行VR技术的相关研究和硬件设备生产。校园消防是政府最为重视的安全，因此与当前的VR技术结合。VR技术的使用，有利于年轻学生积极参与校园消防实训的学习；VR的虚拟性有利于提高校园实验室等危险环境的模拟，增强师生的体验；VR技术的使用有利于降低校园消防实训的实际支出，改进为VR消防实训其费用将降低50%以上，而且可反复使用；VR虚拟现实技术的应用，使消防实训变身为绿色消防实训。

2.4 VR消防实训前景广阔

尽管VR技术在军情训炼、教育、医疗、娱乐等相关领域得到了广泛的应用，对促进国民经济发展起到了推动作用。但是VR技术应用于消防实训等公益性事业却仍不多见，而学校消防教育又是学校教育的重要组成部分，对校园安全和广大师生的生命安全有着极其重要的影响。无论从学校消防教育的长期性和学校消防教育培训的可行性来看，开展VR校园消防实训都具有非常大的空间，是科技服务教育，利国利民之事。因此，利用VR技术开展校园消防实训既可以促进VR技术自身的发展，也将推动最新技术对地方经济社会的发展，值得大力推广。

3 小结

VR技术是21世纪的一项重要技术，在国民经济社会发展中具有重要的应用研究。将VR技术应用校园消防实训是VR技术的一个重要应用领域，必将极大地推动我国的VR发展和校园消防安全教育，对保障广大师生的生命财产安全和学校安全具有重大意义。本文根据VR技术的发展现状，分析了利用VR技术开展校园消防实训的必要性和可行性。综合而言，在各级各类学校开展VR校园消防实训是值得大力推广的事情。