虚拟现实技术在城市公共交通相关课程教学中的应用探索

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摘要：虚拟现实技术是多学科交叉的智能化和可视化前沿技术，在交通领域的最大应用是汽车驾驶模拟器。在虚拟现实技术的功能介绍基础上，探讨了高仿真度汽车驾驶模拟器在城市公共交通相关课程教学中的应用可能性，阐述了基于实验模块构建的教学应用模式。

关键词：新工科、虚拟现实、交通运输、实验教学模块

一、背景

虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。高仿真度汽车驾驶模拟器是虚拟现实技术在交通领域的两个典型应用。目前很多国家已经将智能汽车驾驶模拟器引用汽车驾驶教学当中.汽车驾驶模拟期辅助教学对增加汽车驾驶培训科技含量起到促进作用[1];重庆文理学院罗万成提出了以VR实际项目为载体的工程实践体系，培养虚拟现实产业需要的"新工科"人才[2];史磊结合交通运输学科背景和多年驾驶人因运营管理实验教学的探索与研究，完整阐述了"三层次，三模块，三保障"的实验教学体系和构建原则，并重点论述了驾驶人因运营管理三大实验教学模块的内容与实施[3];王海燕等分析了虚拟现实技术在轨道交通车辆相关课程教学中的应用[4]。

前人研究中主要以虚拟现实技术的发展和在学科中的应用为主，深入到具体课程的应用较少。因此，本文面向城市公共交通课程，从更微观的层面探讨虚拟现实技术的应用模式。

二、城市公共交通课程的特点

城市公共交通课程是交通工程、交通运输等专业的主干课程，需要向学生系统地介绍城市公共交通与交通参与者、车辆、道路、环境之间的关系，阐述公共交通系统各元素与运营管理和效率之间的关系，包括客流调查、线网规划、行车作业计划的编制、调度方法的运用、智能调度技术及其应用，能够让学生结合规划和设计理念思考运营管理问题，为制定城市公共交通运营管理对策提供依据。并且现在公交车辆的高比例电动化、智能化需求等现象为城市公共交通运营管理带来了新的问题，在本门课程中也会进行探讨。

该课程主要包含三个方面的核心内容：七种城市公共交通方式的分类、组成、特性介绍;城市公共交通行车计划和调度管理;城市公共交通评价与车站运营管理。行车计划、系统评价和运营管理相关内容都适合采用案例教学法，例如公交车进站行为对其他车辆驾驶行为的影响，文字和图片都难以清晰明了地描述影响发生的完整过程和关键影响因素。

三、虚拟现实技术在城市公共交通课程教学中的应用

虚拟现实技术在城市公共交通领域的应用主要是依托高仿真度汽车驾驶模拟器和VR眼镜，为学生们提供可视化、可互动、互反馈的仿真实验环境，使学生能够通过驾驶实验操作或者沉浸式场景观看来体验不同的城市公共交通运营调度管理方案对所有交通参与者产生的影响。通过调整可视化实验场景的不同方案，可以对比分析方案的优劣性，确定关键影响因素的建议值，不同的场景可以对应不同的原则和理念，因此，虚拟现实技术在城市公共交通课程教学中的应用可以包含以下三个部分：

1、标准化城市公共交通场景制作。城市公共交通涉及到的知识点众多，需要首先整理适合开展虚拟现实实验的知识点，然后基于虚拟现实设备的软硬件特征，分别确定场景中包含的道路、地形、交通附属设施、静态车辆、动态车辆、非机动车、公交车、行人、公交站台、树木环境等城市公共交通运营管理的影响因素，模块化构建标准场景。

2、城市公共交通运营管理影响机理分析。在标准化城市公共交通场景制作完成后，学生在高仿真度汽车驾驶模拟器或者VR眼镜等虚拟现实设备上进行实验，通过视频展示和人机交互两种形式让学生在实验中感受城市公共交通运营管理方法对于城市交通的影响机理，理论知识讲解、课堂案例讨论和实验教学相结合增强学生的理解深度。

3、方案结果对比和方案改进。当学生完成虚拟仿真实验场景的实验环节，处理实验数据，对多个方案的实验进行结果对比分析，进一步提升学生的主动思考和学习能力，请学生分析标准化场景实验结果产生的原因，提炼影响不同方案结果的关键指标，并在关键指标的数值最优化分析基础上提出针对性的改进方案，然后重新制作实验场景开展实践，循环开展“理论学习—场景制作—仿真实验—方案改进”这一过程，体现理论知识学习和实践学习的相互支撑。

参考文献：

[1]汪世发， 万远红， 冉小江. 智能汽车驾驶模拟器在汽车驾驶教学中的应用意义[J]. 当代教育实践与教学研究：电子刊， 2017， 000（004）：221.

[2]罗万成. 虚拟现实技术与 “新工科” 人才培养——以重庆文理学院为例[J]. 收藏， 2018， 1： 007.

[3]史磊. 基于驾驶模拟器的人因运营管理实验教学体系设计[J]. 实验室科学， 2020， 23（5）：7.

王海燕， 阮久宏， 王守锋. 虚拟现实技术在轨道交通车辆相关课程教学中的应用[J]. 教育教學论坛， 2016 （14）： 259-260.