探路虚拟现实场景下的个性化警务实战教学

2019-06-25房汉平

中国教育网络 2019年5期

文/房汉平

在公安大数据战略和智慧新警务背景下进行公安院校教学改革是一个重要的研究课题，学者们从不同的角度对公安院校教学改革做出了相关的研究[1-3]，从教学理念、教学内容、教学方法等方面同步推进，对警务化教学改革做了初步的探讨，以问题为导向、以实战为引领，积极推动警务实战训练升级转型，结合实战构建具有公安院校特色的警务教学模式，解决贴近实战能力方面培养的难题。

实战教学是公安院校人才培养的一个重要教学方法，也是实现新形势下强警目标的关键环节。提升公安院校实战教学训练水平必须遵循实战教学的应用性、检验性、对抗性、风险性等基本特征，破除在教学、科研、作风、环境等方面的现实困境，把实施部门联动工程、提升教师施教能力、培树学员战斗精神、创设实战环境氛围作为四个发力点，以期培养适应公安工作的实战型、复合型人才[4]。

近年来，随着VR 虚拟现实技术的快速发展，警务实战教学训练引入VR 虚拟现实技术，融合了真实场景和虚拟世界，以三维建模、实时互动、人工智能和身临其境等解决公安院校实战教学中所遇到的警务实战训练安全隐患多、实训成本高、拓展资源少、教学效果差、实践探究有限等问题[5]，提升了实战教学水平、丰富了实战教学资源。但同时，VR 虚拟现实技术本身也会带来各种问题。主要体现在VR虚拟现实技术设计上易出现千篇一律，无法实现不同警种不同专业学员的个性化教学，特别是结合问题导向的个性化教学。为了解决这些问题，本文拟引进人工智能中的精准推送方法，研究建立VR 虚拟现实场景下的个性化实战教学模式。

VR 虚拟现实教学模式

虚拟现实，英文名为Virtual Reality，简称VR 技术，也称灵境技术或人工环境[6]。虚拟现实技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及高分辨率显示技术，生成三维逼真的虚拟环境，使用者戴上特殊的头盔、数据手套等传感设备，进行实时交互，感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而获得身临其境的感受和体会。

虚拟现实技术主要特征

沉浸性：虚拟现实所创造的虚拟环境能使人产生身临其境的感觉，使其相信在虚拟环境中人也是确实存在的，而且在操作过程中它可以自始至终的发挥作用，就像真正的客观世界一样。

交互性：虚拟现实所创造的环境中，人如同在真实的环境中一样与虚拟环境中的任务、事物发生交互关系。

构想性：虚拟现实能启发人的创造性的活动，不仅要能使沉浸于此环境中的人获取新的知识，提高感性和理性认识，而且要能使人产生新的构想[7]。

虚拟现实教学模式的优势

VR 虚拟现实融合了真实场景和虚拟世界，以三维建模、实时互动、人工智能和身临其境的特征，成为“未来教育改革”的重要发展趋势，特别地，虚拟现实在教育领域也获得了广泛的关注与应用，为教学改革提供了新的空间、平台和可能性，丰富了教学的实践形式和多样性。具体地，虚拟现实教学模式具有如下优势：一是利用虚拟现实技术，可促进学生认知结构的形成和创新能力的提高；二是利用虚拟现实技术，可以有效地改善实验条件以达到理想的实验效果，并在一定程度上节省教育投资。

基于虚拟现实的教学模式

典型的基于虚拟现实的教学模式包括虚拟情景教学、模拟仿真教学和超现实环境教学[8]。所谓虚拟情境教学是遵循反映论的原理，充分利用形象，创设生动的场景，激起学生的学习情绪，从而引导学生从整体上理解和运用知识的一种教学法。模拟仿真教学主要是通过虚拟现实技术介绍客观事物各方面的信息，通过软件开发虚拟客观事物的状态、运动方式及过程，使得学生更容易摆脱枯燥的课本说教和计算机屏幕冷冰冰的界面，活生生地处在可以由自己控制的环境里的一种教学法。超现实环境教学主要是指现实生活中存在但不能看到的或现实生活中完全不存在的，学生通过虚拟场景进行观察，打破了空间限制的一种教学法。典型的虚拟现实教学形式包括虚拟实验室、虚拟校园、虚拟教室、虚拟图书馆、虚拟仿真平台、虚拟实训基地等。

精准推送方法

为解决VR 虚拟现实技术在实战教学中的不足，本论文拟引进人工智能中的精准推送方法，研究建立VR 虚拟现实场景下的个性化实战教学模式。精准推送方法是通过利用用户产生的历史数据，挖掘出指定用户的潜在喜好，从而实现从庞杂的数据中找到最符合用户喜好的内容的目标，提高相关商品或信息的点击率及相应商家的效益等[9]。经典的精准推送方法包括基于协同过滤的推送算法、基于内容的推送算法，以及基于两者结合的混合推荐算法。他们的基本策略都是通过计算出用户或者商品之间的相似度，进而通过用户的相似用户喜欢的物品或是用户喜欢过的物品的相似物品，找到指定用户最有可能喜欢的物品集合。传统的计算相似度的方法，多为皮尔逊相似度、余弦相似度等[10]。

VR 场景下的个性化实战教学模式

由于警务实战教学训练存在着安全隐患多、实训成本高、拓展资源少、教学效果差、实践探究有限等问题，引入VR 虚拟现实技术，不仅仅可以大力推进警务实战教学模式的改革，还有助于提高学员自主深度学习的水平。从实战教学维度出发，基于VR 虚拟现实的警务训练系统除了具备传统虚拟现实技术的沉浸性、交互性和构想性之外，还具备很强的安全性以及实时的动态反馈性，并有助于构建一种可控的、逼近真实、多感知一体化的学习环境，使学员由理论教学的被动接受者变成课堂的主导者，并通过人与虚拟世界的多元感知和自然交互，实现自主探索和认识客观事物的目标。

因此结合公安院校教学和专业设置特点，引进人工智能中的精准推送方法，研究建立VR 虚拟现实场景下的个性化实战教学模式。框架如图1 所示。

1.教师根据警务实战训练教学大纲，结合实战训练素材，制作虚拟现实实战教学模块集，将使模块集极大地丰富实战教学资源。

2.通过深度学习方法，如图2 所示，对每一个虚拟现实实战教学模块提炼出一个用于描述该模块特征的虚拟现实实战教学模块特征向量，得到一个特征向量集。对于每一个学员，根据其已经学习的虚拟现实实战教学模块或者其他学习历史资料，提取得到学员的特征向量。

3.对于每一位学员，通过皮尔逊相关性系数或者余弦相似性计算该学员与每一个虚拟现实实战教学模块之间的匹配度。

4.挑选出若干个具有最大的匹配度的虚拟现实实战教学模块作为最佳的训练模块子集，推荐给每一位学员。