虚拟现实技术在交通安全课程教学中的应用探索

向往

[摘 要]通过对新工科背景下虚拟现实技术在交通运输中的阐述，分析交通运输类专业安全课程的特点以及虚拟现实技术在交通运输课程中仿真环境的应用，探索虚拟现实技术在交通运输类专业教学中的应用，有效提高交通运输专业课程教学效果。

[关键词]新工科;虚拟现实;交通运输;实验教学模块

一、背景

虚拟现实技术集人机交互技术、图像融合技术、传感技术、人工智能技术、计算机三维仿真技术等多个新兴技术于一体，能够提供沉浸感强的虚拟环境做展示。VR眼镜和驾驶模拟器是虚拟现实技术在交通领域的两个典型应用。清华大学陈劲和吕文晶提到虚拟现实技术未来在自动驾驶和语音图像识别领域会有重要应用;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;Fisher分别从理论和实践介绍了不同类型驾驶模拟器在交通工程学、土木工程学、医学、行为科学、心理学等多个学科的交叉应用;王海燕等人分析了虚拟现实技术在轨道交通车辆相关教学中的应用。

以往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，本文将从更微观的层面探讨虚拟现实技术的应用模式。

二、交通安全课程的特点

交通安全课程作为交通类专业和安全类专业的主干课程，需要向学生系统地介绍交通安全与交通参与者、车辆、道路、环境之间的关系，阐述交通系统各元素之间的关系，分析交通安全隐患和交通事故机理，介绍可预防或减少交通事故的方法，阐述交通安全与基础设施之间的交互关系，还能够让学生从规划和设计层面思考安全问题，为制定交通安全对策提供依据。

该课程主要包含三个核心内容：交通系统的四大组成部分与交通安全的关系;交通事故统计、分析与预测;交通安全评价与安全保障技术。这三个内容都适合采用案例教学法，例如交通事故再现环节，文字和图片都难以清晰明了地描述事故发生的完整过程和导致事故发生的关键影响因素。

三、虚拟现实技术在交通安全课程教学中的应用

虚拟现实技术的优势是可以以驾驶模拟器和VR眼镜等设备为依托，向学生提供沉浸感强的仿真环境，并且实现人机互动，使学生通过实践了解事件发生的前因后果和关键影响因素。通过改变可视的仿真环境可以营造不同的交通场景，不同的场景可以对应不同的原则和理念，因此，虚拟现实技术在交通安全课程教学中的应用可以包含以下三个部分：

（一）制作标准化的交通安全场景

场景是虚拟现实技术的外在表现，但是交通安全所涉及的场景众多，因此，只能根据授课内容构建标准化的交通安全場景，通过分别定义地形、道路类型、交通设施、车辆、行人、环境视距等多个交通安全的影响因素构建标准化场景，且实现多个场景的组合使用。

（二）分析场景的安全机理

在标准化场景制作完成后，让学生在驾驶模拟器或者VR眼镜等虚拟现实设备上开展实践，通过视频展示和人机交互两种形式协同进行，让学生在实践中感受交通隐患的产生机理，结合理论知识的讲解和课堂讨论让学生加深理解。

（三）方案讨论与改进循环

当学生完成某个场景的交互实践和理论知识的学习之后，学生学习仍然以被动接受为主的话，则需要进一步提升学生的主动思考能力和学习能力，让学生寻找标准化场景中的安全隐患和原因，并提出针对性的改进方案，在有条件的情况下让学生对虚拟现实场景进行改进，基于新方案重新制作交通安全场景，循环开展“场景制作—理论知识—交互实践—方案改进”这一过程，实现知识学习的主动性和持续性。

参考文献：

[1]陈劲， 吕文晶. 人工智能与新工科人才培养： 重大转向[J]. 高等工程教育研究， 2017（6）.

[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）.

[3]Fisher D L， Lee J D， Rizzo M， et al. Handbook of driving simulation for engineering， medicine， and psychology[M]. Florida CRC Press， 2011.

[4]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]. 教育教学论坛， 2016 （14）：259-260.

[作者单位]

长沙理工大学交通运输工程学院

（编辑：温子超）