虚拟现实技术在警械武器教学中的应用探索

2020-01-09高振峰

科教导刊 2020年21期

高振峰

（中国刑事警察学院辽宁·沈阳 110845）

1 公安院校警械武器教学面临的主要问题

多年来，公安院校警械武器课程改革与教学创新一直备受关注，主要原因来自两个方面，一是警务实战反馈的问题与教学训练效果形成反差，通常是练得较好，实战评价不高；二是课程改革与教学创新的内在动力不足，尤其是教学与现代科技的融合度不高。二者累积反映出当前的警械武器教学缺乏创新性实践探索和技术性革新，同时也是困扰教、学、练、战一体化模式突破发展瓶颈的关键问题。

首先，警械武器教学训练设施的建设经费高，场地维护经费高，教学耗材投入高等“三高”问题一直是困扰教学单位致力于提高教学质量的瓶颈。其次，即使部分公安院校、培训基地等教学单位改善了教学场地条件，但是，在完成基础教学的情况下，再想结合警务实战拓展教学，还是会受制于基础设施不完善的影响，模拟教学的真实性、感官素材的互动性、主客体之间的对抗性等方面很难在教学活动中得以体现。再次，在固有场景进行学练，出于安全考虑，学生、教师和教辅人员无法脱离繁杂的安全操作程序，费时、费力，学练效率大打折扣，同时也无法依据警务实战开展多类型警械武器的综合练习与演练，教学练战脱节问题仍然存在，学生对警务实战的真实感知力得不到锻炼。

2 虚拟现实技术为警械武器教学改革提供了有利条件

随着虚拟现实(VR)在技术上的进步与逐步成熟，VR创新应用在近几年发展迅速，应用领域已经由过去的军事、航天、飞机制造等重点领域，延伸到娱乐、艺术、影视、医疗、教育、体育、房地产、旅游、制造、消费等各领域和行业。特别是近年来，关于虚拟现实技术应用在公安专业教育教学领域的研究不断增加，比如虚拟现实技术在法医病理学中的应用；虚拟现实技术在公安实践教学和培训工作中的应用研究；公安院校消防虚拟仿真教学系统的设计与研发；等等。相对于公安专业教学虚拟现实技术的应用研究，虚拟现实技术被应用在警械武器教学领域更早也更普遍，这方面从国内外早期生产销售的警械武器训练设施设备就能得到很好的了解。但是，可能因学科专业内容与教学训练目标的差异，警械武器虚拟现实技术更注重视听感觉，根据人类的视觉、听觉的生理心理特点，借助计算机、传感器和图像生成系统来虚拟真实环境，通过多媒体技术与仿真技术相结合生成逼真的视觉听觉一体化的虚拟环境，从而让参与者产生身临其境的感受和体验。很大程度上解决体验不方便、场景限制、实效差、不真实等问题。相比较当前警械武器教学方法存在的问题，虚拟现实技术提供了方式方法革新的可能，对解决因时间、地点、场地限制和教学内容拓展不利等久而未决的问题提供了选择。

3 虚拟现实警械武器教学系统的应用价值

基于虚拟现实技术，以学生警械武器使用技能训练内容为核心，通过虚拟场景的建立、虚拟元素设置、学练内容设定、交互设备应用，完成体验式警械武器训练模型的构建，使学生在学练中获得真实、直观的感受，有助于增强学生技能学习的体验度和实战经验的积累。系统化教学内容开发与设计、学生自主化学练和教学样态的变化可能会彻底革新警察警械武器实训方式。例如，以虚拟场景真实模拟出警现场情景，设计突发事件、典型案件、标准业务等模块，完成虚拟场景下的交互环节和学练内容，提高警察使用警械武器的合法性和合理性，从而提高学生应用警械武器、应对袭击、妥善处置现场偶发事件等方面的综合能力，增强安全防护意识，降低因遇袭等因素导致的伤亡概率。虚拟现实技术对传统教学模式的颠覆性改造，将在实现教学目标，教学练战对接以及提高教学质量等方面产生划时代的意义。

4 虚拟现实警械武器教学设计的基本思路

4.1 警械武器学练虚拟场景的设计

使用三维建模方式建立虚拟仿真的训练场地场景，关键是三个方面的设计，首先以训练场景的实景为基础，进行三维场景绘图，其中应包括警械武器练习场景和警务实战场景。其次，建立场景内的物品物理模型，例如警械武器模型包括各类枪支、警械等，犯罪嫌疑人及犯罪凶器如刀、斧等。再次，在绘图基础上对三维模型进行技术处理，以便形成高清图像和动画设计。最后，虚拟场景内容不仅能在电脑上运行，更需要串联VR头盔式眼镜，使学生能够利用便捷设备在场景中进行浏览和操作。虚拟现实警械武器的学练过程中，可根据不同技术和经验水平的学生或警员，设置相应的虚拟实战场景和虚拟情节，随机设置物品元素和虚拟人员，以增加学练的难度。

4.2 警械武器教学内容的设计

虚拟现实警械武器教学内容设计是教学创新的核心，需要软件工程技术人员根据教学大纲和教学设计进行软件开发与设计。首先需要根据教学目标设计虚拟场景中呈现的操作内容和步骤，例如设计警械武器使用规范、动作标准及流程、纠错提醒等等，更重要的是设计由警械武器学练分解动作过度到完整动作的步骤，并根据各个环节的动作规格设计技术评价标准。其次，在虚拟现实学练场景中学生可以直观看到自己的动作细节，并依据纠错提醒自觉矫正技术动作。比如在逻辑关联的技术动作前后加入触发式交互控制，由学生在虚拟现实学练场景中选择训练项目，根据学练项目设计的操作内容，对照完成相应的动作操作，无需教师干预，自动进行操作。再次，学生在学练技术内容过程中可以采用定时方式，一方面鼓励学生不断地提高技术熟练程度，另一方面由于设置了交互内容，当学生在虚拟场景中与设置的虚拟犯罪嫌疑人进行对抗时，通过虚拟人或物体的动作袭击，测试学生应激反应与合理使用警械武器的能力。在主客体交互操作过程中体会自身的判断力及掌握技术的熟练程度，增强对警务实战的感知力和经验积累。最后，在升级难度的教学内容中，通过虚拟现实和机械反馈技术的双加持，增强教学内容的真实性与主体感知力。

4.3 虚拟警械武器感知设备的设计

虚拟警械武器感知设备必须根据教学目标和警务实战需要进行设计。根据拟定的学习训练规程，设计技术动作跟踪模型。在技能动作学习过程中，学生穿戴搭载运动捕捉传感器的数据衣，由数据衣探测身体动作并跟踪，包括膝盖、手臂、躯干和脚等部位，进行学员身体动作轨迹记录。以虚拟现实方式，建立学员技术动作轨迹，通过与正确的动作轨迹进行对比，找出技能动作不规范的部位，有针对性改进技术动作。每次训练的动作捕捉反馈数据，对学员自身的强弱项和优缺点进行客观的评析，为下一次训练的提升和改进提供数据支持。例如，在制作射击训练模型时，虚拟展现装弹、上堂、射击的全过程。并对射击训练的动作姿势进行跟踪记录，通过模拟对比，找出动作中存在的缺点，使练习者可以及时准确更正射击动作，进一步提高武器使用的技术水平。

其次，根据虚拟现实技术生成压力刺激的基本工作原理，基于传感器技术，设计制作感知交互式设备。该设备为穿戴式触感交互装置，固定在练习者身体各主要关节部位；振动传感器固定在装置外套上，振动传感器通过数据电源线与感觉控制器连接，接收工作电源和动作指令信号，振动传感器的振动幅度和频率，由感觉控制器发送指令控制完成；装置背面用于固定触感控制器，数据电源线与感觉控制器连接，向振动传感器传输电源和指令；感觉控制器为嵌入式结构，内部由核心处理器、存储芯片、集成电路、无线通信模块、充电电池连接构成；为触感控制器与振动传感器提供电源。在虚拟突发事件训练中，设定虚拟犯罪嫌疑人，并设定突发攻击行为，使练习者真实感受虚拟犯罪嫌疑人的攻击。练习者可移动身体躲避攻击，并通过手柄使用警械武器进行对抗。突发事件交互过程中，反应不及时的练习者很可能遭受攻击并触发触感传感器，增强对伤害行为的感知力，相反，反应及时并处置得当，练习者将得到合格以上的评价。