VR技术在灾害教育的应用

马颖 谢雨诗 赵一燃 李佳霖

【摘要】随着科技的进步，5G时代悄然而至，VR技术的发展更加迅速。当下，我国灾害频发，已严重影响到人们的生命财产安全。为应对突发的火灾、地震、泥石流等灾害，VR技术与灾害教育相结合将是时代的需要。本文重点阐述和分析VR技术应用于灾害教育领域的优势、现状，并为VR灾害教育提供可行性建议。

【关键词】VR技术;灾害教育;优势;策略

1. VR的基本内涵和应用优势

VR技术是一种高度仿真的计算机系统，能够创建和体验虚拟世界，是21世纪多媒体技术的一大突破。它利用计算机技术，向体验者的感官传递实时生成的各种虚拟情景。近年来在国内，VR技术不断扩展其在灾害教育领域的应用范围。使用者在体验该技术模拟出的灾害情景中，深入了解火灾、地震、泥石流等灾害的特性，还能学习到应急逃生的知识，减少生命财产损失。当下VR灾害教育的市场需求不断扩大，说明人们对防灾教育的技术要求越来越高。

VR的特征基本上可以概括为五个方面：存在感、自主感、沉浸性、交互性、想象性，简称為“两感三性”。这些特征都具有普遍实用性，因而应用VR技术是灾害教育发展的趋势之一。VR技术在灾害教育应用的优势总结如下：

1.1 VR技术虚拟性强，可移植性高

基于VR技术的可移植性，可以将原有的图片、数据等传统教育元素融入到虚拟环境中。基于VR的虚拟性，可以构建出传统灾害教育无法模拟或成本过高的灾害场景，更灵活，更有利于研发人员创新。其既能引起受训人员的兴趣，强化受训人员对灾害的认识，又能反复使用，节省成本，有效应对了地方灾害教育经费不足的问题。

1.2 VR技术空间感和沉浸感强有力提高灾害教育的成效

虚拟场景往往缺乏真实性，但基于VR技术的空间感和沉浸感的特点，能够让受训者在虚拟的世界中感受到现实的反馈，提前训练其心理素质，避免其在灾害来临时产生慌乱心理。

1.3 VR技术还会对受训人员的操作数据进行记录

培训人员可以根据记录的数据进行针对性训练，更有效地积累经验。并且常规演练通常循规蹈矩，不能充分调动人的积极性，并不能达到预期效果，也无法做到个性化。随着技术的改进，VR技术将会成为传统安全教育的有力补充。

2. VR在灾害教育领域中的现状

VR技术是一个能融合其他学科知识的新载体。作为一个新事物，它既有优点，也有待改进之处。VR技术在灾害教育中推广，需要扬长避短，充分发挥它的优势。

2.1 VR在现实灾害教育的应用范围

2.1.1 应用于三维物体展示与事件还原

在实际的教学中，VR不仅可以帮助学习者了解各种现象和物体的结构，还可以通过虚拟的事件还原，让学习者亲身体验，提升学习效果。

2.1.2 应用于灾害教育培训

目前在灾害教育领域的培训，有VR消防演练培训、VR山地灾害演练培训、VR学校专题演练等等。例如，刘永福等人开发出了交互式远程防震教育软件，可以模拟出多种地震情景，可以提高受训者在不同场景下的应变能力。何高奇等人则根据VR火灾逃生游戏的应急行为评估系统，设计出“VRFEG”游戏，提高了VR技术教学的趣味性。Ishii Hirotake 等人开发了具有室内环境自动建模功能的VR地震体验系统，该系统可以对室内环境进行三维扫描并自动创建虚拟环境，降低体验系统成本的同时保持有效性。此外VR技术还可以为培训者量身打造特殊训练。

2.1.3 应用于场景模拟

VR技术还应用在虚拟实验室、虚拟体育馆、虚拟校园、科学研究等场景的模拟。例如Z.Xu等人开发了基于VR的火灾训练模拟器，特别设计了一种基于体积绘制和火灾动力学数据的可视化技术，以创建一个真实、准确的烟雾环境，使受训者体验到真实而不受威胁的烟雾环境。石来等人根据FDS的地下空间增强体验式火灾逃生VR系统，模拟出地下空间火灾现场的高温环境，可展现真实的火灾场景。受训人员通过系统可充分体验到真实的火灾烟气和高温情况，从而达到更好的逃生训练目的。

2.2 传统灾害教育与VR技术融合具有难度

现有的教育实践证明，传统教育的模式、理念不完全适用于VR技术支持的新型教育中，但其仍有许多可以借鉴之处。教育人员将VR技术应用于教学时，既要吸纳传统教学模式的优点，亦要对其不足之处进行改进，形成新型高效的教学方法。

2.2.1 VR技术投入成本高，教学资源有限

在当下VR技术虽然在灾害教育领域有所发展，但并没有普及到对学校、群众的教育里。目前，国内对VR技术的应用仅在部分学校试验。且由于地域经济水平发展不均衡和教育资源分配不均等问题，VR技术的应用，大都集中在经济发展水平较高的一、二线城市，而真正需要这些技术的老少边穷地区却没有相应的教学资源。当然，不可否认的是，随着技术的进步和资本在该领域的投入，VR技术的成本在未来势必会降低，能够真正深入到老少边穷地区。

2.2.2 VR技术灾害教学效果难以评价

VR技术提高了学习者的学习兴趣，但它不能代替老师在教学过程中的作用。在传统教学中，由于教师是一对一、一对多教学，学习者的学习进度受到老师督促，多数都能达到教学目标。但在虚拟的环境下，难点是考验教师能否高效运用VR技术提升授课效果和学生的学习效果。在VR灾害教学中，教师发挥的作用减少，而学习者的学习效果受其年龄、智力、适应能力的影响变大。年龄较小、适应能力较差的学习者学习能力有限，跟不上教学进度，将不能很好地完成学习体验，结果也达不到教学目标。此外，VR技术教学还缺乏有效的学习监控和评估工具，不能代替教师对学生人性化的实时跟踪进度。

2.2.3 VR在灾害教育领域未来的改进方向

除了上文已经论述的内容，将VR技术运用于灾害安全教育领域，仍然有很多的工作等待我们去完成。这方面仍存在不小的的扩展可能以及发展的余地。目前，VR还处于发展中，没有真正成为主流，需要大型设备且价格相对很高。由于VR技术的相对不普及，对于绝大部分用户来说，都是一个全新的尝试。在使用VR技术时需要接受培训和说明，并且使用时的眩晕问题，也是许多开发者需要解决的问题。从VR技术内容出发，清晰度、计算性能等都是VR技术发展的大瓶颈，解决这些问题才能更加身历其境，提高感知敏锐性。关于这些问题，我们提出了以下展望。

3.1 发展完善VR技术内容本身

VR的感知能力是决定VR灾害教育系统是否被体验者认可的直接原因。VR的感知能力由清晰度、计算性能、软件内容等方面决定。首先，在VR眼镜中，普通对于手机来说的300PPI的视网膜屏定义是远远不够用的，双目12000PPI是现在VR眼镜一般标准。但仍然达不到视网膜屏的程度，这也是VR技术不断发展完善的终极目标。其次，计算性能也是决定感知能力的重要内容，计算性能解决的是利用屏幕的问题，也就是交互方式。目前，“眼球追踪”技术已经有了比较成熟的运用，如七鑫易维的眼球追踪，但是“特定区域渲染”等技术还没有推广到VR在灾害教育中的运用。

3.2 重视使用者体验

用户的眩晕问题和培训问题，是要提高使用者体验好感的两个重要方面。

非同步运动、屏幕刷新率、光学畸变、显示延迟、定位准确度等因素都有可能造成用户的眩晕。眩晕问题是可解的，需要VR眼镜厂商悉心去测试调节。其次，由于VR技术的相对不普及，对于绝大部分用户来说，都是一个全新的尝试。在使用VR技术时需要接受培訓和说明，特别当VR技术运用于灾害教育时，若疏于说明和培训，会使体验者不重视和给其造成困惑，使得教育的效果大打折扣。

3.3 提高VR在灾害教育的可用性

无论是软硬件，只有当产品容易被用户接受时，才能变成主流。然而现在，VR还处于发展中，适用范围相对较为局限，没有真正成为主流，需要大型设备且价格相对很高。让VR产品在价格和适用范围变得更加开放，是我们的展望。要提高VR在灾害教育的可用性。首先，在价格上，可以增加公益模式，比如在相关部门或者社会团体组织的帮助下，给贫困地区的学校进行公益的VR灾害教育。其次，在适用范围上，由相关部门开始，将其运用到各种灾害的教育上，例如，纽约应急管理办公室使用灾难管理模拟器进行培训。

3.4 云VR的展望

云VR技术基于5G将本地运算转移到云端，能够降低本地设备的硬件配置要求，从而降低设备的成本和重量。当前VR发展面临的主要瓶颈就在于成本和用户体验的不平衡，云VR解决方案将解决该痛点，是VR走向规模化应用的必然选择。

4. 结语

总之，在这个高速信息时代，VR技术已成为技术创新的新方向。今后，我们应继续加大VR技术在灾害教育领域的投入，充分发挥它的优势。

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