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基于VR与AR技术对公安技术学教学改革的探讨
发布时间:2018-12-03        浏览次数:34        返回列表

初凯

摘  要:公安技术学专业学员的培养重在实战化,但受传统教学模式的限制,教学实战化难以全面实现。如何提高学生学习兴趣、提高学生主动性、提高教学环境的真实性,就成为了解决教学实战化问题的关键。虚拟现实(VR)与增强现实(AR)是新兴的信息技术手段,两者都是以提高使用者“感知性、交互性”加深体验感为目标,如果在公安专业学员培养中引入这种技术,将能使教学环境无限贴近实战,使操作性与情景性相结合,交互性与智能性相结合,知识性与趣味性相结合,从而优化教学过程,加深学生现实体验感、加深对知识的理解。该文通过对VR与AR技术的分析,确定了3种提高学员实战能力的方法,并讨论了其所能达到的效果,为学员实战化水平的提高开拓了一条新的思路。

关键词:技术创新  实战教学  VR技术  AR技术  公安教学

中图分类号:TP391    文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2019)11(c)-0011-02

习近平主席在出席全国教育大会时发表了《坚持中国特色社会主义教育发展道路 培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人》的重要讲话,其中做出了加快教育现代化、建设教育强国的重大部署。同时会上李克强总理还强调人才培养要坚持以教学为中心,突出创新意识和实践能力。而公安专业学员作为预备警官,日后将从事公安实战工作,其实践能力的培养尤为重要。

目前公安专业学员培养过程中,专业技能实践能力的培养主要由校内教学、假期见习、实习这3个部分构成,校内教学又分为课上教学、实验教学、实训教学等模块。但在学员的培养过程中则存在校内教学知识内容不能完全转为学员实践能力的主要问题,究其根源就是当前的教学方法、方式上存在局限性,无论是课上案例教学、还是模拟实战实验(实训)教学等,都受到环境、物质、心理等因素的影响很难与实际案件相一致。那么如何打破这种局限性,让学员在校内教学中体验到实际案件的情景,就是当前公安专业实践教学中首要解决的问题。笔者在结合公安专业学员培养需求,借鉴其他高校教学改革方法的基础上,发现虚拟现实(VR)与增强现实(AR)新兴信息技术对实践教学中存在问题的解决、实现公安教育现代化有很大帮助。该文将通过研究两种技术的内涵、特征以及区别,分析适合公安专业学员实践能力培养的具体技术方法,最后将讨论两种技术在公安专业学员教育现代化的帮助及日后发展方向。

1  VR与AR技术内涵与区别

1.1 基本内涵

虚拟现实(Virtual Reality,VR)是通过多媒体技术与仿真技术相结合而生成的视、听、触觉一体化的虚拟环境技术,会使用户通过体验而产生身临其境的感受。虚拟现实技术的基本内涵包括:操作者可以通过人的自然动作来与虚拟环境发生交互;虚拟的实体不是客观存在的,是由计算机通过相应的算法来生成的;虚拟现实需要依靠专门的传感设备来进行交互作用。增强现实(Augmented Reality,AR)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息、声音、味道、触觉等),通过开发软件模拟仿真后生成虚拟信息再叠加到真实世界上,从而被人类感官所感知达到超越现实的感官的一种体验。

1.2 虚拟现实(VR)与增强现实技术(AR)的区别

在技术研发层面来说,AR是由VR技术的发展而来的,AR技术是VR技术的扩展,两者间存在着密切关系。但在具体的使用过程上两种技术有明显的不同:第一,浸入感上不同。VR技术本身在意用户对适用环境中的感官的完全浸入,注重将使用者的感官与实际环境分离,而沉浸在由虚拟技术所营造的空间之中,系统开发得越真实,使用者沉浸得越彻底。VR技术在使用中会利用能够将用户视觉、听觉与实际环境分离的设备,现在最常见的是浸入式头盔。而与VR技术不同,AR技术不仅不把个人感受与现实环境分离,还要加强用户对现实世界环境存在的感受感。AR技术是借助设备仪器将真实环境的信息进行虚拟化,或与虚拟环境融合,从而起到增强用户对真实环境的感受,通常AR技术需要借助平面设备或者通过带有摄像头的显示屏设备,这些设备能够将虚拟景象投影到真实环境中。第二,应用环境有着明显区别。VR技术主要构建出一处独立于当前环境的全新得虚拟世界,这种世界是通过软件开发与信息技术融合而成,可以做到现实世界虚拟化或构建一处全新的虚拟世界,来满足用户在实际环境不能实现的操作要求;而AR技术是以真实世界为基础,在这基础上可以对某一部分进行虚拟,比如可以对墙上的图片、幕布下的视频或者空旷的一块空间等,是使使用者提高现实体验感的技术。第三,研发成本有明显区别。VR技术如果想在实际教学中使用,就必须进行硬件与软件的建设,在建造虚拟实验室的同时,还要设计与之匹配的虚拟场景,这种场景设计涉及到软件开发与利用,是一个复杂的过程,并且为了满足不同使用目的,场景就会像真实世界那样不停地变化,这就需要进行多次开发,建设多处虚拟场景,具有较高的难度,并随着场景布局加大、仿真程度加深,开发人员需要的时间成本和经济成本持续增加。而AR技术主要是针对部分显示场景进行虚拟,例如,书中的单一图片、视频中的单一片段,单一虚拟场景即可无限使用,软件设计周期短、成本低。

2  VR与AR技术在公安技术学实战化教学中的应用

针对近些年全国公安院校实战化教学改革需求的研究,以及依据VR、AR技术的区别,我们可以发现该两种技术在公安院校公安专业教学中的使用,将会对提高各专业实战化教学水平有显著帮助,但如何有效地将这两种技术应用公安专业教学改革中来是当前应该着重解决的。通过VR技术特点,可预想其完全虚拟世界性质较符合公安技术专业对实践(实验)教学改革的要求,其可以根据公安实战环境设计出不同的案发场所,例如,室内的刑事案件,道路上的交通事故、公共场所的群体性事件等;而AR技术的半虚拟世界性质,完全可以应用到我们日常教学中,意在加深使用者的部分體验感。例如,在课件中插入的某一案例图片,经过信息化处理后,在学员利用手持终端扫描时,静止的图形会赋予生命,随着使用者要求动起来,就如同看三维电影一样有身临其境的感受。那么两种技术该如何具体应用到公安院校实战化教学当中呢?具体应从实验(实训)教学、课堂教学两个方面进行两种技术的应用。

2.1 基于AR技术下的立体化教材改革

AR技术具有真实环境与虚拟环境相结合的特性,这种特征恰好可以利用到教材改革中,建成立体化教材。立体化教材就是利用AR手持终端对教材中平面图片进行扫描,形成现实的三维立体图像,通过滑动、点击手持终端屏幕可以改变不同的观察角度,以及进行需求性控制。

2.2 VR全息教室建设

VR技术在公安培训中的使用将对传统的教室培训方式进行全面革新,其将改变原有“粉笔+课件+案例+黑板”的模式培训。将所讲授内容通过全息成像方式呈现,把平面的课件转换成三维投影形式,加深受训人员感官体验、提高受训人员上课积极性、促进受训人员与教师之间的互动,从而实现受训人员对知识的掌握。

VR技术构建的教室一共可以分为两个部分:教室建设、软件开发。这其中教室建设将形成两个区域,分为演示区和操控区。演示区包括:由多屏显示屏构成或者主动式三维投影仪+幕布构成,主要用于授课教师进行演示操作;同时还包括VR软件终端、VR服务器(演示区主机),用于VR技术软件的承载与使用。操控区包括:(1)一体机,学员使用的主机,其主要用于装载及呈现VR虚拟现实培训软件;(2)触控设备,学员通过触控该设备对呈现出的虚拟现内容进行操控;(3)交换机,用于使教室中操控端主机、演示主机进行互联;(4)呈现眼镜,学员可以通过该设备观看课件,并将屏幕呈现的内容转化为三维图像,使学员在视觉感知上更加全面、细致。

软件开发包括虚拟课件、相关软件。虚拟课件是在原有的课件基础上,利用数字化处理进行信息化改变,经过处理后的内容在呈现眼镜的配合下,形成立体图像。

3  结语

实战化教学是公安院校教育的根本要求,是培养适应实战需求警员的有效途径。而开展实战化教学,必须不断完善教育教学方法与基础设施建设。虚拟现实(VR)/增强现实(AR)技术的引入能为公安院校学员学习过程中提供全新视觉、听觉、触觉的感受,使学员在校学习时就能贴近实战的环境,并得到与实战操作同样的效果,从而达到公安院校实战化教学的目的。但是在VR/AR技术的引入过程中必须杜绝盲目照搬和套用其他院校的方法。公安院校实战能力的培养不同于普通的本科院校或者职业教育院校的教学,有其独有的特性,这特性既包括保密性又包括实战能力真实性还包括面对环境多变性等。按照该文讨论依据公安院校教学需求,笔者认为当前VR/AR技术在公安院校教学应用中应分为3个阶段进行:第一阶段,虚拟现实(VR)实验室建设;第二阶段,VR全息教室建设和立体化教材建设;第三阶段,VR与AR技术的融合,即最终利用信息技术使实验教学和课堂教学完全融合。通过3个阶段的建设必将能改变原有教学模式,提高学员实战能力,为公安院校以及其他专业型学校、职业院校教学提供有效的帮助。

参考文献

[1] 余正泓,王红梅.论“教学媒体创新”对技能型人才团队协作能力培养的启示——以虚拟/增强现实技术在工业机器人技术专业的运用为例[J].教育现代化,2017(23):17-21,37.

[2] 蔡苏,张晗,薛晓茹,等.增强现实(AR)在教学中的应用案例评述[J].中国电化教育,2017(3):6-14,35.

[3] 黃荣怀,郭芳.立体化教材的设计与开发[J].现代教育技术,2008(10):105-109.