虚拟现实技术在儿童安全教育方面的研究

孙同滨 王敏 李诗 王梦霞

摘 要：教育，是人类社会前进与发展的重要动力，随着我国教育水平的不断提高，越来越多的高科技产品进入教育行业，然而对于儿童的安全教育来说，儿童缺乏基本的安全救护逃生意识，传统的教育方式又缺乏交互性和生动性，因此在儿童教育中引入较为新颖的虚拟现实技术，开拓新的教学方法与方式，对于儿童更高效、更主动地掌握各类技能至关重要。

关键词：儿童教育;虚拟现实;交互性;体验式

一、引言

由于虚拟现实技术可以使人产生一种身临其境的真实感觉，能够使人与虚拟环境之间进行多维信息的交互，孩子们完全沉浸在一个全立体覆盖所有视野的立体空间内，在虚拟的空间内体验学习预测、判断、回避危险，在玩乐中自己去体会什么是安全，形成安全意识，并培养他们处理各种意外灾害的能力和处理意外灾难的有效方法。从根本上上提高儿童对知识的兴趣，推动儿童安全教育全面发展。二、应用现状

虚拟现实技术产生于20世纪60年代的美国，最近10年，随着计算机信息技术的快速发展而在越来越多的领域得到了推广应用，其出现更使得互联网的平面世界出现了三维场景。虚拟现实技术由于能够创建与现实社会类似的环境，解决学习媒体的情景化及自然交互性的要求，因此较早被欧美一些主要国家应用于教育与教学领域。

与发达国家相比，我国虚拟现实技术的开发和应用还存在差距，但這种差距已引起有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国国情制定了开展虚拟现实技术及相关技术领域的研究。清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统;华中理工大学机械学院工程检测实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用。由上可知，虚拟现实技术虽然在国内外的教育教学中有所应用，但在我国教育中的使用仅局限于高校的研究性和探索性教学当中，而对广大普通大、中、小学生的普及则远远不够。

随着教育体制的改革发展，儿童教育已经较为成熟，在传统领域中形成了绘本、读物、游戏、玩具、动画等媒体产品，儿童教育的市场需求会不断扩大，对产品的要求也会逐渐提高，因此必须要丰富产业链，拓展产品形式，充分满足消费者需求，才能够推动产品得到全面的发展。但是，纵观现阶段市面上的儿童教育产品，教育模式较为单一、落后，对儿童的吸引力较差，没有调动儿童的主观能动性，没有取得良好的教学效果，教学产品的作用也没有得到实质性的发挥。新时期倡导的是主动学习，要让儿童的主观能动性和学热情得到充分的调动，让儿童教育活动得到良好的开展，才是最佳的教育方式。

二、虚拟现实技术在儿童安全教育中的优势

虚拟现实技术应用在现代儿童教育中能够有效提高交互性，通过计算机技术，儿童可以和虚拟角色进行互动交流，充分的融入到了教学活动中，体验教学活动的乐趣。进而对某些概念进行深化，并建构新的构思和创意的特性。

VR技术的研究与开发为人员逃生的研究提供了更准确、更全面的信息，主要是因为VR技术中的数据信息具有可读性，儿童可在VR场景中体验多维度的视角，身临其境的认知到灾难带来的巨大伤害，并且可以在VR开发的模拟逃生方案中了解逃生方法、掌握逃生技巧、快速直接的找到最佳逃生路线到指定避难场所; 逼真的虚拟救援演练不但使儿童熟练地掌握自救器材的操作技术和救援技能，而且使其从心理上克服对灾难的恐惧心理，减少现实生活中的伤亡率。

三、虚拟现实应用于教育领域的关键技术

（一）三维实体建模技术

三维实体就是对现实世界中的物体进行仿真，讲究真实度，尤其是应用于教育教学中的虚拟实 体，一定要保证它的客观合理性，符合相应的标准。并且，这些实体能够实现交互功能，根据物理学、生物学、化学等规律对使用者对它们的控制给予正确的响应。

（二）实时三维图像生成技术

目前，三维图像的生成技术已比较成熟，而关键是如何满足实时性的要求。为了达到实时的目的，至： 少要保证图形的刷新频率不低于15帧/秒，最好高于30帧/秒，在不降低图形质量和复杂程度的前提下， 提高刷新频率。这里，图形生成的硬件体系结构以及在虛拟现实的真实感图形生成中用于加速的各种有效技术是关键。

（三）数据压缩技术

虚拟现实技术要想得到很大的发展，需要与Internet结合，这恐怕已是不争的事实。目前，虚拟现实 技术应用的数据量仍然很大，在现有网络整体速度较慢的情况下，Internet用户必须等待较长的时间，这 往往令人难以忍受。我们应该在虚拟现实系统中考虑数据压缩问题，这个向题可能现在还未引起人们的 重视，但是随着应用的深入，这是一个不可回避的问题。

（四）跨平台、跨应用技术

理想的虚拟现实系统能在多个平台，上运行，这也是软件开发必须考虑的问题，基于虚拟现实技术的教 育软件系统也不例外，跨平台性也是亟待解决的一项关键技术。

虚拟现实系统如果要有更强的实用性，就应该具有跨应用技术，也就是说建立的模型元件等可以作为 一种构件资源有很好的重用性，能够应用于其他的软件当中。比如，某一堂课的教学中，教师使用幻灯片进行授课，需要展示一个三维虛拟的天平模型，他希望不需要再打开一个专门支持三维模型展示和控制的软件，而是在幻灯片中直接插人这样一个可以控制的天平模型进行讲解，这时就涉及到了跨应用的技术， 其中一种解决办法，就是将模型作为一种ActiveX控件资源，这样就可以方便地将其插人到幻灯片， 甚至是嵌人到网页当中。

四、应用前景

在教育理论体系中，学习理论是处于核心地位的。虚拟现实技术在教育中的应用也是在一定的学习理论指导下进行的。虚拟现实技术本身是对客观对象的模拟，所构建的学习环境与实际生活情境相关。因此，如果把虚拟现实技术与儿童教育有机地结合，教育与社会需求之间的差距将得以缩小，这将对未来的教育产生深远影响。通过VR进行学习和教育，不光可以减少现实空间中某些训练操作的困难和危险，更可以使训练造价得到大幅度降低。因此，我们说，虚拟现实技术将是继多媒体、计算机网络之后，在儿童教育领域内最具有应用前景的一项技术。

五、结束语

虚拟现实技术以其独特的优点应用于教学过程中，可以有效弥补教学条件不足的限制，降低教学成本，能够打破时空界限，避免客观条件的影响，向学生展示逼真的教学情景，提供形象的教学素材。它是传统教学的强有力的辅助手段，能够有效地提高教学质量。相信虚拟现实技术的发展，将对儿童教育事业带来长足的利益。

参考文献：

[1]谢海明，刘箴.基于虚拟现实技术的居家火灾逃生系统的研究 [J].系统仿真学报，2012.24（1）：109-110.

[2]韩莹. 基于 3Ds Max 与 Unity3D 三维高层火灾逃生场景建模 [J].信息与电脑，2017，6：94-95. [3]刘恩凤.《虚拟现实技术在我国教研领域的发展研究》[J].电脑迷.2018 ，9 ：219-222.

作者简介：

孙同滨（1998-），男，山东协和学院计算机科学与技术2017级学生。

王敏（1999-），女，山东协和学院计算机科学与技术2017级学生。

李诗（1998-），女，山东协和学院计算机科学与技术2017级学生。

指导教师：王梦霞（1978-），女，硕士，副教授，主要研究方向为软件工程、数据挖掘

基金项目：山东省高等学校国家级大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201913324001）