基于虛擬現(xiàn)實的監(jiān)獄應(yīng)急管理仿真教學(xué)研究

王子賢 馬國富

摘要：監(jiān)獄突發(fā)事件的發(fā)生，暴露出應(yīng)急事件處置中管理人員觀念落后、處置策略運用不當(dāng)?shù)葐栴}。為實現(xiàn)虛擬環(huán)境下的監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急處置訓(xùn)練，通過構(gòu)建包括交互層、應(yīng)用模塊層和數(shù)據(jù)層的三層框架，建立基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急管理仿真實訓(xùn)平臺。用戶可以通過該平臺實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)、流程構(gòu)建、仿真實訓(xùn)、數(shù)據(jù)分析與反饋，最終加強對突發(fā)事件應(yīng)急處置的認(rèn)識，改進突發(fā)事件應(yīng)急處理的觀念，提升應(yīng)對突發(fā)事件的能力。

關(guān)鍵詞： 應(yīng)急管理；突發(fā)事件；虛擬現(xiàn)實；仿真；教學(xué)

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）35-0142-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

0 引言

近年來，監(jiān)獄中公共衛(wèi)生事件、自然災(zāi)害、脫逃等安全事件偶有發(fā)生，在這些應(yīng)急事件處置中暴露出管理人員觀念、處置對策的運用等方面的問題。隨著司法警察招錄體制改革，司法警察院校畢業(yè)生將大量進入監(jiān)獄系統(tǒng)，而由于行業(yè)的特殊性，實訓(xùn)資源緊張，上學(xué)期間只有部分學(xué)生可以進入監(jiān)獄實習(xí)，且在實習(xí)過程中基本不會遇到突發(fā)事件。鑒于以上情況，需要采用一種新的方式、新的技術(shù)仿真監(jiān)獄突發(fā)事件，在日常教學(xué)中鍛煉。

英國牛津大學(xué)、德國Ruhr大學(xué)等國外高校均開發(fā)了虛擬實驗平臺進行實驗；在國內(nèi)，北京師范大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)等也相繼開發(fā)了遠(yuǎn)程虛擬實驗系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到實訓(xùn)實驗教學(xué)中。在探討將VR技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實踐尤其是一些特殊行業(yè)、特殊課程方面，王振華、張謙等對基于VR技術(shù)的反恐訓(xùn)練平臺構(gòu)建進行了研究[1-2]；馬麗研究了VR技術(shù)在航空應(yīng)急處置中的應(yīng)用，利用VR技術(shù)構(gòu)建沙漠迫降、水上迫降、雪地迫降、陸地撤離、劫機處置等逼真的情景，增強互動性[3]；高仲亮等對VR 技術(shù)在消防與應(yīng)急救援課程中的應(yīng)用進行了研究[4]，VR技術(shù)已經(jīng)在公安實訓(xùn)中發(fā)揮了作用[5]。

本文擬對基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的監(jiān)獄應(yīng)急管理仿真實訓(xùn)教學(xué)進行研究。利用虛擬現(xiàn)實、3D構(gòu)圖等一系列技術(shù)，通過編寫腳本在數(shù)字世界一對一重現(xiàn)現(xiàn)實世界，實現(xiàn)現(xiàn)實世界的數(shù)字孿生。實驗者在虛擬的仿真實訓(xùn)環(huán)境動態(tài)生成的案例中通過視覺、聽覺、觸覺等多種感知以及與虛擬對象的交互、處理，最終完成虛擬環(huán)境下的監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急處理，達到實訓(xùn)的目的。本文擬探討利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急處理仿真教學(xué)實訓(xùn)平臺解決這一問題，提升監(jiān)獄警察的專業(yè)化隊伍建設(shè)。

1 監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急管理

1.1 監(jiān)獄突發(fā)事件的定義

監(jiān)獄突發(fā)事件近年來成為學(xué)術(shù)界的研究熱點，衣奮強[6]等人認(rèn)為，監(jiān)獄突發(fā)事件是指突然發(fā)生，對監(jiān)獄甚至政府、社會造成或者可能造成嚴(yán)重危害，需要采取緊急處置措施予以應(yīng)對的自然災(zāi)害、事故災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件。周靜茹[7]認(rèn)為，廣義的監(jiān)獄突發(fā)事件是指由人的主觀因素或者環(huán)境的客觀因素而導(dǎo)致的在監(jiān)所內(nèi)突然發(fā)生的、后果嚴(yán)重的、影響和破壞正常（生活、勞動、學(xué)習(xí)、休息）秩序，甚至危害公共安全，需要及時處置的事件；狹義監(jiān)獄突發(fā)事件是指罪犯在監(jiān)獄內(nèi)故意制造和實施的破壞監(jiān)管秩序，危及監(jiān)獄和他人安全，有巨大危害性和較大影響的突發(fā)性事件，主要包括：監(jiān)管對象脫逃、暴動、騷亂、聚眾斗毆、集體絕食、行兇傷害、劫持人質(zhì)、縱火、自殺以及其他破壞活動。徐為霞[8]等人認(rèn)為監(jiān)獄突發(fā)事件是指監(jiān)獄內(nèi)突然發(fā)生，造成或者可能造成重大人員傷亡、財產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞和嚴(yán)重危害監(jiān)獄安全及社會安全的緊急事件。

1.2 監(jiān)獄重大突發(fā)事件分類分級

通過對監(jiān)獄突發(fā)事件的共性和特性的認(rèn)識，可以更有效地研究監(jiān)獄突發(fā)事件的應(yīng)急管理機制?；凇秶彝话l(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》中的突發(fā)事件分類，結(jié)合監(jiān)獄實際情況，在借鑒前人學(xué)術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)監(jiān)獄突發(fā)事件的性質(zhì)將監(jiān)獄突發(fā)事件分為4類，如表1所示。

根據(jù)不同類型監(jiān)獄突發(fā)事件的性質(zhì)、嚴(yán)重程度、可控性和影響范圍，依據(jù)《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》內(nèi)容和《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》中第三條規(guī)定，將監(jiān)獄突發(fā)事件分為4級，如表2所示。

2 VR技術(shù)與教育

VR（Virtual Reality） 技術(shù)就是使用計算機系統(tǒng)構(gòu)建一個三維虛擬世界，用戶在其中與虛擬的信息進行交互并產(chǎn)生視覺、聽覺、觸覺等一系列虛擬反饋。它是一項結(jié)合了建模、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)集成等多項技術(shù)的綜合性技術(shù)，包含3個重要特征：沉浸性（immersion） 、交互性（interaction） 和構(gòu)想性（imagination） ，如圖1所示。

傳統(tǒng)教育經(jīng)歷了口授、“粉筆+黑板”傳統(tǒng)式教學(xué)、投影儀電子白板教學(xué)視頻等多媒體教學(xué)階段，再到電子白板、VR技術(shù)引入教育領(lǐng)域后，打破了傳統(tǒng)教育的禁錮，為新時代的教育注入了新的活力，帶來了教育革命。

2018年教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》（教技〔2018〕6號），促進數(shù)字校園建設(shè)全面普及，并“加強職業(yè)院校、高等學(xué)校虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)，服務(wù)信息化教學(xué)需要”。2020年9月，教育部等9部門印發(fā)了《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023） 》，明確提出，在全國范圍內(nèi)“遴選100個左右示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地”，將虛擬仿真技術(shù)與人工智能、職業(yè)教育實訓(xùn)教學(xué)深度融合，解決職業(yè)教育“三高三難”痛點，即高投入、高損耗、高危險、難實施、難再現(xiàn)、難觀摩的問題，利用示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地的資源共享、輻射周邊，解決實訓(xùn)教學(xué)資源不足問題。2021年7月，教育部確定職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目，全國共215個虛擬仿真實訓(xùn)基地項目入選，通過示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地項目建設(shè)。教育部明確提出要重視虛擬仿真技術(shù)，將虛擬仿真技術(shù)作為改革傳統(tǒng)教學(xué)方法、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的重要手段。VR技術(shù)與教育的融合將充分發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢。

1） 沉浸性構(gòu)建空間思維模式

人類天生具有很強的空間記憶力，無須理解機制也能更容易記住。VR技術(shù)用于教育可以將教學(xué)內(nèi)容尤其是一些實踐實訓(xùn)類課程內(nèi)容通過計算機仿真技術(shù)構(gòu)造出一種多源信息融合、交互式三維動態(tài)視景和實體行為的模擬環(huán)境。通過空間構(gòu)象、空間定位、空間投影等為學(xué)習(xí)者建立起空間思維模式。用戶對場景的記憶，只需要感受和體驗，而無須過多學(xué)習(xí)和理解。這種利用VR技術(shù)建立的高維度媒介，更有利于學(xué)習(xí)者的吸收、理解和接受。

2） 多維交互性

在VR環(huán)境中，交互不再僅僅停留在師生間的語言互動。學(xué)生不僅是一個學(xué)習(xí)者，一個觀察者，更是一個參與者。一個眼神、一個聲音、一個手勢、一個動作都可以完成與平臺的互動，打破了單向傳授知識的教學(xué)模式，最大限度地發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動性和積極性。

3） 構(gòu)想性彌補實訓(xùn)教學(xué)場景不足

“構(gòu)想性”即VR警務(wù)實訓(xùn)中所應(yīng)用的教學(xué)情景是教師構(gòu)想而成，教師的構(gòu)想需要在計算機設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)的支撐下轉(zhuǎn)化為特定教學(xué)情景，實現(xiàn)“情景式教學(xué)”。教學(xué)情景的構(gòu)想與實現(xiàn)，對警務(wù)實訓(xùn)任務(wù)和目標(biāo)的達成具有重要意義。因此，當(dāng)前的“VR+教育”警務(wù)實訓(xùn)模式已經(jīng)不再局限于用戶界面、應(yīng)用軟件的應(yīng)用，而是形成了一種能夠解決更多訓(xùn)練問題的教學(xué)系統(tǒng)。

3 基于VR技術(shù)的監(jiān)獄應(yīng)急管理仿真實訓(xùn)教學(xué)

3.1 框架

實訓(xùn)教學(xué)平臺采用模塊化設(shè)計，通過建立突發(fā)事件案例庫讓用戶完成突發(fā)事件應(yīng)急管理實訓(xùn)。該平臺從層次上包括交互層、應(yīng)用模塊層和數(shù)據(jù)層三層；從功能上主要包括基礎(chǔ)理論、仿真實訓(xùn)、素材管理、數(shù)據(jù)分析4個模塊。層次間和模塊間通過應(yīng)用分析模型、程序語言、程序控件等實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫和各模塊之間數(shù)據(jù)文件的調(diào)用、顯示和操作編輯。通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲管理和更新維護，系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖 2 所示。

3.2 系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

整個仿真實訓(xùn)平臺由上而下分別為：交互層、應(yīng)用模塊層和數(shù)據(jù)層。最底層為數(shù)據(jù)層，是整個平臺的基礎(chǔ)，為上層提供最基礎(chǔ)的用戶數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)理論知識數(shù)據(jù)、實訓(xùn)素材數(shù)據(jù)、每個用戶的實訓(xùn)情況數(shù)據(jù)以及對用戶實訓(xùn)情況的分析數(shù)據(jù)等。

1） 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和管理功能。數(shù)據(jù)包括用戶數(shù)據(jù)、實訓(xùn)數(shù)據(jù)、知識庫數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)以及學(xué)生操作實時追蹤數(shù)據(jù)等，所有數(shù)據(jù)的存儲和管理在這一層實現(xiàn)。將現(xiàn)實世界對應(yīng)為數(shù)字世界的表示，以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的形式存儲在平臺中，并最終呈現(xiàn)給進入VR世界的用戶。

在本層面涉及的工作是實物虛化，如圖3所示。實物虛化是指將現(xiàn)實世界中的事物、場景投影到虛擬世界中。通過幾何建模、物理行為建模等技術(shù)將現(xiàn)實世界中的事物從外觀到物理特性進行建模，呈現(xiàn)在虛擬場景中。實物虛化是現(xiàn)實世界向虛擬世界的一種映射，做好實物虛化工作是為用戶提供逼真的虛擬世界的前提。所用的技術(shù)包括幾何造型建模和物理行為建模。幾何造型建模即對虛擬環(huán)境中物體的形狀和外觀進行建模，物理行為建模即使虛擬世界中的物體具備和現(xiàn)實世界類似的物理特征（物理建模），并且使其運動方式遵循客觀的物理規(guī)律（行為建模）。

2） 應(yīng)用模塊層

中間層為應(yīng)用模塊層，也是該平臺的核心部分，除了在整個平臺中上聯(lián)交互層、下聯(lián)數(shù)據(jù)層，起到承上啟下的連接作用外，還提供了本實訓(xùn)平臺最重要、最核心的功能。

基礎(chǔ)理論模塊：在該平臺除了可以進行實訓(xùn)仿真之外，還可以通過授課視頻、習(xí)題等形式進行應(yīng)急管理相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，如：監(jiān)獄突發(fā)事件相關(guān)知識、協(xié)同理論知識、應(yīng)急管理“一案三制”在監(jiān)獄應(yīng)急管理中的具體體現(xiàn)等。

仿真實訓(xùn)模塊：一方面用戶可以通過智能穿戴設(shè)備等，學(xué)生可選取相關(guān)素材，構(gòu)建案例進行突發(fā)事件項目建設(shè)，然后以“第三者”的身份觀看虛擬平臺是如何進行應(yīng)急處理的，通過觀看進行分析、學(xué)習(xí)；另一方面，用戶以“學(xué)生”身份完成平臺預(yù)制的監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急管理處理，驗證學(xué)習(xí)情況。

數(shù)據(jù)分析模塊：實訓(xùn)平臺將記錄學(xué)生活動的所有軌跡，并對學(xué)習(xí)和操作的表現(xiàn)進行統(tǒng)計，幫助學(xué)生分析學(xué)習(xí)中存在的問題并進行查漏補缺。

3） 交互層

最上層為交互層，也稱應(yīng)用層，包括用戶對象和設(shè)備終端。不同角色的用戶，如教師、學(xué)生、聽課人員可以通過VR穿戴設(shè)備（如VR頭盔、操作桿、VR手套等）進入平臺的仿真場景。本層要將建模好的虛擬世界呈現(xiàn)給用戶，包括視覺、聽覺、觸覺等多感官的綜合感受。視覺方面，根據(jù)人類視覺系統(tǒng)的特點，通過分色技術(shù)、分光技術(shù)、分時技術(shù)、光柵技術(shù)等提高用戶視覺上的立體感，通過實時繪制技術(shù)提高虛擬物體對用戶輸入和反應(yīng)的實時應(yīng)對，增加視覺的“真實感”；聽覺方面，利用三維虛擬聲音技術(shù)模擬人類聽覺系統(tǒng)，創(chuàng)建出符合人們在真實世界中的聽覺方式，能夠在虛擬場景中準(zhǔn)確判斷聲源的精確位置，做到“聲臨其境”；觸覺方面，設(shè)計接觸反饋和力度反饋兩類，接觸反饋指用戶感知到虛擬對象接觸表面的外形、紋理、硬度、粗糙程度等信息，力反饋指用戶在虛擬環(huán)境進行交互時，通過抓手柄等操作得到虛擬系統(tǒng)給出力的作用反饋。

4 結(jié)束語

從1958年第1臺VR模型-Sensorama誕生至今，經(jīng)過多年的發(fā)展，VR技術(shù)已日漸成熟。其技術(shù)特點能更好地滿足實訓(xùn)教學(xué)尤其是實現(xiàn)起來需要大量的時間、經(jīng)濟、人力成本并且容易受到環(huán)境等因素制約甚至在實訓(xùn)中出現(xiàn)意外的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，如消防、反恐等場景的需求。本文對VR技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急管理實訓(xùn)進行探索，通過VR技術(shù)建立的仿真實訓(xùn)平臺能為培養(yǎng)新形勢下監(jiān)獄應(yīng)對突發(fā)事件的技術(shù)型人才提供有力支撐，最大化提高學(xué)生實訓(xùn)水平，適應(yīng)了未來監(jiān)獄警察應(yīng)對突發(fā)事件的需要。

參考文獻：

[1] 張謙，劉彥翔.反恐VR實驗實訓(xùn)平臺建設(shè)——以新疆警察學(xué)院為例[J].廣西警察學(xué)院學(xué)報，2020，33（5）：124-128.

[2] 王振華，黃冶，張光雨.VR反恐處突戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺構(gòu)建研究[J].江西警察學(xué)院學(xué)報，2017（4）：13-17.

[3] 馬麗.VR技術(shù)在《航空應(yīng)急處置與安全實務(wù)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（17）：113-115.

[4] 高仲亮，唐瑞，龍騰騰，等.VR技術(shù)在消防與應(yīng)急救援技術(shù)裝備課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2021（2）：43-44，53.

[5] 宋小嬌.公安實訓(xùn)VR技術(shù)應(yīng)用探討[J].電腦知識與技術(shù)，2018，14（28）：208-210.

[6] 衣奮強，閆志常，陳美濤.中國監(jiān)獄新論[M].濟南：濟南出版社，2007.

[7] 周靜茹.論監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)警機制[J].中國人民公安大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2008，24（3）：23-27.

[8] 徐為霞，孫延慶，胡巨章，等.監(jiān)獄突發(fā)事件應(yīng)對機制與處置實務(wù)[M].北京：中國檢察出版社，2011.

【通聯(lián)編輯：唐一東】