VR技术在学生交通安全教育中的应用研究

VR技术在学生交通安全教育中的应用研究

陈强

云南交通运输职业学院   650300

【摘要】VR技术的发展为教育领域的创新带来了新的可能性。交通安全是一个重要的课题，尤其是面对日益增长的交通量和复杂的交通状况，学生需要更加深入地了解安全规则和实践技能。因此，本文针对目前教学中所存在的问题，研究开发了一种基于虚拟现实技术的交通安全教育系统，利用虚拟现实技术，将真实的交通场景虚拟到虚拟环境中，同时利用VR设备让学生可以体验和互动，获得更加真实和深刻的感受，让学生对安全规则和交通场景有真实感受，强化他们对安全知识的领会和实践技能的掌握。

[关键词] VR技术、交通安全、教育系统

前言：随着现代交通工具的普及和城市化的快速发展，交通安全问题日益突出，成为了人们普遍关注的话题，尤其是在学生中更显得格外重要。然而，当前学生交通安全教育存在着一些问题，如传统教育方式单一、缺乏趣味性、缺少实践操作等，难以激发学生的学习兴趣和实践技能。因此，本文将VR技术与交通安全教育相结合，研究开发了一套基于虚拟现实技术的交通安全教育系统，旨在为学生提供一种新的安全培训方法，帮助学生更深入地了解安全规则和实践技能，从而提高他们的安全行为习惯和素养。本文将对该交通安全教育系统进行详细的介绍和测试，探讨其在学生交通安全教育中的应用价值和发展前景。

一、交通安全教学困境分析

目前学生交通安全教育的现状存在着一些问题。传统教育方式单一，主要存在的困境为教育与实际脱节，课程内容单一等，具体表现如下。

1.交通安全教育与实际生活场景的脱节

目前学生交通安全教育中存在的困境之一是交通安全教育与实际生活场景的脱节，学生们往往缺乏对危险情况的认知和自我保护意识。在教学中往往只是简单地讲解交通规则，缺乏现实案例的引导，导致学生们难以理解规则的意义和实际运用。此外，由于缺乏真实场景的体验和实践操作的机会，学生们对交通安全知识的理解和掌握程度不够深入和全面。再加上日益增加的交通量和复杂的交通状况，学生缺乏自我保护的意识和技能，容易发生交通事故。同时，对于交通的危险性和复杂性缺乏认知，难以应对突发情况。因此，如何将课堂教学与实际生活场景结合，使学生们更加深入地理解交通安全知识，成为了学交通安全教学亟待解决的问题。

2.教育方式缺乏趣味与互动性

学生交通安全教学的困境之一是教育方式和手段单一。目前， 学生交通安全教育往往以课堂讲解和文字材料灌输知识，缺乏趣味性和互动性，难以吸引学生的兴趣，缺乏多样化的教育形式和手段。这导致学生对交通安全教育的学习兴趣不高，难以达到教育目的。

3.课程内容缺乏实际应用能力

  学生交通安全教育的课程内容存在老旧的问题，这一问题表现在教学内容的过时、缺乏针对性以及缺乏实际应用等方面。首先，当前的课程大多是旧有的教材，难以涵盖当前交通形势下的安全问题。其次，由于缺乏针对性，教学内容过于笼统，缺少对不同年龄、不同地区学生的实际情况和需求的考虑。最后，缺乏实际应用的课程内容，使学生在现实交通环境中无法应对高危情况，缺乏实际应用能力。

二、VR技术与交通安全教育

VR虚拟现实是一项崭新的资讯科技，结合了数码影像处理、计算机图形学、多媒体及传感器技术，让参加者在模拟环境中，根据自己的操作环境，透过“沉浸”，获得视觉、声音、触觉及其他知觉，从而获取知识及提升技能。技术具有跨越时间、地点和人际交往限制的特点，能够快速有效地提高学习者的学习兴趣和效果。VR技术在教育领域得到越来越广泛的应用，特别是在交通安全教育中的应用更是受到了广泛的关注和追捧。VR虚拟现实是拥有属性的沉浸、互动和想象。透过人机交互，参加者可以全面参与虚拟世界，从虚拟环境取得反馈资讯，创作一个虚拟的交通安全教育场景，并把交通安全教育的内容转化为具体的活动,更加真实细致地模拟交通场景，从而更好地掌握交通安全知识和技能，提高其安全意识和行为素养，从而达到受教育的效果。

三、基于VR技术的交通安全教育系统设计

1.VR技术在交通安全教育中的应用设计

随着VR技术的快速发展和应用，将其应用于交通安全教育已经成为可能。虚拟现实技术能够将真实场景虚拟到虚拟环境中，同时还能够通过VR设备让学生获得更加真实和深刻的体验。因此，本文设计的基于VR技术的交通安全教育系统将充分利用虚拟现实技术，让学生在虚拟环境中更加深入地了解交通安全知识。本系统将利用虚拟现实技术建立3D交通环境，并将该环境借助VR设备呈现给学生，在该环境下，学生将可以亲身体验各种交通场景，例如行人、自行车、汽车等在路上共同交通的场景，并了解如何应对道路上的交

2.交通安全教育系统方案设计

为充分利用VR以下的技术特性，采用软、硬件结合，设计交通安全教育系统的实现方案。在进行交通安全教育系统方案设计中，从多感知、存在、互动和自主开始，多感知包括视知觉，它也包括听觉、力量、触觉和运动，甚至味觉和嗅觉，配备触觉反馈装置，通过振动或触觉反馈来模拟不同的交通场景，增加学习者的沉浸感和真实感。理想的VR仿真环境应该是使用户无法分辨真假，主要包括动态环境建模技术、实时三维图形生成技术、立体显示和传感器技术、应用开发工具和系统集成技术。设计不同的交通场景，如城市街道、高速公路、十字路口等。学习者可以在虚拟环境中模拟交通场景，学习如何正确应对各种交通情况和规则。根据应用的需要获取真实环境的三维数据，并利用这些三维数据建立相应的虚拟环境模型，利用VR头戴设备的头部追踪功能，让学习者通过转动头部来观察虚拟环境中的交通场景和标志，实现虚拟现实交互。

3.虚拟现实应用程序

虚拟现实应用程序包括：运行平台、虚拟现实应用程序、学生评测程序、学生数据采集程序、学生数据库和教育视频。

虚拟现实的应用程序是实现VR技术应用的关键，提供了虚拟场景、虚拟环境、虚拟交通参与者。主要完成虚拟世界中对象的几何模型、物理模型、行为模型的建立和管理；三维立体声的生成、三维场景的实时绘制；虚拟世界数据库的建立与管理等。采集学生在虚拟现实中的各种包括眼球在内的动作数据，用于分析学生的心理和行为，学生评测程序利用标准模型和学生产生的模型对比，生成多维对比图，从而给学生针对性建议。其次通过学生数据库储存学生每次的行为数据，用于后期对学生的心理和行为的分析、研究。

4.VR虚拟体验式安全教育场景的设置

结合交通场景，针对性的设计了交通安全教育场景内容、教学设计及互动方式，呈现了VR交通安全教育系统的课程内容和互动方式，课程内容（如基本交通规则、人行道与斑马线等）和互动方式（如虚拟教室、模拟场景等）分别列在两个不同的列中。这种表格形式可以方便地查看和比较不同课程内容的互动方式。如表1：

表1  VR虚拟体验式安全教育场景教学内容

5.交互方式设计

交互方式包括头部追踪、手柄或控制器、语音交互、触觉反馈和多人互动。利用VR头戴设备的头部追踪功能，让学习者通过转动头部来观察虚拟环境中的交通场景和标志。配备手柄或控制器，学习者可以通过手柄的按钮和摇杆进行交互，如模拟行人过街、驾驶汽车、骑自行车等动作。利用语音识别技术，学习者可以通过语音指令与虚拟环境中的交通场景进行互动，如喊出指示、发出警告等。配备触觉反馈装置，通过振动或触觉反馈来模拟不同的交通场景，增加学习者的沉浸感和真实感。设计多人VR场景，让学习者可以在虚拟环境中与其他学习者一起进行交互和合作，共同解决交通问题和应对挑战。

四、VR技术交通安全教育系统实现及评估

1.确定教育目标设计教学内容

明确学生的交通教育目标，例如了解交通规则、学习安全行走和骑车技巧、提高交通意识等。设计互动评估和反馈机制，让学生在虚拟环境中进行交互式的测试和练习。例如，模拟过马路的情景，学生需要选择正确的交通信号和安全过马路的方法。利用虚拟场景和互动体验，让学生体验交通事故的后果，增强他们的安全意识。例如，模拟交通事故发生后的情景，让学生意识到交通安全的重要性。教师在教学过程中扮演重要的角色，指导学生在虚拟环境中进行交通教育学习，并提供必要的帮助和监督。

2.学习成果评估

通过虚拟场景的学习记录和评估系统，对学生的学习成果进行评估和记录。可以根据学生的表现和进步情况，为他们提供个性化的反馈和建议。如表2：

建立评估矩阵:

表2：学习记录表

学生在VR交通安全教育系统中的学习过程，包括知识掌握、模拟行为和实际行为的多个阶段。箭头表示状态之间的转移概率，例如从未接受教育（U）到知识掌握阶段1（K1）的转移概率为P(U->K1)。此外，也包括了回退的概率，例如从知识掌握阶段1（K1）回退到未接受教育（U）的概率P(K1->U)，学习成果如表3。

表3 学习成果评估表

用矩阵表示：

解释如下：

（1）未接受教育（U）：学生尚未参加VR交通安全教育课程；

（2）知识掌握阶段1（K1）：学生掌握了一部分基本交通安全知识；

（3）知识掌握阶段2（K2）：学生掌握了更多的交通安全知识；

（4）VR模拟行为阶段1（S1）：学生在VR模拟环境中的行为表现有一定的改善；

（5）VR模拟行为阶段2（S2）：学生在VR模拟环境中的行为表现有明显的改善；

（6）实际行为阶段1（R1）：学生在现实生活中的交通安全行为有一定的改善；

（7）实际行为阶段2（R2）：学生在现实生活中的交通安全行为有明显的改善。

3. VR技术交通安全系统效果评估

设置变量：

VRI：VR 效果指数

ΣP：总进步分数（所有学生在VR交通安全教育系统中的进步分数之和）

N：学生人数（参加VR交通安全教育的学生总数）

R：参与度（一个0到1之间的小数，表示学生对VR课程的参与程度）

可得函数：VRI = (ΣP / N) * R

收集学生对于VR交通教育的反馈和意见。通过问卷调查、访谈或焦点小组讨论等方式，了解学生对于教育内容、交互体验和学习效果，综合考虑上述指标，评估VR交通教育对学生的教学效果。比较学生在VR教育前后的知识水平、技能应用能力和安全意识等方面的变化和进步情况。

五、结束语

利用VR技术对学生进行交通教育具有许多潜在优势和积极效果。VR技术可以为学生提供沉浸式的学习体验，使他们能够在虚拟环境中实际操作和模拟交通场景，提高学习的真实感和参与度。随着VR交通教育将持续创新，为学生提供更全面、个性化和有效的交通教育体验。它将成为教育领域中重要的工具和方法，帮助学生培养安全意识、掌握交通知识和技能，并为建设安全、智慧交通社会做出贡献。

  [参考文献]

[1]吴学政.VR(虚拟现实)技术在大学生安全教育中的应用研究[J].中国新通信杂志，2016年20期：
[2]梁入双.VR技术在防火防灾安全教育的应用研究[J].科技经济市场，2018年第5期：
     [3]《基于 VR/AR技术的交通事故应急处理能力训练系统研究》，李冰、杨军，2015;

基金：云南省科技厅科学技术普及项目支持

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