高振峰

（中國刑事警察學院 遼寧·沈陽 110845）

1 公安院校警械武器教學面臨的主要問題

多年來，公安院校警械武器課程改革與教學創(chuàng)新一直備受關(guān)注，主要原因來自兩個方面，一是警務實戰(zhàn)反饋的問題與教學訓練效果形成反差，通常是練得較好，實戰(zhàn)評價不高；二是課程改革與教學創(chuàng)新的內(nèi)在動力不足，尤其是教學與現(xiàn)代科技的融合度不高。二者累積反映出當前的警械武器教學缺乏創(chuàng)新性實踐探索和技術(shù)性革新，同時也是困擾教、學、練、戰(zhàn)一體化模式突破發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵問題。

首先，警械武器教學訓練設(shè)施的建設(shè)經(jīng)費高，場地維護經(jīng)費高，教學耗材投入高等“三高”問題一直是困擾教學單位致力于提高教學質(zhì)量的瓶頸。其次，即使部分公安院校、培訓基地等教學單位改善了教學場地條件，但是，在完成基礎(chǔ)教學的情況下，再想結(jié)合警務實戰(zhàn)拓展教學，還是會受制于基礎(chǔ)設(shè)施不完善的影響，模擬教學的真實性、感官素材的互動性、主客體之間的對抗性等方面很難在教學活動中得以體現(xiàn)。再次，在固有場景進行學練，出于安全考慮，學生、教師和教輔人員無法脫離繁雜的安全操作程序，費時、費力，學練效率大打折扣，同時也無法依據(jù)警務實戰(zhàn)開展多類型警械武器的綜合練習與演練，教學練戰(zhàn)脫節(jié)問題仍然存在，學生對警務實戰(zhàn)的真實感知力得不到鍛煉。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)為警械武器教學改革提供了有利條件

隨著虛擬現(xiàn)實(VR)在技術(shù)上的進步與逐步成熟，VR創(chuàng)新應用在近幾年發(fā)展迅速，應用領(lǐng)域已經(jīng)由過去的軍事、航天、飛機制造等重點領(lǐng)域，延伸到娛樂、藝術(shù)、影視、醫(yī)療、教育、體育、房地產(chǎn)、旅游、制造、消費等各領(lǐng)域和行業(yè)。特別是近年來，關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用在公安專業(yè)教育教學領(lǐng)域的研究不斷增加，比如虛擬現(xiàn)實技術(shù)在法醫(yī)病理學中的應用；虛擬現(xiàn)實技術(shù)在公安實踐教學和培訓工作中的應用研究；公安院校消防虛擬仿真教學系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)；等等。相對于公安專業(yè)教學虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應用研究，虛擬現(xiàn)實技術(shù)被應用在警械武器教學領(lǐng)域更早也更普遍，這方面從國內(nèi)外早期生產(chǎn)銷售的警械武器訓練設(shè)施設(shè)備就能得到很好的了解。但是，可能因?qū)W科專業(yè)內(nèi)容與教學訓練目標的差異，警械武器虛擬現(xiàn)實技術(shù)更注重視聽感覺，根據(jù)人類的視覺、聽覺的生理心理特點，借助計算機、傳感器和圖像生成系統(tǒng)來虛擬真實環(huán)境，通過多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合生成逼真的視覺聽覺一體化的虛擬環(huán)境，從而讓參與者產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗。很大程度上解決體驗不方便、場景限制、實效差、不真實等問題。相比較當前警械武器教學方法存在的問題，虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了方式方法革新的可能，對解決因時間、地點、場地限制和教學內(nèi)容拓展不利等久而未決的問題提供了選擇。

3 虛擬現(xiàn)實警械武器教學系統(tǒng)的應用價值

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以學生警械武器使用技能訓練內(nèi)容為核心，通過虛擬場景的建立、虛擬元素設(shè)置、學練內(nèi)容設(shè)定、交互設(shè)備應用，完成體驗式警械武器訓練模型的構(gòu)建，使學生在學練中獲得真實、直觀的感受，有助于增強學生技能學習的體驗度和實戰(zhàn)經(jīng)驗的積累。系統(tǒng)化教學內(nèi)容開發(fā)與設(shè)計、學生自主化學練和教學樣態(tài)的變化可能會徹底革新警察警械武器實訓方式。例如，以虛擬場景真實模擬出警現(xiàn)場情景，設(shè)計突發(fā)事件、典型案件、標準業(yè)務等模塊，完成虛擬場景下的交互環(huán)節(jié)和學練內(nèi)容，提高警察使用警械武器的合法性和合理性，從而提高學生應用警械武器、應對襲擊、妥善處置現(xiàn)場偶發(fā)事件等方面的綜合能力，增強安全防護意識，降低因遇襲等因素導致的傷亡概率。虛擬現(xiàn)實技術(shù)對傳統(tǒng)教學模式的顛覆性改造，將在實現(xiàn)教學目標，教學練戰(zhàn)對接以及提高教學質(zhì)量等方面產(chǎn)生劃時代的意義。

4 虛擬現(xiàn)實警械武器教學設(shè)計的基本思路

4.1 警械武器學練虛擬場景的設(shè)計

使用三維建模方式建立虛擬仿真的訓練場地場景，關(guān)鍵是三個方面的設(shè)計，首先以訓練場景的實景為基礎(chǔ)，進行三維場景繪圖，其中應包括警械武器練習場景和警務實戰(zhàn)場景。其次，建立場景內(nèi)的物品物理模型，例如警械武器模型包括各類槍支、警械等，犯罪嫌疑人及犯罪兇器如刀、斧等。再次，在繪圖基礎(chǔ)上對三維模型進行技術(shù)處理，以便形成高清圖像和動畫設(shè)計。最后，虛擬場景內(nèi)容不僅能在電腦上運行，更需要串聯(lián)VR頭盔式眼鏡，使學生能夠利用便捷設(shè)備在場景中進行瀏覽和操作。虛擬現(xiàn)實警械武器的學練過程中，可根據(jù)不同技術(shù)和經(jīng)驗水平的學生或警員，設(shè)置相應的虛擬實戰(zhàn)場景和虛擬情節(jié)，隨機設(shè)置物品元素和虛擬人員，以增加學練的難度。

4.2 警械武器教學內(nèi)容的設(shè)計

虛擬現(xiàn)實警械武器教學內(nèi)容設(shè)計是教學創(chuàng)新的核心，需要軟件工程技術(shù)人員根據(jù)教學大綱和教學設(shè)計進行軟件開發(fā)與設(shè)計。首先需要根據(jù)教學目標設(shè)計虛擬場景中呈現(xiàn)的操作內(nèi)容和步驟，例如設(shè)計警械武器使用規(guī)范、動作標準及流程、糾錯提醒等等，更重要的是設(shè)計由警械武器學練分解動作過度到完整動作的步驟，并根據(jù)各個環(huán)節(jié)的動作規(guī)格設(shè)計技術(shù)評價標準。其次，在虛擬現(xiàn)實學練場景中學生可以直觀看到自己的動作細節(jié)，并依據(jù)糾錯提醒自覺矯正技術(shù)動作。比如在邏輯關(guān)聯(lián)的技術(shù)動作前后加入觸發(fā)式交互控制，由學生在虛擬現(xiàn)實學練場景中選擇訓練項目，根據(jù)學練項目設(shè)計的操作內(nèi)容，對照完成相應的動作操作，無需教師干預，自動進行操作。再次，學生在學練技術(shù)內(nèi)容過程中可以采用定時方式，一方面鼓勵學生不斷地提高技術(shù)熟練程度，另一方面由于設(shè)置了交互內(nèi)容，當學生在虛擬場景中與設(shè)置的虛擬犯罪嫌疑人進行對抗時，通過虛擬人或物體的動作襲擊，測試學生應激反應與合理使用警械武器的能力。在主客體交互操作過程中體會自身的判斷力及掌握技術(shù)的熟練程度，增強對警務實戰(zhàn)的感知力和經(jīng)驗積累。最后，在升級難度的教學內(nèi)容中，通過虛擬現(xiàn)實和機械反饋技術(shù)的雙加持，增強教學內(nèi)容的真實性與主體感知力。

4.3 虛擬警械武器感知設(shè)備的設(shè)計

虛擬警械武器感知設(shè)備必須根據(jù)教學目標和警務實戰(zhàn)需要進行設(shè)計。根據(jù)擬定的學習訓練規(guī)程，設(shè)計技術(shù)動作跟蹤模型。在技能動作學習過程中，學生穿戴搭載運動捕捉傳感器的數(shù)據(jù)衣，由數(shù)據(jù)衣探測身體動作并跟蹤，包括膝蓋、手臂、軀干和腳等部位，進行學員身體動作軌跡記錄。以虛擬現(xiàn)實方式，建立學員技術(shù)動作軌跡，通過與正確的動作軌跡進行對比，找出技能動作不規(guī)范的部位，有針對性改進技術(shù)動作。每次訓練的動作捕捉反饋數(shù)據(jù)，對學員自身的強弱項和優(yōu)缺點進行客觀的評析，為下一次訓練的提升和改進提供數(shù)據(jù)支持。例如，在制作射擊訓練模型時，虛擬展現(xiàn)裝彈、上堂、射擊的全過程。并對射擊訓練的動作姿勢進行跟蹤記錄，通過模擬對比，找出動作中存在的缺點，使練習者可以及時準確更正射擊動作，進一步提高武器使用的技術(shù)水平。

其次，根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)生成壓力刺激的基本工作原理，基于傳感器技術(shù)，設(shè)計制作感知交互式設(shè)備。該設(shè)備為穿戴式觸感交互裝置，固定在練習者身體各主要關(guān)節(jié)部位；振動傳感器固定在裝置外套上，振動傳感器通過數(shù)據(jù)電源線與感覺控制器連接，接收工作電源和動作指令信號，振動傳感器的振動幅度和頻率，由感覺控制器發(fā)送指令控制完成；裝置背面用于固定觸感控制器，數(shù)據(jù)電源線與感覺控制器連接，向振動傳感器傳輸電源和指令；感覺控制器為嵌入式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由核心處理器、存儲芯片、集成電路、無線通信模塊、充電電池連接構(gòu)成；為觸感控制器與振動傳感器提供電源。在虛擬突發(fā)事件訓練中，設(shè)定虛擬犯罪嫌疑人，并設(shè)定突發(fā)攻擊行為，使練習者真實感受虛擬犯罪嫌疑人的攻擊。練習者可移動身體躲避攻擊，并通過手柄使用警械武器進行對抗。突發(fā)事件交互過程中，反應不及時的練習者很可能遭受攻擊并觸發(fā)觸感傳感器，增強對傷害行為的感知力，相反，反應及時并處置得當，練習者將得到合格以上的評價。

5 虛擬現(xiàn)實警械武器教學系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)保障

（1）堅持多方參與的原則。虛擬現(xiàn)實技術(shù)將從虛擬場景建模、元素建立、行為設(shè)定、觸覺傳感器、動作捕捉器等方面進行原創(chuàng)性開發(fā)與設(shè)計，因此需要軟件設(shè)計工程技術(shù)人員、教師團隊、教輔人員及學生等多方參與，整合技術(shù)創(chuàng)新、教學設(shè)計與實驗力量，以確保教學系統(tǒng)的各項技術(shù)指標對接完整和運行平穩(wěn)。

（2）堅持多學科技術(shù)融合促進技術(shù)攻關(guān)。觸覺感應傳感器是虛擬現(xiàn)實警械武器教學系統(tǒng)的創(chuàng)新點，也是最難攻克的技術(shù)難點，需要借助人體學、工程學、系統(tǒng)學等多學科技術(shù)資源整合，以確保技術(shù)研發(fā)與運行的可靠性和穩(wěn)定性。

6 結(jié)束語

基于虛擬現(xiàn)實方式的警察警械武器教學訓練系統(tǒng)的研發(fā)與應用，很可能顛覆原來的教學訓練模式，新教學訓練樣態(tài)的形成將緩解公安院校學警在教學練戰(zhàn)脫節(jié)、實戰(zhàn)感知力弱、經(jīng)驗積累少等方面的問題，對提高學警執(zhí)法流程意識、警械武器使用能力、安全意識和心理素質(zhì)具有積極影響。