虚拟仿真技术在警察技术专业教育教学中的应用
应用型人才是公安院校人才培养工作的目标，而实践能力是人才培养工作的重要内容， 技术是建立在专业理论基础上的应用性课程，具有较强的实践性。技术专业在实践能力训练中却大量存在实战训练中的高度危险性以及不可及、不可逆的训练环境条件和内容，这为发展警察技术虚拟仿真实验教学提供了需求和空间。虚拟仿真技术是计算机、智能、传感 、图像处理与模式识别、音响与语音处理、网络等多个领域技术的综合性技术。迅速发展的现代教育训练技术把虚 拟仿真技术引入到了实践性的教育训练中，使传统的教育模式进一步得到改变，也使得教与学的方式发生了革命性的变化。
技术管理虚拟训练系统主要用于公安院校技术专业学员和公 安干警岗位能力训练，为公安院校创新开展实训教学提供有效支持。基于虚拟仿真技术内涵分析，探讨技术课程虚拟仿真训练环境设计以及在技术教学领域中的应用前景。
一、虚拟现实及相关技术
(一)虚拟现实概念及特点解析
虚拟现实是指以计算机技术为核心的现代高技术生成融视觉、听觉、 触觉等多位一体的虚拟环境， 使用者利用匹配的设备以现实的方式与虚拟环境中的对象进行自然交互，从而让使用者会形成亲临真实环境的体验。虚拟环境指利用计算机建构的有逼真色彩的立体几何图像， 它既可以是某特定的真实环境，也可以是能够满足使用者需求的虚构虚拟环境。匹配的设备指穿戴于使用者身上或置于使用环境中的传感装置。比如：头盔式显示器、 数据手套等设备。自然交互是指用现实活动方式对虚拟环境内的对象进行互动并得到实时反馈， 如使用者运动等。虚拟现实具有的三个特点。
一是沉浸性。虚拟仿真技术的沉浸性是其在训练领域的应用技术最突出的特点， 运用该技术使受训者能全身心进入到 建构的虚拟环境中，调动其感觉器官达到同真实环境相似或相同的逼真程度，成为知识掌握、能力训练直接体验化的工具。这种逼真体验不是获得的间接经验，而是受训者在逼真模拟情 境中通过 自身的体验获得的直接经验，因此，利用虚拟仿真技术使受训者获得的知识和能力效果最好的。
二是交互性。交互性是虚拟现实技术不同于其它媒体技术的重要特征，体现虚拟现实技术创设的是一个开放的互动性人机环境，利用先进的人机，通过多样受训者感觉通道的实时模拟交互，当使用者做出如手控、语言命令等相应的操作时，创设的情景里能具有相应的回应。因此，交互性是指使用 者对创设的情景的可操作度和从情景里获得到回应的实时性。
三是构想性。构想性特征反映了虚拟现实技术运用具有 无限宽广的想象范围，可拓展人的认知广度与深度，可任意构想现实不存在或是发生可能性小的情景。
随着虚拟仿真技术的在教育训练中的运用， 虚拟仿真技术的沉浸感、 交互性、 构想性三属性，提高了受训者的综合能力培养效率。
(二)虚拟现实技术
1.利用三维建模技术，构建虚拟训练环境。三维建模技术需要CAD和视觉建模等技术的结合，以此提高数据获取的效率，当然在构建虚拟环境中更多需要采用视觉建模技术。而对象物体的三维模型是三维模型建构的基础。在警察技术教学中的虚拟三维训练环境建构，通过建构相应的管理、处置环境图库，包括处置背景、场景、各种警用装备和处置人员等，为使用者创造一种变化多样、 逼近真实的立体环境， 使用者能够有置身其中的临场感觉。在训练中，可以采用综合了照片、 影像和现实街区数字地形数据等生成处置区域三维立体环境，以几乎一致的三维环境来训练执行处置任务的学员， 可以提高执行任务的效率。
2.交互技术。虚拟现实系统运用的交互技术主要功能是对物体和各种输入的处理。用户要完成的任务通过仿真引擎输送到虚拟空间， 并计算完成动作并呈现在虚拟环境中。虚拟现实中的人机交互方式多样，可以通过计算输入设备，也可利用数据手套、跟踪 器、三维探针、 操作杆等交互技术等。比如：数据衣、手套可计算出身体、手的空间位置和状态， 关节的位置 和方向可通过手指动作以及各个部位传感器来确定，为使用者提供真实的三维交互方式，从而实现对虚拟环境中物体的操作，数据手套是VR系统常用的交互设备。
3.传感技术。传感技术包括定位、跟踪、感知反馈等技术。虚拟环境用户的定位和跟踪主要是通过空间传感器来确定。跟踪系统由发射和接收器、电子部件等构成。比如声音跟踪可以包括多个发射、接受和控制单元，它可以与其它设备相连，如数据衣和手套等。视觉跟踪技术是跟踪投影在图像投影平 面不同时刻和不同位置上的光， 确定跟踪对象的空间动静状态。感知反馈是使用者感知图像、声音、作用力等的过程。视觉反馈包括实体造型、光照模型、消影、纹理影射等内容。立体视觉反馈显示器可以使用者两眼呈现视差的平面图像合成并 呈现立体视觉反馈。
4.计算处理技术。计算处理技术具有快计算、大储存能力、强处理能力属性，主要包括数据转换与预处理、实时仿真图 像生成与显示、 声音合成、 多维信息数据融合、转换、压缩以及数据库的生成、 模式识别以及信息检测、合成和识别、分布式与并行计算等综合性计算技术。可以说虚拟现实系统是以高性 能计算技术为核心的创新科技，是系统性能强弱的根本。
二、虚拟技术管理训练模块及环境设计
（一）虚拟技术管理主要训练模块
虚拟技术管理训练模块， 采用虚拟现实三维仿真引擎进行开发， 主要模拟接处警、公共安全危机处置和消防仿真演练的各类场景、人物角色、工具设备和工作流程。以工作流程为主线，以交互的方式进行教学实训。
（二）虚拟技术管理训练环境设计虚拟
现实技术与技术管理实训相结合，可以产生虚拟技术管理及相关问题处理环境，这样的仿真世界如同身临其境， 操作者能够进入该环境， 直接参与该环境中事物的变化过程并能互动。虚拟技术问题处理环境设计这是基于技术问题分析模型、技术问题处理等虚拟现实，是呈现技术管理及问题处理系 统的三维空间和处理过程的虚拟仿真环境， 训练者可以根据构 想和意愿去构建完善技术管理及问题处理时空关系、分析和处置模型等，并能实时检测交互结果，通过循环性反馈结果获取规律性认识。
一个高效虚拟现实系统，都需要设计模型、处理数据、分析评估等程序。当然，技术管理及相关问题处理虚拟现实系统也 需要。根据虚拟现实系统的三属性及其之间关系，可以将技术管理及相关问题处理虚拟现实系统训练看着为一个空间系统，由技术管理相关载体和物理条件所构成。通过虚拟现实系统实现环境逼真模拟，首先要进 行技术管理及相关问题处理环境设计，即将技术管理及相关问题处理环 境进行数字处理，这种把环境建构处理成符合技术管理及相关问题处理模拟训练要求的设计过程，就是技术管理环境的仿真设计。为了能够真实模拟技术管理及相关问题处理过程，就需要经过设计使用和验证过程，以保证模拟效果和质量。技术管理虚拟训练系统涉及数据处理和感知虚拟现实。通过技术管理及相关问题处理数据来识别虚拟环境，并将其模型化，也就是将虚拟环境数据转变为计算机认知虚拟环境模型。虚拟环境感知是以运用虚拟环境影像、声音等内容呈现治 安管理环境，训练者运用操作系统体验感觉管理环境，实现现 场情况观察、态势走向把握以及决策辅助的目的，并评估和接受感知结果。技术管理虚拟训练系统是以数据处理虚拟仿真为核心，由于模型驱动导致数据信息变化可通过虚拟环境感知 转递到训练者，同时，人机交互也可改变数据处理的结果。
建立虚拟技术管理环境需要现实调研获得特征数据。特 征数据拥有精确坐标和特征编码，用于表现虚拟现实环境，比如建筑、 道路、广场等。对于虚拟三维环境设计，要根据标准数据生成街区等公共场所中的静态以及运动物体，然后覆盖纹理，生成虚拟场景。对于技术管理环境，可以用航拍照片和特征纹理的方法建模，纹理可以通过扫描用数字相机拍摄场景照片和手工绘制图片生成，三维模型建立完成后，可以进行特殊效果处理。
三 、虚拟现实在警察技术中的应用前景
高速发展的信息技术，虚拟现实与GIS技术的有效结合实现了虚拟仿真，技术管理及问题处理训练仿真系统就是利用虚拟现实和GI S技术的仿真系统。近年来，公安院校大力加强校内外实践教学， 虚拟仿真实验教学是公安院校实践教学建设的重要内容，是公安实战能力的重要基础。虚拟现实技术创造了一个新的训练环境 ，将训练领域和结果接近真实的展示，使其沉浸于其中，激发训练创造性思维， 这将学生技能提高到一个前所未有的水平， 通过虚拟仿真实验教学 ， 也促进警察技术实践教学的整体素质和教育水平。
（一）学生的教育训练
虚拟现实技术运用于教育训练， 将更能引起受教育者的兴 趣， 提高教学训练效果。对警察技术有关的教育训练，如能借助于虚拟现实技术，就可以将直观的综合性技术信息搭建模型，利用虚拟现实 系统的功能系统，让受训者通过一次次足不出户的虚拟经历就能置身于技术问题处理和能力训练。警察技术虚拟仿真训练主要结合接处警、公共安全危机处置、公共场所技术防控、技术事故现场处置等， 每个模块根据实际工作内容的复杂程度和工作量的大小不同定制开发一个或多个虚拟三维仿真模拟场景，旨在尽可能真实的还原公共安全工作的真实环境和人物行为，让参训者沉浸在高仿真的环境中， 产生身临其境的感观体验，从而达到最佳的教学实训效果。
（二）研究者理论研究
虚拟现实技术为警察技术理论研究提供了特殊手段和方法，利用它可以为警察技术理论进行全过程研究， 让学者完全沉浸于计算机环境中的三维场景，充分表达学者构想，并得到构想形成的结果，获得规 律性的认识 。特别是一些难以记忆、掌握的统计数据可以转换成直观性强三维图形图像，寻找各种技术现象之间的关系，更能理解和把握，达到研究目的。
(三)课程虚拟实验
利用虚拟现实技术可创建一个基于计算机为核心的虚拟 实验平台，利用虚拟仿真技术进行技能训练、虚拟实验，创设的虚拟环境的演示物可摆脱实验室所需昂贵的器材，降低实验成本，而实验效果基本接近现实技能训练的教学效果。
(四)技术实践应用
虚拟现实技术在技术训练中也有广阔的应用前景。近些年， 技术教学中都十分注重模拟训练，并力求在训练中实现基于VR技术的模拟训练， 实现从组织指挥到单兵训练的可视化和人机交互。在模拟训练过程中可直接观测和体验各种构想生成的结果，它不仅形象直观，也让受训者更能理解学习的知识，在互动技能训练里，直接积累经验， 提升能力。特别是针对投资巨大或有危险的训练器械和物品， 实践训练环境危险的项目，能保障训练过程更安全、更节省。因此在研发虚拟模拟训练系统时应注重呈现逼真的实训练情景，以便跟踪训练者的训练过程。