基于虚拟现实技术的高校消防安全教育系统设计与实现

摘要

近年来，高校火灾事故频繁发生，带来巨大的财产损失甚至人员伤亡。重视并加强高校消防安全教育，对于维护校园正常秩序，保障大学生安全、健康发展具有十分重要的意义。每一位学生都必须了解、学习和掌握必要的消防安全知识与技能，一方面防范火灾发生，另一方面在遇到火灾时能正确处理。然而，传统的消防安全教育存在一定的局限性，课本讲授、多媒体案例教学方式操作实践性不强，而消防安全演练又受到经费成本等因素的限制，效果并不理想。虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术的出现，为消防安全教育提供了一种新模式，让学生在虚拟的消防安全教育环境中进行学习实践。目前，国内外的相关研究仍侧重于火灾发生时的灭火处理方案和疏散预案的研究与应用，开发的相关VR系统操作方式较为单一，实用性不强，尚不足以在现实的消防安全教育中充分发挥作用。
　　针对当前VR技术应用于高校消防安全教育领域所存在的问题与不足，本文以消防安全教育教学理论为指导，将VR技术与高校消防安全教育进行深度融合，研究基于VR技术的高校消防安全教育的设计与实现方法，建立基于VR技术的高校消防安全教育系统。
　　首先，结合VR技术及其在教育中的应用特点，分析了基于VR技术的高校消防安全教育相关理论模型。接着，归纳提出了系统设计原则、设计思路，针对教学性、交互性、真实性、趣味性、科学性等系统要素进行设计，形成系统框架结构设计模型，梳理了开发流程。然后，开展基于3Dmax的系统场景建模，构造基于Unity引擎的虚拟现实功能模块，实现教学场景模拟、用户互动训练，以及数据管理、控制功能，完成了基于VR技术的高校消防安全教育系统。最后，在基于HTC VIVE硬件平台的VR头盔设备上进行实验，通过功能评价与应用效果分析，验证了该系统能够有效提高消防安全教育教学效果。
　　本文研究工作具有以下两个特点:
　　(1)将现代教育教学理论融入基于VR技术的高校消防安全教育系统的设计与开发之中;
　　(2)以无意识设计和自然人机交互为原则，使学生身临其境，实现人与虚拟场景的交互、行走定位，以及对灭火器的操作交互，该方式新颖且交互性强，丰富了高校消防安全教育的教学形式。
　　本文研究建立的高校消防安全教育系统能够很好地帮助大学生提高消防安全意识，学习消防安全知识，掌握消防安全技能，对于高校消防安全教育具有重要意义;基于VR技术的高校消防安全教育设计与实现方法对于运用现代教育教学理论融合VR技术开发相关教学产品并最终引入学校教育具有重要借鉴意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于虚拟现实技术的消防安全教育国外研究现状

1．2．2 基于虚拟现实技术的消防安全教育国内研究现状

1．3 主要研究内容及研究方法

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要研究方法

1．4 论文组织结构

第二章 基于虚拟现实技术的高校消防安全教育理论基础

2．1 虚拟现实技术概述

2．2 虚拟现实技术在教育中的应用

2．3 虚拟现实技术在高校消防安全教育中的应用

2．4 基于虚拟现实技术的高校消防安全教育理论基础

2．4．1 沉浸理论

2．4．2 游戏化学习理论

2．4．3 认知主义学习理论

2．4．4 建构主义学习理论

2．4．5 学习迁移理论

2．5 本章小节

第三章 系统设计

3．1．2 学习内容分析

3．1．3 学习目标分析

3．1．4 学习者分析

3．1．5 教学策略设计

3．1．6 教学媒体选择和应用

3．2 系统设计原则

3．3 系统设计思路

3．4 系统要素设计

3．4．2 交互性设计

3．4．3 真实性设计

3．4．4 趣味性设计

3．4．5 科学性设计

3．5 系统框架结构设计

3．6 系统开发流程设计

3．7 本章小节

第四章 系统实现

4．1．3 从系统需求角度分析

4．2 系统技术分析

4．3 系统建模

4．4 系统主要功能模块实现

4．4．1 用户模块

4．4．2 场景互动模块

4．4．3 考试模块

4．4．4 数据管理模块

4．4．5 控制处理模块

4．5 系统实现与功能评价

4．6 本章小节

第五章 系统应用分析

5．1 系统试运行调查分析

5．2 实验分析

5．2．1 实验环境

5．2．3 实验过程

5．2．4 实验结果及分析

5．3 本章小节

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

附录

研究生期间科研成果

致谢