VR技术在海关教育培训领域的应用研究-中国口岸科学技术-2023年06期

VR技术在海关教育培训领域的应用研究

作者：祁军李银岚严晓谷玥婵

祁军李银岚严晓谷玥婵

海关事业的发展需要海关教育培训不断创新和改进，为提高教学质量，海关教育培训部门采取了一系列措施和方法，例如：创新教育培训内容和方式，加强教学资源的建设和配置，提高师资力量，引入信息技术，采用多媒体和在线学习平台，但仍然存在一些不足。虚拟现实（virtual reality，VR）技术利用计算机生成的三维图像和声音等多种感官输入，创造出一种仿佛身临其境的感觉，是一种可以让用户沉浸到虚拟世界中的技术^[1-2]。当今海关口岸执法环境日趋危险和复杂，2021—2023年《世界海关组织和世界贸易组织颠覆性技术研究报告》^[3]中对VR等技术应用进行了论述。

本文通过对VR技术探索和研究，探讨VR技术在海关教育培训中的应用模式、教学内容设计、教学方法等方面的可行性，并开发了机场入境人员传染病监测培训软件，以期实现VR技术在海关教育培训中的应用和推广，提高教育培训的效率和质量，促进海关人才的培养和可持续发展。

1 VR技术的发展和应用现状

VR技术从20世纪60年代开始发展，经历了军事培训、航空、医疗等领域的应用。到2010年进入快速发展阶段，VR技术不断创新，如可穿戴式设备、体感设备和手势识别技术等，应用领域也越来越广泛，涵盖了游戏、娱乐、建筑、医疗、教育、旅游、文化等多个领域^[4-7]。VR技术的核心在于“沉浸感”，可以完全将用户从现实世界中隔离，进入完全虚拟的环境^[8]。随着VR技术应用场景越来越广泛，在教育领域，VR技术可以提供更加生动、直观、互动的教学体验，如虚拟实验室、虚拟博物馆等，可提高学习者的学习效果和兴趣^[9]。

2 口岸卫生检疫VR培训软件的开发

随着对外贸易的不断深入，国际交流的日益频繁，传染病疫情跨国界传播风险加剧。构建严密的口岸卫生检疫安全防护体系，保障公共卫生安全和生态环境安全的任务繁重而艰巨。

聚焦全球新冠疫情，通过查阅卫生检疫相关标准和实地调研，开发教育培训软件，如图1所示，通过模拟不同病情、环境和人物角色等要素，探索VR技术与海关卫生检疫培训的结合点。

2.1 应用场景建设

应用场景设定在入境人员卫生检疫方面，场景建设仿真模拟人流量比较大的空港口岸，主要分为6个阶段：个人防护、检疫申报要求、现场检疫、检疫实验室检测、后续管理和传染病监测与评估。

图1 VR培训软件开发技术路线图

Fig.1 VR training software development technology roadmap

结合室外、室内三维建模技术，实现真实场景的模拟复刻；使用实景导航技术，结合高精度定位技术为口岸卫生检疫培训中人员运动轨迹跟踪提供技术保障。主要流程包括确定模型标准、建模规范、材质贴图规范、动作规范与导出四大部分。

2.1.1 确定模型标准

确定模型标准是在建模之前确定一个比例尺，一般情况下单位为米（meters），如图 2所示。在场景建模时，需要确定好近景模型和远景模型的关系，近景模型用中高精度的模型，远景模型用低精度模型，保障项目在VR设备中的流畅使用。

2.1.2 建模规范

采用poly建模，不能出现闪面、破面，不能出现多余的线。对于主体建筑，模型全部做出来，删除底面；配楼使用地面数box替代。对于配楼，删除外围看不见的面；关于地形和道路，主要根据卫星地图绘制；针对植被，使用地面树植物模型；而景观小品，则是近景多面片模型，远景使用十字面片；水面使用unity材质效果水面即可。

图2 模型定位标准设计

Fig.2 Model positioning standard design

2.1.3 材质贴图规范

材质贴图规范包括：1）贴图不能以中文命名，不能有重名；2）材质球命名与物体名称一致；3）材质球的父子层级的命名必须一致；4）同种贴图必须使用一个材质球；5）除需要用双面材质表现的物体之外，其他物体不能使用双面材质；6）材质球的ID号和物体的ID号必须一致；7）若使用CompleteMap烘焙，必须将Shell材质变为Standard标准材质，并且通道要一致，否则不能正确导出贴图；8）带Alpha通道的贴图，在命名时必须加al以区分。见图3。

2.1.4 动作规范与导出

尽量使用少的骨骼数量，最好不超过30个骨骼。将IK和FK分开，当Unity导入模型动作时，IK节点会被烘焙成FK，因为Unity根本不需要IK节点。可以在Uniy中将IK节点对应生成的GameObject删除，或者直接在建模工具（如maya、MAX等）中将IK节点删除后再导入。

2.2 规范与标准

在技术开发标准方面，从统一规范的角度入手，制定信息采集、处理、交换、存储等规范，主要参考以下标准和规范：Web服务标准-UDDI、WSDL和SOAP；WFMC标准；XML技术标准；J2EE技术规范；MVC开发规范；CMM规范；软件工程设计采用Rational Rose可视化建模工具统一建模，软件开发过程采用RUP进行需求、设计、编码、测试等统一管理。

图3 烘焙贴图设置

Fig.3 Baking map settings

2.3 系统架构设计

在设计过程中要注意系统架构的使用，一般采用分层架构，这种架构将软件分成若干个水平层，层与层之间通过接口通信。用户的请求将依次通过表现层（presentation）、业务层（business）、持久层（persistence）、数据库（database）四层的处理，不能跳过其中任何一层，如图4所示。

图4 系统架构图

Fig.4 System architecture diagram

2.4 软件评估

该VR培训软件选择具有鲜明特点的空港口岸检疫场景，通过第一人称的视角，培训贯穿口岸卫生检疫全流程。业务场景包括：防护服穿戴区域、旅检通道、入境旅客提交健康申明卡区域、体温监测通道、医学排查室、采样室、隔离室、观察室和信息处理室。流程交互包括：防护服穿戴、健康申报核验、医学巡查、体温监测、流行病学调查、样本采送和后续处置。如图5所示。

评估方法采用问卷调查、实验对比等，对VR技术在口岸卫生检疫技能培训中的应用模式、教学内容设计、教学方法等方面的可行性、优劣进行评估和分析。评价指标包括学习效果、学习满意度、学习速度等。

3 研究结论和实践建议

通过实验对比发现，使用VR技术进行口岸卫生检疫技能培训的学员在学习效果、学习满意度、学习速度等方面均有显著提升。通过对VR技术在口岸卫生检疫技能培训中的应用进行分析和研究，得出以下启示：1）VR技术可以为海关教育培训提供更加丰富、真实的学习体验，提高学员的学习效果和兴趣。2）VR技术可以促进海关教育培训的个性化和实践性，为学员提供更加贴近实际工作的知识和技能。3）VR技术可以提高海关教育培训的互动性和参与度，促进学员之间的交流和合作，打破部门和领域之间的壁垒。4）VR技术可以为海关教育培训提供更加科学、智能的评估和反馈，为后续教育培训提供参考和改进方向。

3.1 VR技术选择

在选择VR技术时，应考虑技术的成熟度、适用性、易用性等因素，选择成熟度较高、适用性较广、易用性较好的技术，如Microsoft HoloLens、Apple VRKit等。另外，还应考虑技术的稳定性、安全性、成本等因素，保障教育培训的经济效益、可持续性和学员安全。

3.2 教育培训过程设计

在设计教育培训过程时，应考虑学员的需求和特点，结合VR技术的应用场景和优势，设计具有个性化和实践性的学习体验。采用分层次、模块化、小步快跑的教学模式，将教育培训过程分解为多个模块，各模块包含一或多个知识点和相关的操作流程，让学员逐步掌握相关技能和知识。还应考虑学员的学习习惯和兴趣，结合VR技术的交互性和娱乐性，设计具有趣味性和互动性的学习体验。

3.3 实践应用

在实践应用中，应注重教育培训的实效性和实用性，让学员在虚拟环境中模拟实际操作和工作场景，提高工作实践能力和应变能力。同时，还应注重教育培训的协同性和跨界性，打破不同部门和领域之间的壁垒，促进多方合作和交流。采用多种实践应用形式，如虚拟演练、模拟操作、实际案例等。

3.3.1 VR仿真训练

使用VR技术对海关工作场景进行模拟，让学员在虚拟环境中进行培训，如货物检查、人员检查、车辆检查等，提高学员的应对技能^[10-11]。

3.3.2 VR实训

通过VR设备和软件，让学员在虚拟环境中进行实训，如模拟海关口岸、货物检查站等场景，让学员更加真实地感受海关工作的流程、环境和工作要求，提高学员的工作水平^[12]。

3.3.3 VR互动培训

使用VR技术进行互动培训，如模拟海关工作场景和事件，让学员在虚拟环境中进行互动操作和应对，提高学员的应变能力^[13]。

3.3.4 VR远程培训

使用VR技术进行远程培训，如在不同地点的海关岗位之间进行远程VR培训和交流，提高不同岗位之间的协作和沟通能力，促进海关工作的协同发展。

通过VR技术可将海关工作中的实际场景、流程、操作等内容呈现出来，让学员在虚拟环境中进行模拟实践，提高工作实践能力和应变能力^[14]。同时，VR技术也可以提供更加直观和真实的学习体验，增强学习效果和记忆效果^[15]。

3.4 评估和反馈

在教育培训过程中，应定期对学员进行评估和反馈，了解学员的学习效果和需求，为后续教育培训提供参考和改进。另外，还应注重教育培训的数据化和智能化，采用数据分析和人工智能等技术手段，开展深入和全面的分析和预测，为个性化教育培训提供科学依据。

4 展望

VR技术的普及和不断升级，将会带来更加真实、智能、便捷和多样化的体验，这将有助于推动数字化转型和创新。除了前述的VR技术应用探索，还有一些新技术和发展趋势值得关注：1）云VR是一种基于云计算和VR技术相结合的新型VR体验方式。未来，VR技术可能会更多地采用云VR技术，以解决硬件设备和存储空间的限制，提供更加便捷和高效的服务体验^[16]。2）现有VR技术主要采用手柄、头盔和触摸屏等交互方式， VR技术可以加入更多的交互方式，例如手势识别、眼动识别、语音识别等，使交互更加自然和便捷^[17]。3）人工智能技术可以通过深度学习和自然语言处理等技术，实现更加智能化、自动化的服务和应用，可以与VR、增强现实（augmented reality，AR）和混合现实（mixed reality，MR）等技术相结合，提供更加智能、个性化的体验和服务^[18-20]。

总之，VR技术在海关教育培训中的应用是一个具有广阔前景和重要意义的研究领域，需要不断深入挖掘和探索。未来，随着人工智能等技术的飞速发展，将会为VR、AR和MR等技术的发展和应用提供更加广阔的空间和可能性^[19-20]，海关教育培训也将有更大的发展和更多的选择。

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