基于虚拟现实技术的儿童交通安全教育系统的研究与实现

发布时间：2020-08-18 13:34

【摘要】：儿童交通意外事故始终在威胁着儿童的生命安全,针对这一社会现象,我国政府愈加重视儿童交通安全教育工作。随着科学技术的发展,将虚拟现实技术引入儿童交通安全教育领域成为了研究热点。本文通过分析现有基于VR的儿童交通安全教育系统的优缺点,并结合儿童教育心理学研究成果,以及混沌教育理论的启发,从而打造用于儿童交通安全教育的虚拟交通场景,并通过设定交互任务的方式来达到教育儿童交通安全知识的目的,并解决用户学习知识过程中的需求。本文完成的主要工作为:(1)交叉学科式需求分析。借鉴儿童心理学研究成果,从中得出儿童学习知识过程的特点。从混沌教育理论中获得系统结构设计、初始状态设计以及反馈方式设计的启发与指导。从工业设计学科角度出发,围绕“以人为本”的设计原则,研究并提出基于VR的儿童交通安全教育系统的框架和功能设计方案。(2)虚拟场景搭建。本文通过网格细分算法实现用低内存消耗支持高视觉精度的三维虚拟模型,同时用元胞自动机模拟交通流的生成,以及用UE4中的关卡蓝图编程实现动态光影效果和静态光照。(3)交互开发。该部分主要根据功能设计进行人机交互开发,其中包括角色移动的两种方式:基于Lighthouse技术的漫游模式以及改进的瞬移技术。同时也包括了针对本文虚拟场景中的碰撞检测的降维碰撞技术、虚拟抓取、虚拟按钮交互以及场景重建技术。(4)本文中的虚拟交通场景实现了与教育相关以及无关的两大模块。与教育相关的内容模块包括:汽车、道路、信号灯、手册、斑马线,这些元素相互作用构成了表面特征危险感知和内容特征危险感知两大任务场景,儿童通过完成任务的方式学习交通安全知识,在儿童任务失败的情况下,系统进行场景重建从而让儿童进行反复训练。与教育无关的内容模块包括:建筑、植被、人行道、光照环境、其他模型,这些元素相互作用营造出逼真的虚拟交通情景。最后,本文用认知预演法测试了系统运行的流畅性和完整性。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：G434;TP391.9
【图文】：

１．１选题背景逡逑儿童交通事故是导致儿童致死性伤害的第一原因［１］，很多因交通事故受伤的逡逑儿童也因伤势严重而无法正常的生长发育，同时，有研究发现交通事故后遗症持久性的危害儿童的身心健康＇上述问题对于社会或个人而言都是巨大的损目前，我国政府针对这种社会现象愈加重视儿童交通安全教育工作，同时也有越逡逑来越多的研究者投身在该方面的研究工作上。逡逑ＮＡＳＳ／ＣＤＳ邋（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ邋Ｓａｍｐｌｉｎｇ邋Ｓｙｓｔｅｍ）是美国国家公路交通安逡逑全管理局的信息统计分析部门所建立的交通事故数据库，其中的交通事故报告分逡逑析系统被全世界相关研究所广泛引用。该数据库最新发布的（发布日期：２０１９－０３邋）逡逑关于２０１７年交通事故数据分析报告中有以下几点重要内容［３］：逡逑（１）交通意外事故有逐年上升的趋势，如图１－１所示。逡逑（２）平均每８８分钟就有１个人在交通事故中死亡，其中儿童占１９％，报告逡逑中的部分相关数据统计如图１－２所示。逡逑（３）死于交通事故的儿童中行人占３８％，如图１－３所示。逡逑４００００逦１８％逡逑

图１－３道路交通事故死亡儿童按道路使用者类型进行分类的统计情况逡逑近年来，我国愈加重视在儿童交通安全教育方面的工作。在２０１９年１安部在针对我国道路交通安全整体形势及风险隐患排查情况的新闻调了加强道路使用者弱势群体的交通安全教育工作［４］。图１－４展示了“儿童交通安全教育”或“ｃｈｉｌｄｒｅｎ邋ｔｒａｆｆｉｃ邋ｓａｆｅｔｙ邋ｅｄｕｃａｔｉｏｎ”为主题的启用模糊搜索功能），从图中可以看出越来越多的研究者在关注儿童育领域，并且横跨多个学科，学科分布情况如图１－５所示。从有关儿２逡逑

１９９１逦１９９３逦１９９５逦１９９７逦１９９９逦２００１逦２００３逦２００５逦２００７逦２００９逦２０１１逦２０１３逦２０１５逦２０１７逦２０１９逡逑年份逡逑图１－４文献数量与年份之间的关系逡逑■医药、：逡逑Ｍ文化、科学、呹育．．．逡逑W交通■逡逑年－逦■政治＇法怲逡逑安全科…逡逑■邋ｊｊｉｍ邋术逡逑■农业洰逡逑４０．２４％逦＿＿＿－—－Ｈ逡逑ｉ0３逡逑１０．９４％逡逑２８逡逑＾６．６４％逡逑Ｍ．９５％逡逑图１－５文献的学科划分统计情况逡逑虚拟现实技术在近年来得到了快速的发展，伴随着硬件设备迭代速度的加快，逡逑越来越多的研究者在研究虚拟现实技术的应用价值，如图１－６所示是基于虚拟现逡逑实技术的内容应用专利总数随时间的变化关系。当研究者将虚拟现实技术引入教逡逑育行业时，虚拟教育的概念应运而生。虚拟现实技术特有的３１特征（沉浸感逡逑３逡逑

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本文编号：2796276