增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普工作中的應(yīng)用

田依潔+王晨

摘 要 近年來(lái)新媒體技術(shù)發(fā)展異常迅速，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)普遍應(yīng)用于教育、醫(yī)療、建筑、交通、農(nóng)業(yè)、軍事等眾多領(lǐng)域。本文通過(guò)介紹氣象部門在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品領(lǐng)域的嘗試，淺析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象宣傳科普工作領(lǐng)域中的初試效果，為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象宣傳科普工作中的應(yīng)用及發(fā)展提出了自己的意見(jiàn)和想法，推動(dòng)氣象科普工作創(chuàng)新、多元發(fā)展。

關(guān)鍵詞 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：氣象科普；技術(shù)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）198-0173-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及智能移動(dòng)終端設(shè)備的快速普及，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)其虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)互動(dòng)、三維立體等特點(diǎn)為用戶帶來(lái)了全新體驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一個(gè)新興的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，目前已廣泛應(yīng)用于教育、醫(yī)療、建筑、交通、農(nóng)業(yè)、軍事等行業(yè)。這讓我們看到了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的媒介傳播價(jià)值，開始嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于氣象科普領(lǐng)域。

1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生一方面是應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，另一方面是為了彌補(bǔ)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)完全脫離現(xiàn)實(shí)而獨(dú)自呈現(xiàn)的不足[1]。1990年波音公司計(jì)算機(jī)研究部門科學(xué)家托馬斯·考德?tīng)杽?chuàng)造了“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”一詞，當(dāng)時(shí)考德?tīng)栭_發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的，主要用于輔助技術(shù)人員安裝第一架波音777噴氣客機(jī)內(nèi)部千絲萬(wàn)縷的電纜線，提高工作效率[2]。

1.1 概念

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)——Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一個(gè)分支[1]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)環(huán)境中并不存在的虛擬信息，這些虛擬信息可被用戶以視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、等方式感知，成為周圍真實(shí)環(huán)境的組成部分，從而增強(qiáng)用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知[3]。

1.2 特點(diǎn)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較為突出的三大特點(diǎn)，即虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)互動(dòng)、三維立體。虛實(shí)結(jié)合，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)虛擬事物和真實(shí)環(huán)境的結(jié)合，讓真實(shí)世界和虛擬物體共存，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)更強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中通過(guò)疊加虛擬內(nèi)容，展現(xiàn)虛擬內(nèi)容伴隨現(xiàn)實(shí)環(huán)境而變化；實(shí)時(shí)互動(dòng)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)圖像識(shí)別，能夠?qū)崿F(xiàn)讓用戶使用智能終端設(shè)備識(shí)別標(biāo)志物，迅速完成信息合成，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境疊加虛擬內(nèi)容傳達(dá)給用戶，用戶可通過(guò)預(yù)制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬內(nèi)容的個(gè)性化處理，實(shí)現(xiàn)了用戶在真實(shí)與虛擬環(huán)境融合產(chǎn)生的新環(huán)境中完成交流互動(dòng)；三維立體，在三維尺度空間中增添定位虛擬物體，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中需要通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤攝像機(jī)姿態(tài)，實(shí)時(shí)計(jì)算出攝像機(jī)影像位置及角度，定位出虛擬圖像于真實(shí)場(chǎng)景中的注冊(cè)位置，以實(shí)現(xiàn)虛擬世界與真實(shí)世界更自然的融合[4]。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬世界和真實(shí)世界的實(shí)時(shí)同步，滿足用戶在現(xiàn)實(shí)世界中真實(shí)地感受虛擬空間中模擬的事物，增強(qiáng)使用的趣味性和互動(dòng)性。

1.3 傳播價(jià)值

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的傳播價(jià)值主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。第一，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中構(gòu)建出虛擬模型，既擺脫了現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的束縛又打破現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景所能呈現(xiàn)的形式內(nèi)容限制。第二，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的虛擬模型來(lái)源于現(xiàn)實(shí)生活，是真實(shí)事物的客觀反映，容易引起受眾的認(rèn)同與共鳴。虛擬模型對(duì)現(xiàn)實(shí)的這種反映可以是模仿的、再現(xiàn)的，也可以是間接的、投影的、投射的，還可以是比照的、反向的、變形的、變異的[5]。通過(guò)虛擬提供特定功能，以滿足人們的心理追求及解決問(wèn)題的需要，從而達(dá)到引起受眾的認(rèn)同與共鳴的目的。第三，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的超現(xiàn)實(shí)屬性能夠?qū)崿F(xiàn)科普傳播中的資源整合及效率提升。虛擬對(duì)現(xiàn)實(shí)的提煉篩除，摒棄了現(xiàn)實(shí)中的異常和干擾，令傳播消息簡(jiǎn)明扼要，可大量節(jié)約傳播資源，提升傳播效率[5]，虛擬模型亦可自由搭配、集成組合，針對(duì)不同受眾可以專門定制。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展以及智能移動(dòng)終端設(shè)備的快速普及，公眾獲取知識(shí)的方式和場(chǎng)所越來(lái)越多樣化，也越來(lái)越方便、快速。公眾需要獲得的知識(shí)種類越來(lái)越多，知識(shí)深度愈發(fā)加深，通過(guò)傳統(tǒng)的專業(yè)書籍、專業(yè)期刊、媒體宣傳等方式獲取知識(shí)的方式，已無(wú)法滿足公眾對(duì)知識(shí)快速更新的要求，公眾逐漸開始依靠互聯(lián)網(wǎng)獲取知識(shí)。公眾希望能夠在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)智能移動(dòng)終端訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)，快速、準(zhǔn)確地得到形象、生動(dòng)、通俗的專業(yè)知識(shí)。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)依托其具有的沉浸性、交互性、虛實(shí)結(jié)合、及三維立體等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)楣娞峁┮苿?dòng)化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，并能將復(fù)雜難懂的科學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成具象模型，增加知識(shí)趣味性、通俗性。

2.1 增強(qiáng)知識(shí)趣味性

由于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)一體化的感知效果，用戶具有真實(shí)情境體驗(yàn)、自主操作交互的感受，讓原本枯燥無(wú)味的知識(shí)變得可互動(dòng)、可感知。身臨其境的感受和自然豐富的交互體驗(yàn)不僅極大地激發(fā)了公眾的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，更給公眾提供了大量親身觀察、操作的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了公眾的認(rèn)知過(guò)程及知識(shí)建構(gòu)過(guò)程，有利于實(shí)現(xiàn)深層次

理解[6]。

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式讓很多受眾覺(jué)得枯燥乏味，而采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展氣象科工作，能夠極大地提升知識(shí)的趣味性，生動(dòng)形象的場(chǎng)景會(huì)加強(qiáng)受眾的記憶，激發(fā)公眾的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 移動(dòng)化、個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式

在虛實(shí)結(jié)合的場(chǎng)景中補(bǔ)充大量數(shù)據(jù)信息以模擬真實(shí)環(huán)境，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?qū)⑽覀兯Ｍ麄鞑サ闹R(shí)進(jìn)行碎片化處理，分成若干小知識(shí)點(diǎn)嵌入虛擬模型中，用戶根據(jù)自身需要，完成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的探索、發(fā)現(xiàn)、過(guò)濾等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

隨著人們迫切希望擺脫事件和空間對(duì)學(xué)習(xí)的限制，能夠自主靈活安排的移動(dòng)化學(xué)習(xí)方式愈發(fā)受到推崇。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在運(yùn)行平臺(tái)方面從成本高昂的桌面計(jì)算機(jī)或工作站逐漸轉(zhuǎn)向成本較低的移動(dòng)平臺(tái)，在顯示設(shè)備方面從頭戴顯示器、立體眼鏡逐漸轉(zhuǎn)向平板電腦或手機(jī)等移動(dòng)終端，用戶逐漸擺脫設(shè)備對(duì)使用環(huán)境的限制，開始能夠在零散時(shí)間（上下班途中、睡前等）中體驗(yàn)、學(xué)習(xí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)所帶來(lái)的知識(shí)和樂(lè)趣[7]。endprint

2.3 形象直觀理解復(fù)雜科學(xué)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)于在實(shí)踐中理解專業(yè)性較強(qiáng)的知識(shí)或者體驗(yàn)專業(yè)性較強(qiáng)的作業(yè)過(guò)程而言，具有很高的實(shí)用價(jià)值。如氣象科普工作中存在一些專家難以使用通俗語(yǔ)言解釋、公眾又難以理解專業(yè)性表達(dá)的問(wèn)題，專家難以將抽象的理論知識(shí)呈現(xiàn)給公眾，只能用語(yǔ)言為其講解，公眾在單調(diào)乏味的環(huán)境中難以吸收、消化枯燥的理論知識(shí)。又如一些專業(yè)氣象觀測(cè)設(shè)備（氣象衛(wèi)星、多普勒雷達(dá)等）難以實(shí)現(xiàn)對(duì)公眾開放參觀；而一些專業(yè)性較強(qiáng)作業(yè)過(guò)程（人工影響天氣作業(yè)等）具有一定的危險(xiǎn)性，公眾無(wú)法到真實(shí)場(chǎng)景中去實(shí)踐感知。

3 氣象科普應(yīng)用嘗試

基于對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)的分析，氣象科普工作嘗試引入增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。首批產(chǎn)品將重點(diǎn)展示氣象科技裝備（平時(shí)難以向公眾開放參觀的，公眾經(jīng)常在互聯(lián)網(wǎng)看到介紹而不能現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)的）。

3.1 研發(fā)制作

本著帶領(lǐng)公眾認(rèn)識(shí)氣象、向公眾展示氣象智能科技、讓公眾通過(guò)AR產(chǎn)品進(jìn)行科普互動(dòng)的研發(fā)制作理念，我們嘗試制作一套《玩轉(zhuǎn)氣象——AR互動(dòng)氣象裝備》增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。這其中包括平時(shí)難以向公眾開放參觀的風(fēng)云氣象衛(wèi)星、多普勒天氣雷達(dá)，公眾經(jīng)常在互聯(lián)網(wǎng)看到介紹而不能現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)的地面氣象觀測(cè)場(chǎng)、氣象應(yīng)急指揮車，以及專業(yè)性作業(yè)設(shè)備人工影響天氣作業(yè)飛機(jī)和做作業(yè)車。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星展示了風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星（包括靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星）工作方式、運(yùn)行軌道以及衛(wèi)星上主要部件的詳細(xì)功能。用戶可通過(guò)點(diǎn)擊音頻介紹按鈕聽(tīng)取聲音介紹，還可通過(guò)點(diǎn)擊組裝按鈕實(shí)現(xiàn)分布組裝氣象衛(wèi)星。

地面氣象觀測(cè)場(chǎng)展示了標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測(cè)場(chǎng)，包括風(fēng)桿、百葉箱、蒸發(fā)池、閃電定位儀等9種常規(guī)觀測(cè)設(shè)備。用戶可通過(guò)文字、聲音兩種方式了解每種觀測(cè)設(shè)備的功能及工作方式，并且能夠逐一拆解觀測(cè)設(shè)備，了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

人工影響天氣作業(yè)飛機(jī)、作業(yè)車主要展示了人工影響天氣作業(yè)的兩種方式。人工影響天氣作業(yè)飛機(jī)詳細(xì)展示了作業(yè)飛機(jī)上的各種儀器，通過(guò)文字、聲音介紹了其工作原理及作業(yè)方式。用戶可通過(guò)點(diǎn)擊起飛按鈕，展現(xiàn)飛機(jī)飛入云層的效果；通過(guò)點(diǎn)擊發(fā)射按鈕實(shí)現(xiàn)人工影響天氣作業(yè)，形成降雨。

3.2 應(yīng)用及效果

我們將研發(fā)制作的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品應(yīng)用于幼兒?jiǎn)⒚煽破眨ㄍㄟ^(guò)寓教于樂(lè)的方式激發(fā)小孩子了解氣象科學(xué)的興趣）、提高青少年科學(xué)文化素質(zhì)（讓中小學(xué)生通過(guò)真實(shí)、形象的三維立體模型學(xué)習(xí)、理解復(fù)雜的科學(xué)原理）和氣象科普?qǐng)鲳^展項(xiàng)等方面。

提高青少年科學(xué)文化素質(zhì)，就是要讓青少年了解必要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)、掌握基本的科學(xué)方法、樹立科學(xué)思想，但青少年的知識(shí)儲(chǔ)備相對(duì)較少，難以從字面上理解、掌握復(fù)雜的氣象科學(xué)原理?！锻孓D(zhuǎn)氣象——AR互動(dòng)氣象裝備》的每一個(gè)產(chǎn)品通過(guò)虛擬立體模型為青少年直觀、形象展示、講解了原本枯燥、難懂的科學(xué)原理知識(shí)。從用戶滿意度反饋中發(fā)現(xiàn)，青少年對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)氣象科普產(chǎn)品提升記憶力和理解力方面滿意度最高。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)氣象科普產(chǎn)品通過(guò)其自身特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，能夠培養(yǎng)青少年自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的能力。

作為普及科學(xué)技術(shù)知識(shí)、傳播科學(xué)思想和科學(xué)方法的平臺(tái)，科普?qǐng)鲳^自誕生之日起，便成為面向公眾開展經(jīng)常性、群眾性科普展覽教育活動(dòng)的重要前沿陣地[8]。氣象科普?qǐng)鲳^近年來(lái)堅(jiān)持研發(fā)帶有互動(dòng)參與系統(tǒng)的新興展項(xiàng)，如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)互動(dòng)展項(xiàng)、虛擬現(xiàn)實(shí)蛋椅等。我們已將《玩轉(zhuǎn)氣象——AR互動(dòng)氣象裝備》增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品作為交流互動(dòng)展項(xiàng)應(yīng)用于中國(guó)氣象科普展廳及2017氣象科技周活動(dòng)中的氣象科技展覽。

3.3 局限性

在研發(fā)制作氣象科普增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)門檻較高，開發(fā)制作成本較貴，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的核心技術(shù)較為復(fù)雜，普通氣象科普工作人員難以直接參與研發(fā)、掌握和運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

目前開發(fā)制作的氣象科普AR產(chǎn)品，公眾需要下載安裝AR產(chǎn)品附贈(zèng)的應(yīng)用程序后，使用智能移動(dòng)終端掃描對(duì)應(yīng)圖片，才能呈現(xiàn)相應(yīng)的AR資源。在應(yīng)用過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，AR產(chǎn)品必須依靠智能終端設(shè)備及穩(wěn)定安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境才能正常使用，這給增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品帶來(lái)了較大局限性。首先，雖然目前智能手機(jī)已經(jīng)非常普及，但是獲取任何AR資源都需要下載專用App，這讓公眾快速、便捷的體驗(yàn)感大大降低。其次，獲取AR資源需要依靠安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在某些偏遠(yuǎn)地區(qū)或遭受氣象災(zāi)害致使網(wǎng)絡(luò)環(huán)境很差的地區(qū)，公眾無(wú)法獲取科普知識(shí)或防御辦法。除此之外，當(dāng)AR產(chǎn)品應(yīng)用于幼兒?jiǎn)⒚山逃臅r(shí)候，家長(zhǎng)對(duì)于兒童長(zhǎng)時(shí)間使用電子設(shè)備心存較大疑慮甚至是反對(duì)，有相當(dāng)一部分家長(zhǎng)明確表示擔(dān)心使用AR產(chǎn)品會(huì)影響兒童的視力健康。

4 結(jié)論

人工智能和大數(shù)據(jù)分析如何影響、推進(jìn)今后科普工作的發(fā)展方向，為我們氣象科普工作提出了新的研究課題。氣象科普在未來(lái)研發(fā)制作的AR產(chǎn)品將結(jié)合更多高新科技元素，如人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，其在氣象領(lǐng)域的發(fā)展前景也將會(huì)越來(lái)越廣闊。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品帶給我們的不僅僅是一個(gè)技術(shù)平臺(tái)或工具，更會(huì)孕育出一種新型傳授、解析科學(xué)的模式和學(xué)習(xí)方法[9]。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛地應(yīng)用到氣象科普工作中，對(duì)于貫徹落實(shí)中國(guó)氣象局科普發(fā)展規(guī)劃、切實(shí)推進(jìn)氣象科普工作具有重大意義。

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