增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在防震減災(zāi)科普宣傳中的應(yīng)用

孔令愛，胡子超，劉海剛

（1.臨沂市地震臺(tái)，山東 臨沂 276000；2.沂水地震臺(tái)，山東 沂水 276400）

1 引言

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是一種將虛擬信息無縫融合到真實(shí)世界的新技術(shù)，利用跟蹤注冊、虛實(shí)融合和人機(jī)交互三大關(guān)鍵技術(shù)，給用戶帶來全新體驗(yàn)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一項(xiàng)多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到許多行業(yè)，包括工業(yè)、醫(yī)療、軍事、娛樂、游戲、教育、旅游、商業(yè)、家具等領(lǐng)域[1]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的自身特點(diǎn)決定了其具有很好的應(yīng)用價(jià)值，尤其在媒介傳播方面，為地震工作者帶來了一個(gè)新的研究課題，開始嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于防震減災(zāi)科普宣傳領(lǐng)域。

2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

2.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概念

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）被稱為“混合現(xiàn)實(shí)”或者“擴(kuò)增現(xiàn)實(shí)”，是基于虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）發(fā)展起來的技術(shù)。VR構(gòu)造一種封閉的虛擬環(huán)境，使用戶完全沉浸在虛擬的世界中，如圖1所示。AR則是對真實(shí)世界進(jìn)行補(bǔ)充，借助計(jì)算機(jī)圖形和可視化技術(shù)產(chǎn)生真實(shí)世界中不存在的虛擬對象，并把虛擬對象帶入到真實(shí)世界中，使用戶通過聽、看、觸摸虛擬對象來增強(qiáng)對真實(shí)世界的感知，如圖2所示。

圖2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

目前有兩種通用的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定義：

一種定義是1994年由保羅·米爾格拉姆（Paul Milgram）和岸野文郎（Fumio Kishino）[2]提出的“現(xiàn)實(shí)-虛擬連續(xù)體”（Milgram's Reality-Virtuality Continuum），如圖3所示。連續(xù)體的左右兩端分別表示真實(shí)環(huán)境與虛擬環(huán)境，中間表示“混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality)”。其中將靠近真實(shí)環(huán)境的部分稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality），將靠近虛擬環(huán)境的部分稱為擴(kuò)增虛境（Augmented Virtuality）。

圖3 現(xiàn)實(shí)-虛擬連續(xù)體

另一種定義是1997年北卡大學(xué)的Ronald Azuma提出的，他總結(jié)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的三個(gè)特點(diǎn)，分別是虛實(shí)融合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊。

1)虛實(shí)融合（Combines real and virtual）：AR 技術(shù)將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬信息——文字、圖像、三維模型、全景信息、視頻、三維動(dòng)畫、網(wǎng)站鏈接、音頻等，與真實(shí)世界相結(jié)合，使真實(shí)世界和虛擬信息合為一體。

2)實(shí)時(shí)交互(Interactive in real time)：AR實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界與虛擬世界的實(shí)時(shí)同步，滿足用戶在真實(shí)世界中通過體感、語音、手部動(dòng)作等方式與虛擬世界中的事物交互，使用戶真實(shí)地感受到虛擬對象的存在。

3)三維注冊（Registered in 3D)：AR準(zhǔn)確定位虛擬信息在真實(shí)場景中的位置，將虛擬信息與真實(shí)場景進(jìn)行配準(zhǔn)，并將虛擬信息準(zhǔn)確放置在真實(shí)世界中。

2.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)原理

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)涉及到計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、信息可視化等多方面的知識(shí)。一個(gè)完整的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)由圖像采集與處理、跟蹤定位、虛擬信息注冊、虛擬數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、虛實(shí)融合、系統(tǒng)顯示、人機(jī)交互等多個(gè)部分組成。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的原理如圖4所示。

圖4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)原理圖

基于圖4的工作流程，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1：通過攝像機(jī)等圖像輸入設(shè)備獲取物理世界中特定標(biāo)志物或自然標(biāo)志物的真實(shí)信息；

步驟2：采用相關(guān)的處理技術(shù)對獲取的信息進(jìn)行計(jì)算及存儲(chǔ)；

步驟3：利用精準(zhǔn)的跟蹤定位技術(shù)，計(jì)算攝像機(jī)相對于目標(biāo)物體的位置姿態(tài)；

步驟4：根據(jù)獲取的注冊信息，確定虛擬信息在目標(biāo)場景中的顯示位置；

步驟5：采用實(shí)時(shí)地虛實(shí)融合技術(shù)，并在虛擬對象數(shù)據(jù)庫中找到對應(yīng)的虛擬信息，實(shí)現(xiàn)物理世界與虛擬信息的無縫融合；

步驟6：利用系統(tǒng)顯示技術(shù)將虛實(shí)融合后的混合場景在顯示器上顯示出來。

2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)關(guān)鍵技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有三個(gè)，分別是跟蹤注冊、虛實(shí)融合顯示以及人機(jī)交互。

2.3.1 跟蹤注冊技術(shù)

跟蹤注冊技術(shù)實(shí)時(shí)地計(jì)算攝像機(jī)相對于目標(biāo)場景的位置和方向，確定虛擬信息在真實(shí)場景中的顯示位置。當(dāng)攝像機(jī)的角度發(fā)生改變時(shí)，通過跟蹤注冊技術(shù)，可以使虛擬信息在真實(shí)場景中隨之做相應(yīng)的改變。目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中主要采用的跟蹤注冊技術(shù)有：基于計(jì)算機(jī)視覺的跟蹤注冊、基于硬件傳感器的跟蹤注冊以及混合跟蹤注冊，如圖5所示。

圖5 跟蹤注冊技術(shù)分類

基于計(jì)算機(jī)視覺的跟蹤注冊為：通過攝像機(jī)獲取真實(shí)場景中的圖像信息，根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺原理跟蹤定位真實(shí)場景中的目標(biāo)物體。該類技術(shù)具有原理簡單、跟蹤注冊精度高、實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在計(jì)算量大、魯棒性不強(qiáng)、實(shí)時(shí)性差等缺陷。其又可細(xì)分為基于人工標(biāo)志和基于自然特征點(diǎn)的兩種形式的跟蹤注冊?；谌斯?biāo)志的技術(shù)目前比較成熟，出現(xiàn)了 ARToolKit、ARTag、ARToolKitPlus 等成熟的方法?；谧匀惶卣鼽c(diǎn)的技術(shù)以自然場景中的點(diǎn)、線、面等自然特征為識(shí)別對象，實(shí)現(xiàn)起來相對比較困難。基于自然特征的經(jīng)典算法有：Ozuysal等人提出的Ferns算法、Lowe提出的SIFT、Bay等人提出的SURF算法等。

基于硬件傳感器的跟蹤注冊為：通過傳感器獲取真實(shí)場景的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算攝像機(jī)相對于目標(biāo)物體的位置與方向。該類技術(shù)容易受外界條件的影響，但基于不同傳感器的技術(shù)又具有各自的優(yōu)點(diǎn)。目前常用的硬件傳感器有加速度傳感器、方向傳感器、陀螺儀、磁場傳感器等。傳統(tǒng)的硬件傳感器有超聲波、電磁、光學(xué)、機(jī)械、聲學(xué)、慣性等。隨著科技的發(fā)展以及人們需求的提高，傳統(tǒng)的硬件傳感器將逐漸被基于移動(dòng)終端的傳感器替代。

混合跟蹤注冊為：通過將硬件傳感器和計(jì)算機(jī)視覺相結(jié)合，跟蹤定位真實(shí)場景中的目標(biāo)物體。單一的跟蹤注冊技術(shù)存在著延時(shí)、不精確等缺陷，不能很好的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的跟蹤定位。該類技術(shù)將兩種或者兩種以上的技術(shù)結(jié)合在一起，具有跟蹤注冊精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、不易受外界干擾等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的混合跟蹤注冊技術(shù)有GPS與機(jī)器視覺結(jié)合、磁傳感器與機(jī)器視覺結(jié)合、慣性傳感器與機(jī)器視覺結(jié)合等。

2.3.2 虛實(shí)融合顯示技術(shù)

在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，虛實(shí)融合顯示技術(shù)對虛擬信息與真實(shí)環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)虛擬信息與真實(shí)環(huán)境在光照、幾何、陰影等方面一致性的融合，將逼真的虛實(shí)融合場景顯示出來。該技術(shù)需要解決融合過程中的遮擋、延時(shí)等問題，保持虛擬與真實(shí)的視覺一致性。目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中的視覺一致性主要指幾何一致性和光照一致性。所謂幾何一致性是當(dāng)用戶的觀察角度發(fā)生改變時(shí)，虛擬場景和真實(shí)場景之間的相對位置不會(huì)改變，而是保持前后一致。所謂光照一致性是生產(chǎn)的虛擬場景的光照情況要與真實(shí)環(huán)境保持一致，并且能夠自適應(yīng)真實(shí)環(huán)境光照條件的變化。

為了讓用戶體驗(yàn)最佳的虛實(shí)融合場景，需要相關(guān)的顯示設(shè)備進(jìn)行輔助，目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中主要采用的虛實(shí)融合顯示設(shè)備有：基于頭盔的顯示、基于投影的顯示以及基于手持設(shè)備的顯示。

根據(jù)頭盔顯示器的實(shí)現(xiàn)原理大致把頭盔顯示設(shè)備分為視頻透視式和光學(xué)透視式兩種形式，如圖6所示。用戶通過頭盔顯示器能夠體驗(yàn)虛擬信息與真實(shí)場景的融合顯示效果。

圖6 頭盔顯示設(shè)備

基于視頻透視的頭盔顯示器根據(jù)頭部跟蹤器獲取的跟蹤注冊信息，將場景生成器生成的虛擬場景加載到視頻信號(hào)融合器上，與真實(shí)場景的視頻信號(hào)融合，把虛實(shí)融合后的合成視頻信號(hào)顯示在液晶顯示器上，呈現(xiàn)在用戶的眼前，如圖6(a)所示。

基于光學(xué)透視的頭盔顯示器是利用光學(xué)成像原理，通過光學(xué)合成器實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合效果。光學(xué)合成器位于用戶眼睛的前方，是一種半反半透的光學(xué)元件。真實(shí)場景的光線直接通過光學(xué)合成器到達(dá)用戶眼睛。虛擬場景加載到攝像機(jī)顯示器上，顯示器射出的光線通過光學(xué)合成器反射，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)放大，進(jìn)入用戶眼睛。真實(shí)場景光線與顯示器光線融合，用戶就可以看到虛實(shí)融合的場景，如圖6(b)所示。

投影顯示設(shè)備首先利用紅外信號(hào)感應(yīng)器獲取真實(shí)場景信息，并對信息進(jìn)行處理分析，確定需要投影顯示的虛擬信息；然后用投影儀將計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息投影到反射鏡上，再經(jīng)過反射鏡發(fā)射到投影區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的奇幻場景，如圖7所示。

圖7 投影顯示設(shè)備

手持設(shè)備主要是指平板電腦、手機(jī)、PDA等移動(dòng)終端設(shè)備。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用于手持設(shè)備上，有基于計(jì)算機(jī)視覺和基于手機(jī)傳感器兩種形式的實(shí)現(xiàn)方式，如圖8所示。

圖8 手持顯示設(shè)備

雖然兩種形式的實(shí)現(xiàn)原理不同，但是虛實(shí)融合顯示都是根據(jù)手持設(shè)備系統(tǒng)中的圖層疊加方式實(shí)現(xiàn)的。手持顯示設(shè)備將虛擬信息與真實(shí)場景顯示在不同的圖層上，并且保證圖層之間互不遮擋，將最終的虛實(shí)融合效果通過顯示器顯示出來。

2.3.3 人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)通過輸入輸出設(shè)備，將用戶的相關(guān)操作輸入到計(jì)算機(jī)，并對其進(jìn)行分析處理，將交互結(jié)果輸出到顯示設(shè)備上。目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中常用的交互方式有：基于外接設(shè)備的交互、基于手部動(dòng)作的交互、基于標(biāo)志的交互。

基于外接設(shè)備的交互：用戶通過對外接設(shè)備的控制，與虛擬對象進(jìn)行交互。該種交互方式通過外接設(shè)備，將用戶對虛擬對象的相關(guān)操作輸入到計(jì)算機(jī)中。常用的外接設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、光筆、數(shù)據(jù)手套、各種傳感器等。它具有精度高、算法簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是存在著沉浸感不強(qiáng)的缺陷。

基于手部動(dòng)作的交互：一種方式是用戶通過手勢動(dòng)作與虛擬對象進(jìn)行互動(dòng)，將用戶的手勢動(dòng)作輸入到計(jì)算機(jī)，通過識(shí)別跟蹤用戶的手勢，估算用戶的意圖。另一種方式是通過手部觸控屏幕上的按鈕，將用戶操作輸入到計(jì)算機(jī)，該種方式主要適用于移動(dòng)終端設(shè)備。

基于標(biāo)志的交互：在場景中設(shè)置特定含義的標(biāo)志，通過對標(biāo)志識(shí)別注冊，向用戶顯示相關(guān)的指示信息，用戶通過信息提示進(jìn)行相關(guān)的交互操作。

2.4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)使物理世界與虛擬對象合為一體，使用戶得以在物理世界中真切感受虛擬空間中的事物，增強(qiáng)了事物的趣味性、創(chuàng)新性和互動(dòng)性。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在眾多的行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)虛實(shí)融合，將文字、圖像、3D模型、網(wǎng)站鏈接等虛擬信息融合到真實(shí)世界中，打破了真實(shí)場景的束縛，擺脫了真實(shí)世界所能呈現(xiàn)內(nèi)容的形式限制。例如，在工業(yè)中的安裝、維修、調(diào)試等工作中，可以將維修與裝配相關(guān)的信息以圖形文字的形式疊加到真實(shí)場景中，可以將不能展示的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)展示在工人面前[3]。

例如，在實(shí)際的水道維修過程中，富士通公司運(yùn)用了AR技術(shù)，通過移動(dòng)設(shè)備的攝像頭快速、準(zhǔn)確地識(shí)別定位故障位置，將相關(guān)信息以文字注釋的形式疊加到水道上，為工人維修提供指示功能[4]，如圖9所示。

圖9 AR在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用（富士通）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互，用戶在真實(shí)世界中能夠通過體感、語音、手部動(dòng)作等方式與虛擬對象進(jìn)行交互，容易引起用戶的興趣，滿足用戶的心理需求，達(dá)到用戶的認(rèn)同和共鳴。

例如，在教學(xué)展示中，通過具有AR功能的頭盔顯示器或者移動(dòng)設(shè)備，將書本中的知識(shí)或場景以虛擬信息的形式展示在學(xué)生面前，可以輔助教師進(jìn)行直觀的教學(xué)，使學(xué)生對知識(shí)有具體的認(rèn)知，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！绑w感學(xué)習(xí)機(jī)”是一款將體感與AR技術(shù)結(jié)合在一起的學(xué)習(xí)設(shè)備，通過AR技術(shù)使體驗(yàn)者能夠在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中真實(shí)體驗(yàn)像火災(zāi)和地震等虛擬場景[5]，如圖10所示。

圖10 AR在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)跟蹤注冊，保證了虛擬信息實(shí)時(shí)進(jìn)行融合，通過具有AR功能的移動(dòng)設(shè)備，識(shí)別真實(shí)場景中的標(biāo)志物，計(jì)算攝像機(jī)相對于標(biāo)志物的位置和方向，實(shí)時(shí)將真實(shí)場景變換成用戶需要的場景或者將虛擬對象融入到真實(shí)場景中。

例如，在人機(jī)交互的娛樂游戲中，可以為用戶提供虛擬的游戲體驗(yàn)平臺(tái)，滿足用戶與虛擬物體或者場景進(jìn)行實(shí)時(shí)地互動(dòng)。在熱鬧的街頭，利用移動(dòng)終端設(shè)備，對天空進(jìn)行識(shí)別，將虛擬物體實(shí)時(shí)疊加到天空的位置，用戶可以對著天空射擊出現(xiàn)的虛擬怪物，如圖11所示。

圖11 在娛樂游戲領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，防震減災(zāi)科普宣傳工作的形式缺乏趣味性、互動(dòng)性和創(chuàng)新性，對如何利用現(xiàn)代科技創(chuàng)作出精良的科普宣傳作品研究不夠。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛實(shí)融合、跟蹤注冊和人機(jī)交互，則能夠?qū)⒖菰锓ξ兜牡卣鹬R(shí)、地震模型、地震觀測流程等以獨(dú)特個(gè)性的形式展示給公眾，進(jìn)而激發(fā)公眾對防震減災(zāi)科普知識(shí)的興趣，為公眾帶來喜聞樂見的防震減災(zāi)科普宣傳作品。

3 AR用于防震減災(zāi)科普宣傳的優(yōu)勢

我國正處于全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期[6]，做好防震減災(zāi)科普宣傳工作顯得尤為重要。隨著時(shí)代的變革和社會(huì)的進(jìn)步，公眾對于知識(shí)的渴求越來越強(qiáng)烈?？茖W(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，為公眾創(chuàng)造了多種多樣獲取知識(shí)的途徑。傳統(tǒng)的閱讀書籍、聽講座等獲取知識(shí)的方式已經(jīng)無法滿足公眾的需求。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)利用虛實(shí)融合、跟蹤注冊和人機(jī)交互三大關(guān)鍵技術(shù)，能夠?yàn)楣娞峁┮环N新穎的獲取知識(shí)的途徑。隨著移動(dòng)設(shè)備在人們生活中的普及，以及移動(dòng)設(shè)備在硬件配置、處理性能等方面的不斷提高，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)被廣泛應(yīng)用到移動(dòng)設(shè)備，移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Mobile Augmented Reality，M-AR)[7]應(yīng)運(yùn)而生。M-AR不僅具備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的虛實(shí)融合、實(shí)時(shí)交互和三維注冊的特點(diǎn)，而且與移動(dòng)設(shè)備完美結(jié)合，能夠自由移動(dòng)，帶給用戶全新的交互體驗(yàn)?zāi)Ｊ?。M-AR可提供移動(dòng)化、個(gè)性化的服務(wù)，為公眾獲取知識(shí)提供了方便和興趣，在防震減災(zāi)科普宣傳中具有很大的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的防震減災(zāi)科普宣傳多以發(fā)放宣傳冊、聽講座、張貼畫報(bào)、媒體報(bào)道等形式開展，缺乏宣傳效果，公眾對此已經(jīng)習(xí)以為常，對獲取知識(shí)的方式覺得枯燥乏味，失去了學(xué)習(xí)知識(shí)的動(dòng)力。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)將虛擬對象融合到真實(shí)世界，把知識(shí)以一種生動(dòng)、形象、具體的形式呈現(xiàn)給公眾，使公眾體驗(yàn)到一種視覺和聽覺一體化的感知效果。這種真實(shí)的體驗(yàn)感會(huì)極大地激發(fā)公眾學(xué)習(xí)知識(shí)的興趣，同時(shí)可以為公眾提供親身觀察、動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，有利于更好的理解知識(shí)，增加記憶[8]。

傳統(tǒng)的防震減災(zāi)科普宣傳缺乏科技創(chuàng)新力，很少利用現(xiàn)代科技創(chuàng)造出精良的、高質(zhì)量的科普作品。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)作為一項(xiàng)熱門的高新科技應(yīng)用于防震減災(zāi)科普宣傳，能夠提高防震減災(zāi)科普宣傳的創(chuàng)新性和科技含量，為公眾帶來一款喜聞樂見的防震減災(zāi)科普宣傳作品。另一方面，傳統(tǒng)的防震減災(zāi)科普宣傳只能在特定的時(shí)間和環(huán)境中開展，在時(shí)間和空間上限制了公眾的學(xué)習(xí)，缺乏靈活自由的學(xué)習(xí)方式。隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在移動(dòng)設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，借助高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)，公眾可以擺脫時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地地、快速準(zhǔn)確地獲取直觀、形象的知識(shí)。

傳統(tǒng)的防震減災(zāi)科普宣傳只是提供書面上的知識(shí)，內(nèi)容多以理論為主，不能直觀地、具體地解釋其內(nèi)涵，像一些抽象的、復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)，公眾很難理解；另一方面，傳統(tǒng)的防震減災(zāi)科普宣傳無法直接提供真實(shí)的地震監(jiān)測流程，像一些精密的地震監(jiān)測儀器也無法現(xiàn)場提供給公眾。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以利用其強(qiáng)大的虛實(shí)融合功能，將虛擬對象-文字、圖像、三維立體、全景信息、視頻、三維動(dòng)畫、音頻、網(wǎng)站鏈接等復(fù)雜的物體、信息、流程等疊加到現(xiàn)實(shí)中，為公眾創(chuàng)造一個(gè)真實(shí)地觀察、操作的實(shí)踐場景，公眾可以獲取一種直觀、形象、具體的體驗(yàn)過程，加強(qiáng)對專業(yè)知識(shí)的理解。

4 AR在防震減災(zāi)科普宣傳中的嘗試

對現(xiàn)有的地震科普館進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前大部分地震科普館都是以展板或者展柜的形式向公眾提供科普知識(shí)，需要講解員進(jìn)行講解，耗費(fèi)人力資源，缺乏趣味性。故此針對地震科普館，研究并設(shè)計(jì)一款基于移動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地震科普館導(dǎo)覽系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的流程圖如圖12所示。

圖12 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖

該系統(tǒng)的基本功能是：當(dāng)手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)特定標(biāo)志物時(shí)，屏幕會(huì)彈出與該標(biāo)志物對應(yīng)展柜（或展板）的介紹信息，幫助用戶自行獲取地震知識(shí)，省去了講解員的講解過程，增強(qiáng)了地震科普館中展示品的可視化效果，增加了用戶學(xué)習(xí)地震知識(shí)的趣味性，具有較好的導(dǎo)覽功能。由于該系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)和測試階段，所以暫時(shí)選擇某地震局室內(nèi)的展板作為測試對象。圖13為用戶交互界面，圖14為系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，從圖中可以看出當(dāng)手機(jī)攝像頭對準(zhǔn)標(biāo)志物時(shí)，在展板上會(huì)出現(xiàn)與其對應(yīng)的地震知識(shí)，當(dāng)手機(jī)在不同位置時(shí)，虛擬信息會(huì)顯示在標(biāo)志物的不同位置。

圖13 用戶交互界面

圖14 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一定的功能，但已完成的工作仍存在不足。例如，該系統(tǒng)只是以文本信息的形式對真實(shí)場景進(jìn)行增強(qiáng)顯示，未對圖形、三維模型等虛擬信息進(jìn)行研究；只是針對特定標(biāo)志物進(jìn)行導(dǎo)覽，未對整個(gè)科普館的環(huán)境進(jìn)行導(dǎo)覽。因此該系統(tǒng)在功能方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善。設(shè)計(jì)更加形象具體的地震科普館導(dǎo)覽原型系統(tǒng)，是后續(xù)研究中的努力方向。

5 結(jié)束語

鑒于我國的地震預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的情況，全面做好防震減災(zāi)科普宣傳，不斷提高公眾的地震憂患意識(shí)和防震減災(zāi)技能，是保障國家安全穩(wěn)定、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活幸福的基礎(chǔ)工作。防震減災(zāi)工作如何創(chuàng)新宣傳方式、提高宣傳能力、打造高質(zhì)量宣傳作品、豐富宣傳內(nèi)涵，是今后需要努力的方向。快速發(fā)展的現(xiàn)代科技將如何影響未來的防震減災(zāi)科普宣傳工作，為地震工作者提供了新的研究課題。將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于防震減災(zāi)科普宣傳是一種嘗試和創(chuàng)新，對切實(shí)推進(jìn)新時(shí)代防震減災(zāi)科普宣傳工作發(fā)展具有重要意義。