VR/AR技術(shù)在氣象科普領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

徐嫩羽，王海波

經(jīng)過多年的實(shí)踐，我國氣象科普事業(yè)得到長足發(fā)展，取得顯著成效。但面對新形勢新任務(wù)，目前氣象科普產(chǎn)品還主要以傳統(tǒng)的圖文、展板、模型等為主，形式不夠新穎、吸引力不夠、科技含量不高等問題突出，在一定程度上限制了氣象科普工作更好的發(fā)展。

當(dāng)前，VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）技術(shù)得到了快速應(yīng)用和發(fā)展。VR（virtual reality），是一種采用以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)，給人以前所未有的真實(shí)體驗(yàn)，目前在游戲、健身、購物等領(lǐng)域中有一定應(yīng)用，未來將在娛樂、設(shè)計(jì)、教育、科普等方面發(fā)揮強(qiáng)大作用。AR（Augmented Reality），是一種通過屏幕把虛擬世界融合在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動的技術(shù)，用戶可以透過屏幕看到疊加在真實(shí)世界之上的虛擬對象，具有較強(qiáng)的交互性和娛樂型，目前在科普領(lǐng)域已有較多應(yīng)用。

1 國內(nèi)外VR/AR 技術(shù)在（氣象）科普中的應(yīng)用現(xiàn)狀

VR/AR 交互技術(shù)在國內(nèi)外科普中已有一定的市場，非常受人們歡迎，對增強(qiáng)用戶參與度、提升用戶體驗(yàn)產(chǎn)生積極作用。如日本的JST 科學(xué)機(jī)構(gòu)建設(shè)了日本虛擬科技館，通過多媒體技術(shù)和VR 技術(shù)對科學(xué)場景進(jìn)行模擬和三維成像，其中《地球恐龍》館便是一款人們深受喜愛的產(chǎn)品，它模擬了地球歷史的發(fā)展和環(huán)境演變，有助于中小學(xué)生更好地了解地球生命和恐龍物種。美國氣象頻道利用AR 技術(shù)介紹冰上安全知識以及氣候變化如何影響冰層，幫助提高公眾對天氣現(xiàn)象的認(rèn)識，并進(jìn)一步影響到人們的日常生活。據(jù)了解，美國氣象頻道已借助AR等技術(shù)模擬了颶風(fēng)天氣，未來將進(jìn)一步加強(qiáng)在虛擬和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面的應(yīng)用。

在國內(nèi)方面，獲得2017 年電子科技獎的“中國數(shù)字科技館”，搭建了90 多個不同主題的專題館，更通過VR 技術(shù)幫助從業(yè)者進(jìn)行虛擬飛行體驗(yàn)、模擬組裝、模擬飛行等操作訓(xùn)練，該項(xiàng)目由中國科學(xué)院、教育部和中國科協(xié)共同搭建。中國科學(xué)院海洋所制成的海底VR 展示研究系統(tǒng)，將VR 技術(shù)應(yīng)用于地球海洋科普，人們通過屏幕可以清晰地看到海底巖石及生物的分布情況，并可以隨意走動尋找目標(biāo)物，仿佛身臨其境一般，還可以根據(jù)不同場景調(diào)整燈光，感受真實(shí)的海底世界。

在氣象科普方面，中國氣象局也進(jìn)行了許多有益的探索。如“玩轉(zhuǎn)氣象AR 互動氣象裝備”“AR 氣象災(zāi)害”等產(chǎn)品通過AR 技術(shù)和三維建模形象地將氣象觀測站、人工影響天氣飛機(jī)等氣象裝備展現(xiàn)出來，并能三維模擬暴雨、臺風(fēng)、大風(fēng)等常見氣象災(zāi)害，還可以詳細(xì)地演示各類氣象裝備、氣象災(zāi)害的發(fā)生原理等知識，極大地增強(qiáng)了科普產(chǎn)品的吸引力。而基于VR 技術(shù)的《穿越臺風(fēng)》《天兵行動》《漫游氣象博物館》《太陽風(fēng)暴》等氣象科普影片，使用戶能夠親臨其境體驗(yàn)體驗(yàn)臺風(fēng)、了解人工影響天氣等，在各類氣象科普產(chǎn)品中廣受好評。

利用VR/AR 技術(shù)，可以制造出一種優(yōu)良的虛擬學(xué)習(xí)空間，可以說是科普宣傳方式一次革命性重塑，這種全新的視覺體驗(yàn)徹底突破時間、空間的限制，將大大激發(fā)人們對科學(xué)的想象力和創(chuàng)造力，未來將成為（氣象）科普領(lǐng)域的標(biāo)配。

2 VR/AR 技術(shù)在（氣象）科普中存在的問題

目前，VR/AR 技術(shù)還處于發(fā)展的處級階段，因此，其在（氣象）科普中的應(yīng)用存在的問題很大程度上緣于技術(shù)發(fā)展本身的問題，主要包括：

一是硬件有待發(fā)展。目前市面上大部分是廉價的VR 設(shè)備，整體的效果很差，而一些較高端的設(shè)備雖然效果較好，但依然存在笨重、做工粗糙等問題，而當(dāng)前硬件VR 硬件成本較高無疑是制約其發(fā)展的主要原因，因此VR 自主創(chuàng)新和技術(shù)集成方面還有待突破。

二是軟件有待完善。當(dāng)前，幾乎在任何一款VR設(shè)備上都存在的問題是，VR 內(nèi)容不僅不豐富，內(nèi)容質(zhì)量也令人不敢恭維，用戶普遍反映畫面粗糙、內(nèi)容乏味，有的用戶直言玩了一會就感到惡心或頭痛，而真正寓教于樂、將精致畫面與科學(xué)知識有機(jī)融合的好作品幾乎沒有。

三是交互有限。目前VR 技術(shù)應(yīng)用成果多為VR視頻，帶來的雖是新型的體驗(yàn)方式，但幾乎沒有互動；AR 技術(shù)有一定的互動，但也僅限于幾個簡單固定的動作，互動不夠。

四是沒有真正實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)。目前在VR 技術(shù)動作體驗(yàn)包括蹲、躲避甚至是攀爬等動作，而這些目前來看還無法給使用者帶來真正的沉浸式體驗(yàn)，要實(shí)現(xiàn)電影中《頭號玩家》中那種沉浸式體驗(yàn)未來還有很長的一段路要走，當(dāng)然這與目前VR 技術(shù)軟硬件方面存在的問題息息相關(guān)。

五是沒有針對受眾個性化服務(wù)。當(dāng)前VR/AR 技術(shù)在科普領(lǐng)域的應(yīng)用依然處于起步階段，已有的應(yīng)用較少且比較簡單，更沒有針對不同受眾、個性化的內(nèi)容和服務(wù)，未來隨著VR/AR 技術(shù)普及，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注科普的受眾群體，了解他們的需求進(jìn)行針對化的設(shè)計(jì)，滿足觀者的不同需求。

總體來看，包括VR/AR 技術(shù)在內(nèi)的新型數(shù)字化氣象科普產(chǎn)品起到了良好的科普效果，但由于技術(shù)本身的發(fā)展還處于初期階段，后續(xù)缺少創(chuàng)新性的數(shù)字化內(nèi)容更新，（氣象）科普游戲的開發(fā)力度不足、制作水平不高，且技術(shù)與內(nèi)容的融合不夠等問題，VR/AR 技術(shù)在（氣象）科普產(chǎn)品的應(yīng)用相對還較少，未來仍有很大發(fā)展空間。

3 展望和建議

雖然當(dāng)前VR/AR 技術(shù)還存在軟硬件等各方面的問題，但是我們相信，隨著技術(shù)的發(fā)展和各方面的相互推動，VR/AR 技術(shù)將走入尋常百姓家，并引領(lǐng)（氣象）科普領(lǐng)域的變革。為進(jìn)一步促進(jìn)VR/AR 技術(shù)在（氣象）科普中的應(yīng)用，更好促進(jìn)（氣象）科普事業(yè)的發(fā)展，建議從以下幾方面加以支持和引導(dǎo)：

一是鼓勵支持氣象科普資源的創(chuàng)新。通過職稱評定向科普傾斜、獎勵科技成果轉(zhuǎn)化、增設(shè)各類獎項(xiàng)等方式，鼓勵和支持氣象科技工作者、藝術(shù)家、程序員、大眾傳媒等各方力量參與到氣象資源科普創(chuàng)作工作中，并充分利用VR/AR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)最新科普資源的轉(zhuǎn)化。值得一提的是，在當(dāng)前自媒體高度發(fā)達(dá)的今天，可以加強(qiáng)與一些知名科普自媒體人的合作，進(jìn)一步推廣VR/AR 技術(shù)在科普中的應(yīng)用。

二是加強(qiáng)氣象科普資源的共享。搭建氣象科普資源共享平臺，建立各方對氣象科普資源尤其是VR/AR 資源相互提供便利利用的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)氣象科普資源的共享利用，充分利用氣象科普資源的現(xiàn)有成果，不斷加強(qiáng)交流與合作，實(shí)現(xiàn)VR/AR 技術(shù)在氣象科普領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新。

三是支持VR/AR 產(chǎn)業(yè)技術(shù)和內(nèi)容的發(fā)展。從產(chǎn)業(yè)、稅收政策等方面進(jìn)一步鼓勵支持相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，解決技術(shù)層面存在的問題，同時推動VR 技術(shù)的普及。另一方面，加大對優(yōu)秀VR/AR 內(nèi)容的支持力度，依靠各級政府的支持，鼓勵更多的人去拍攝、制作科學(xué)普及的影片和游戲，不斷更新科普片源，使民眾切實(shí)體會到科普的魅力和作用。

四是進(jìn)一步增強(qiáng)VR/AR 技術(shù)的交互性和吸引力。目前，在（氣象）科普領(lǐng)域已有的VR 技術(shù)，更多的是視頻內(nèi)容，由于游戲天然的交互性和用戶粘性，建議進(jìn)一步加大VR/VR 游戲的開發(fā)力度，如將已有的《穿越臺風(fēng)》VR 視頻完善成為一款VR 游戲，同時針對不同年齡段的人，采用不同游戲方式和內(nèi)容吸引不同層次、不同年齡段的用戶，進(jìn)一步提升吸引力。