VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普宣傳中的應(yīng)用與思考
——以暴雨、泥石流氣象災(zāi)害為例

潘淑杰，張 妍，郭 佳，苗 芮

(1.天津市氣象服務(wù)中心 天津300074；2.天津市突發(fā)公共事件預(yù)警發(fā)布中心 天津300074；3.天津市祥云氣象信息服務(wù)有限公司 天津300074)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)氣象科普工作得到各層面的重視，獲得較快發(fā)展，但氣象科普形式仍較原始，如氣象科普展板一直是氣象科普宣傳的主要載體，在大型廣場(chǎng)咨詢(xún)宣傳中能營(yíng)造現(xiàn)場(chǎng)氣氛，但承載信息量有限，受眾大多走馬觀花；宣傳手冊(cè)主題性強(qiáng)，信息量可根據(jù)需要訂制保存，但形式拘泥，對(duì)公眾深入閱讀吸引力不大，不能激發(fā)公眾主動(dòng)參與、學(xué)習(xí)和探索的熱情，氣象科普預(yù)期目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)?；谖覈?guó)氣象知識(shí)普及率不高的現(xiàn)狀，氣象科普方式創(chuàng)新勢(shì)在必行。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)前對(duì)公眾最具吸引力的新興技術(shù)，結(jié)合氣象科普，將增強(qiáng)科普形式互動(dòng)性、新穎性和娛樂(lè)性等，使“被動(dòng)科普”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)科普”。如：科普宣傳《小明解說(shuō)智慧氣象》趣味短片，虛擬氣象志愿者小明以生動(dòng)活潑、圖文并茂、個(gè)性鮮明的解說(shuō)，將防災(zāi)減災(zāi)的理念融入日常生活小事中，引導(dǎo)孩子們走進(jìn)豐富多彩的氣象天地，受到了在場(chǎng)師生的熱烈歡迎，體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普宣傳中的實(shí)際應(yīng)用成效。將VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到氣象災(zāi)害防御模擬教學(xué)中，能有效提高參與者災(zāi)害自救互救能力，在很大程度上減少因氣象災(zāi)害造成的生命財(cái)產(chǎn)損失，是保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的有力措施。隨著新媒體時(shí)代的到來(lái)，人們的生活方式和思維模式發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，隨著知識(shí)水平和認(rèn)知水平的不斷提高，人們對(duì)氣象服務(wù)的要求也越來(lái)越高。伴隨著日新月異的時(shí)代發(fā)展需求，傳統(tǒng)氣象科普宣傳工作的弊端日益凸顯，為了更好地滿(mǎn)足人民群眾對(duì)氣象服務(wù)工作的需求，本文以 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用為例，對(duì)新媒體時(shí)代下如何做好氣象宣傳科普工作展開(kāi)思考。

1 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于氣象科普的優(yōu)勢(shì)

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念最早形成于40年前[1]，初期發(fā)展相對(duì)緩慢，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越快，應(yīng)用場(chǎng)景越來(lái)越豐富[2]。它基于沉浸式虛擬環(huán)境技術(shù)、立體顯示和交互技術(shù)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具應(yīng)用技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等多項(xiàng)核心技術(shù)，主要特點(diǎn)是解決虛擬環(huán)境準(zhǔn)確性、虛擬環(huán)境感知信息合成的真實(shí)性、人與虛擬環(huán)境交互的自然性、實(shí)時(shí)顯示、圖形生成、智能技術(shù)等問(wèn)題，使用戶(hù)身臨其境地感知虛擬環(huán)境，從而達(dá)到探索和認(rèn)識(shí)客觀事物的目的。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的 3I特性(構(gòu)想性、沉浸感、實(shí)時(shí)交互性[3])，我們可以通過(guò)該技術(shù)的運(yùn)用，針對(duì)氣象災(zāi)害事件應(yīng)急科普教育等領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的三維仿真科普教育系統(tǒng)。一方面VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)造出很多超越現(xiàn)實(shí)世界的虛擬環(huán)境，比如一些現(xiàn)實(shí)世界中難以構(gòu)建或構(gòu)建成本很高的環(huán)境，模擬各種自然災(zāi)害效果的特效、煙火、擴(kuò)散流體、氣體等；另一方面體驗(yàn)者可以沉浸到這種教學(xué)環(huán)境中進(jìn)行體驗(yàn)式學(xué)習(xí)[4-5]，接收視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等全方位近似于實(shí)戰(zhàn)的訓(xùn)練，從而提高科普互動(dòng)效果。

通過(guò)VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠以虛擬建模的形式與體驗(yàn)者進(jìn)行互動(dòng)展現(xiàn)，體驗(yàn)者以當(dāng)事人視角去感受和體驗(yàn)一場(chǎng)氣象災(zāi)害帶來(lái)的直觀感受，并且體驗(yàn)采用不同的應(yīng)對(duì)手段帶來(lái)的防護(hù)效果，對(duì)氣象災(zāi)害和防御有更直觀深刻的認(rèn)知，使體驗(yàn)者真正學(xué)會(huì)和了解如何正確處理遇到的氣象災(zāi)害緊急情況。在大力提升天津市氣象科普宣傳能力建設(shè)的同時(shí)，也為天津的經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到一定支撐作用。

通過(guò) VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的 VR氣象災(zāi)害逃生模擬系統(tǒng)，以典型的氣象災(zāi)害案例為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的氣象科普宣傳經(jīng)驗(yàn)，采用仿真技術(shù)為科普教育提供一個(gè)模擬真實(shí)的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，并搭建了交互式氣象科普教育系統(tǒng)平臺(tái)。該教育系統(tǒng)平臺(tái)集成了虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)具有沉浸性、交互性和想象性的三大特點(diǎn)，能夠提供豐富的感知線索以及多通道(如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等)的反饋，幫助學(xué)習(xí)者將虛擬情境的所學(xué)遷移到真實(shí)生活中，滿(mǎn)足情境學(xué)習(xí)的需要[6]，讓體驗(yàn)者身臨其境感受災(zāi)害環(huán)境，并結(jié)合災(zāi)害防護(hù)過(guò)程中的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)體驗(yàn)。通過(guò)虛擬培訓(xùn)教育，不但可以加速公眾對(duì)氣象災(zāi)害知識(shí)的掌握，提高公眾的氣象防災(zāi)減災(zāi)能力，還降低了氣象科普基地的各項(xiàng)成本，改善培訓(xùn)環(huán)境，使體驗(yàn)者真正學(xué)會(huì)和了解如何正確處理遇到的氣象災(zāi)害情況。

2 VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與氣象災(zāi)害防御科普的有機(jī)融合

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)三維建模和大量天氣特效的方式模擬展現(xiàn)暴雨、泥石流對(duì)環(huán)境的破壞及給人類(lèi)帶來(lái)的危害，體驗(yàn)者以當(dāng)事人視角去感受一場(chǎng)災(zāi)害帶來(lái)的震憾，對(duì)自然災(zāi)害有更直觀深刻的認(rèn)知，同時(shí)在體驗(yàn)過(guò)后，學(xué)會(huì)和了解如何正確處理遇到的緊急情況。具體包括：VR暴雨 150s安全科普體驗(yàn)展示和VR泥石流150s安全科普體驗(yàn)展示。

2.1 VR暴雨安全科普體驗(yàn)展示內(nèi)容

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以“第一人稱(chēng)”視角講述體驗(yàn)者前往山區(qū)天氣災(zāi)害體驗(yàn)廊道并在山路上突遇暴雨來(lái)襲的過(guò)程，體驗(yàn)者從第一視角感受遇到突發(fā)暴雨如何進(jìn)行有效避險(xiǎn)的過(guò)程。在整個(gè)體驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有幫助性文字進(jìn)行提示，讓體驗(yàn)者在虛擬的環(huán)境中產(chǎn)生真實(shí)的感受[7]。體驗(yàn)者駕駛車(chē)輛行駛在去天氣災(zāi)害體驗(yàn)廊道的山路上，在進(jìn)山之前天氣突變，行駛到崗?fù)r(shí)，開(kāi)始降雨，雨勢(shì)很大，視線受影響，車(chē)輛行駛變得緩慢，伴隨雷電的聲音，雨勢(shì)越來(lái)越大，體驗(yàn)者只能以很慢的速度前進(jìn)，在行駛到一個(gè)山底處時(shí)，前行的道路被雨水沖落的石頭所阻擋，不能前行，面對(duì)隨時(shí)可能沖刷下來(lái)的落石和樹(shù)木，體驗(yàn)者出于自身安全考慮只能棄車(chē)前行，下車(chē)后沿著山道向地勢(shì)高的地方走，在躲避過(guò)程中看到車(chē)輛的周邊開(kāi)始出現(xiàn)積水區(qū)域，雨水在山體低洼處匯聚，水位不斷升高，車(chē)輛慢慢被淹沒(méi)，如果停留在車(chē)上后果將不堪設(shè)想。體驗(yàn)者在整個(gè)逃生過(guò)程中會(huì)有正確的暴雨逃生指南講解，闡述在山區(qū)遇到強(qiáng)暴雨該如何正確應(yīng)對(duì)處理來(lái)保護(hù)自身安全。

2.2 VR泥石流安全科普體驗(yàn)展示內(nèi)容

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以“第一人稱(chēng)”視角模擬體驗(yàn)者在前往山區(qū)天氣災(zāi)害體驗(yàn)廊道的路上遇到大暴雨后，在逃生過(guò)程中遇到泥石流的過(guò)程。體驗(yàn)者以第一視角真實(shí)目睹因暴雨而引發(fā)的泥石流、滑坡，混雜著山石的雨水匯流后對(duì)環(huán)境和人造成的強(qiáng)大破壞力。在整個(gè)體驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有幫助性文字進(jìn)行提示。體驗(yàn)者在暴雨持續(xù)的過(guò)程中棄車(chē)前往安全區(qū)域時(shí)，雨勢(shì)一直很急很大，從山上不斷有泥石流沖下來(lái)，前往安全區(qū)域的山道已被阻攔，周?chē)氖瘔K不斷滾落，站在山道上往下看，車(chē)輛已被泥石流裹挾到更大的匯流區(qū)，山底的房屋被泥石流沖塌。體驗(yàn)后期，雨勢(shì)變小，但是自山上沖刷下來(lái)的泥石流依然很急。體驗(yàn)者在前進(jìn)的過(guò)程中，不僅要注意腳下的路面，還要時(shí)刻注意山上順流而下的泥石流，在前行過(guò)程中及時(shí)躲避。在前往安全區(qū)域(安全區(qū)域設(shè)定在接近山頂?shù)钠教固?的過(guò)程中，畫(huà)面會(huì)有文字提示和交互操作提示，引導(dǎo)體驗(yàn)者選擇正確的逃生路線，注意可能帶來(lái)危險(xiǎn)的隱藏點(diǎn)。體驗(yàn)者按照正確引導(dǎo)最終可以到達(dá)安全區(qū)域而完成體驗(yàn)，如果體驗(yàn)者不按照正確引導(dǎo)則會(huì)出現(xiàn)人身安全危險(xiǎn)，不能到達(dá)安全區(qū)域，則體驗(yàn)失敗。通過(guò)第一人稱(chēng)視角的體驗(yàn)可以讓體驗(yàn)者對(duì)泥石流有更深刻的認(rèn)知和了解。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在科普宣傳中的應(yīng)用特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技營(yíng)造的一個(gè)集逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)及味覺(jué)為一體的虛擬環(huán)境和感官世界，通過(guò)多種傳感設(shè)備以自然方式與虛擬環(huán)境中對(duì)象交互作用、相互影響，產(chǎn)生一種身臨其境的感受，以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)生成的虛擬境界中，通過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)等自然方式與之實(shí)時(shí)交互，創(chuàng)建一種多維信息空間。現(xiàn)階段虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備更多的是作為“游戲外設(shè)”被公眾所認(rèn)知，在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到許多行業(yè)和領(lǐng)域中，甚至已深刻影響和改變各行業(yè)格局。

4 思考與探索

根據(jù)氣象災(zāi)害發(fā)生過(guò)程及逃生路線設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完善的模擬體驗(yàn)交互體系，搭建現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、天氣、災(zāi)難特效、使用道具等 VR數(shù)字虛擬環(huán)境的各類(lèi)元素模型，模擬構(gòu)建氣象災(zāi)害及衍生災(zāi)害造成的各類(lèi)表現(xiàn)及災(zāi)難逃生中可能出現(xiàn)的不同突發(fā)情況的反饋狀態(tài)及數(shù)字信息。設(shè)計(jì)研發(fā)基于虛擬仿真的VR人機(jī)交互操作模式，開(kāi)發(fā)針對(duì)交互體驗(yàn)及災(zāi)難知識(shí)點(diǎn)引導(dǎo)普及的功能模塊，最終使得整套系統(tǒng)的仿真效果、交互形式、特效表現(xiàn)及實(shí)時(shí)引導(dǎo)表現(xiàn)得淋漓盡致。

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)的這一套針對(duì)暴雨、泥石流的氣象災(zāi)害防御體驗(yàn)系統(tǒng)，一經(jīng)推出就獲得了體驗(yàn)者的一致好評(píng)，成為豐富氣象科普宣傳的重要手段，但在短片形式、音效、特效等多方面，仍存在較大提升空間。

4.1 整體創(chuàng)作創(chuàng)新不足

由于理論知識(shí)局限，無(wú)論從人物創(chuàng)造、宣傳內(nèi)容，還是講解詞解說(shuō)、錄制等方面，仍有不少瑕疵。短片大量引用了網(wǎng)絡(luò)素材，雖然較為豐富，但是非原創(chuàng)形象，圖像較為單一，生動(dòng)性有些不足。

4.2 音質(zhì)水平有待完善

配音音質(zhì)效果一般，后期聲音處理中，外界噪音較大，無(wú)法徹底消除，需掌握和應(yīng)用更加完善的聲音處理軟件。

4.3 宣傳力度需進(jìn)一步加大

針對(duì)世界氣象日專(zhuān)題制作的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)短片，時(shí)效性較強(qiáng)且僅供氣象業(yè)內(nèi)參考，放映形式及傳播范圍都受到了較大局限，手機(jī)微信限制分享視頻不得超過(guò)3min，也在一定程度上影響了其傳播。

5 結(jié) 語(yǔ)

暴雨、泥石流是自然界中夏季發(fā)生的最為常見(jiàn)的氣象災(zāi)害，VR氣象災(zāi)害逃生模擬系統(tǒng)，以此典型的氣象災(zāi)害案例為基礎(chǔ)，結(jié)合多年的氣象科普宣傳經(jīng)驗(yàn)，采用仿真技術(shù)為科普教育提供一個(gè)模擬真實(shí)的災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，搭建的交互式氣象科普教育系統(tǒng)平臺(tái)成為傳播氣象科普知識(shí)的新手段。該模擬系統(tǒng)平臺(tái)集成了虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)具有沉浸性、交互性和想象性等 3大特點(diǎn)，能夠提供豐富的感知線索以及多通道(如聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)等)的反饋，幫助學(xué)習(xí)者將虛擬情境的所學(xué)遷移到真實(shí)生活中，滿(mǎn)足情境學(xué)習(xí)的需要，讓體驗(yàn)者身臨其境感受災(zāi)害環(huán)境，并結(jié)合災(zāi)害防護(hù)過(guò)程中的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)體驗(yàn)。通過(guò)虛擬培訓(xùn)教育，不但可以加速公眾對(duì)氣象災(zāi)害知識(shí)的掌握，提高公眾的氣象防災(zāi)減災(zāi)能力，還降低了氣象科普基地的各項(xiàng)成本，改善培訓(xùn)環(huán)境，使體驗(yàn)者真正學(xué)會(huì)和了解如何正確處理遇到的氣象災(zāi)害情況，最大程度地減少災(zāi)害的損失。