關(guān)于VR+氣象及其應(yīng)用于航空業(yè)的研究

張殊亮

（中國(guó)人民解放軍93808部隊(duì),甘肅 蘭州 730000）

1 氣象學(xué)概念及其相關(guān)知識(shí)

1.1 氣象學(xué)的有關(guān)概念

氣象學(xué)是用于研究大氣現(xiàn)象（風(fēng)、云、雨、雪、雷、電）及其狀態(tài)成因、變化規(guī)律和時(shí)空分布的科學(xué)。

氣象的要素，包括氣溫、氣壓、風(fēng)向、濕度、降水量等元素，主要是通過(guò)這些元素來(lái)描述大氣屬性和大氣現(xiàn)象[1]。

1.2 全球氣候變化的影響

在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)里，發(fā)達(dá)國(guó)家為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，生產(chǎn)過(guò)程中排放的氣體，導(dǎo)致了冰山融化，海平面上升和極端天氣事件增多。引發(fā)了許多自然災(zāi)害。例如，因降水的增加導(dǎo)致的山體滑坡和水土流失；氣溫的升高，導(dǎo)致干旱熱帶地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量下降，病蟲(chóng)害危害急劇增加。極端天氣（如干旱、洪水）或極端氣候 （如厄爾尼諾）也引發(fā)了某些疾病的流行，并對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。

通過(guò)《巴黎協(xié)定》這個(gè)新起點(diǎn)，多個(gè)國(guó)家或者地區(qū)，紛紛出臺(tái)了低碳經(jīng)濟(jì)的法律法規(guī)。我國(guó)也主動(dòng)承諾節(jié)能減排，這是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然之路，也是為了子孫后代，為了人類的生存，而必負(fù)之責(zé)任[2]。

2 VR的知識(shí)及其發(fā)展

1999年，科幻電影《黑客帝國(guó)》里的虛擬世界，震撼了當(dāng)時(shí)的我們，而二十年后，戴上特制的眼鏡，連接到電腦或者手機(jī)上面，眼前展示的便成了一個(gè)全新的虛擬世界的事情，正在我們身邊發(fā)生，這便是“虛擬現(xiàn)實(shí)”，也就是VR。

2.1 VR的概念

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱 VR），其原理是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)虛擬的三度空間世界，為用戶提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官模擬，使用戶身臨其境。其實(shí)，簡(jiǎn)而言之，它相當(dāng)于用電腦構(gòu)建了一個(gè)虛擬的王國(guó)，讓用戶深入其中，因?yàn)檎鎸?shí)感強(qiáng)，所以沖擊力強(qiáng)。戴上特制的頭盔和手套，使用者會(huì)發(fā)現(xiàn)自己在一個(gè)特定的場(chǎng)景中，一個(gè)他非常想念卻再也看不到的場(chǎng)景，比如很多人小時(shí)候住過(guò)的院子，或者一個(gè)他將來(lái)想去的地方，比如月球。我們可以通過(guò)VR看到已經(jīng)逝去的人,并可以和她（他）交談甚至一起生活,也可以通過(guò)VR中的3D環(huán)物,360度的觀察一件你喜歡的物件。

2.2 VR目前的發(fā)展

2017年以來(lái)，由工信部與江西省人民政府在南昌聯(lián)合舉辦的世界VR產(chǎn)業(yè)年會(huì)吸引了全世界的目光。這就像打開(kāi)了一扇觀察VR的窗戶，讓人們認(rèn)識(shí)到VR的奧秘，加深了對(duì)VR的興趣。根據(jù)多個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)可以看出，未來(lái)VR產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模，將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)今年，我國(guó)的VR產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值就可以達(dá)到近千億，VR未來(lái)帶動(dòng)的將是萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)[4]。

3.2 VR目前的應(yīng)用領(lǐng)域

目前來(lái)說(shuō),游戲行業(yè)中VR應(yīng)用較為普遍,但是在其他行業(yè)中,VR技術(shù)也已經(jīng)逐漸開(kāi)始滲入并使用,并且效果非常好,現(xiàn)在簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)VR技術(shù)應(yīng)用于不同領(lǐng)域的作用,以便大家了解VR的應(yīng)用。

1）犯罪現(xiàn)場(chǎng)。在破案過(guò)程中，有時(shí)犯罪現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保存，相關(guān)人員需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行反復(fù)調(diào)查。因此，工作人員可以對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行3D還原，并利用VR對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查，這極大地促進(jìn)了刑事偵查的發(fā)展。

2）醫(yī)療。VR可以減輕人們的精神壓力,利用其治療焦慮和恐懼癥,得到了意想不到的效果。VR還可以進(jìn)行外科手術(shù)、幫助實(shí)習(xí)醫(yī)生訓(xùn)練手術(shù)操作過(guò)程等,在2018年的世界VR大會(huì)上,也展現(xiàn)了幾家較為成熟的VR醫(yī)療設(shè)備。

3）制造業(yè)。通過(guò)VR技術(shù)的使用，人們可以真正的體驗(yàn)感知建設(shè)階段的項(xiàng)目建成以后的狀況，如公寓、高層建筑、船舶、游艇、汽車、飛機(jī)等。一些技術(shù)比較強(qiáng)的公司會(huì)使用VR技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少錯(cuò)誤，避免返工。

4）教育。VR技術(shù)未來(lái)最有可能會(huì)作用到教育方面,人類的視覺(jué)占了人類所有信息來(lái)源的70%以上,而VR技術(shù)可以通過(guò)視覺(jué)直接刺激大腦,很多抽象的東西可以通過(guò)VR進(jìn)行重現(xiàn),讓學(xué)生加強(qiáng)記憶。

5）旅游。VR技術(shù)能夠探索實(shí)景,且操作簡(jiǎn)易,讓觀看的人有身臨其境的感覺(jué),而且不僅僅針對(duì)實(shí)景,VR技術(shù)甚至可以讓觀看的人到外太空探險(xiǎn),樂(lè)趣非凡?，F(xiàn)在在旅游行業(yè),越來(lái)越多的領(lǐng)導(dǎo)者選擇用VR來(lái)展示自己的風(fēng)貌,這樣不但全面,還可以讓每個(gè)人都成為自己的推廣者,市場(chǎng)價(jià)值更高。

6）氣象。VR在天氣預(yù)報(bào)上的應(yīng)用,無(wú)疑能夠帶來(lái)更好的效果,就災(zāi)害天氣來(lái)說(shuō),VR能夠讓觀看者更加直觀的看到，惡劣天氣或者各種自然災(zāi)害導(dǎo)致的結(jié)果,這樣能夠充分保證觀看者對(duì)于惡劣天氣的重視,更好地去了解學(xué)習(xí)自救的方式[4]。

隨著VR技術(shù)的發(fā)展，“沉浸感”，“互動(dòng)性強(qiáng)”等特點(diǎn)已經(jīng)成為追捧熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)各行各業(yè)都已經(jīng)開(kāi)始接受并擁抱VR，未來(lái)成為萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)是必然結(jié)果。

3 氣象結(jié)合VR帶來(lái)的改變

VR+氣象最大的亮點(diǎn)，就是能夠模擬各種災(zāi)害天氣，用戶能夠身臨其境般的感受到震撼的天災(zāi)場(chǎng)景。2018年，颶風(fēng)“佛羅倫薩”襲擊了卡羅萊納州市，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，后來(lái)其氣象頻道利用VR技術(shù)，模擬了風(fēng)暴襲來(lái)時(shí)候的情景，他們的主持人帶領(lǐng)觀眾認(rèn)識(shí)暴雪的形成、融雪到結(jié)冰的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程驚心動(dòng)魄，讓觀眾震驚不已。比如，暴雪從3000m高空形成冰后降落至地面，一棵巨大的樹(shù)被冰瞬間壓彎，一輛因路面結(jié)冰而失控的公共汽車，在主持人面前撞毀，通過(guò)這些災(zāi)難場(chǎng)面，讓觀眾來(lái)想象，如果自身處于這種情況，該如何自我保護(hù)。

他們還做了另一個(gè)場(chǎng)景：主持人站在潮水中，后面是被肆虐的洪水摧毀的建筑，這些畫面深深地吸引并震驚了觀眾。后來(lái)，這個(gè)氣象頻道獨(dú)拔了氣象節(jié)目的頭籌。之后，他們一直把VR技術(shù)應(yīng)用到預(yù)報(bào)工作中，通過(guò)展示災(zāi)難后可能出現(xiàn)的狀況，讓人們真正意識(shí)到將會(huì)發(fā)生什么。

這種體驗(yàn)，不但把未來(lái)“真實(shí)”天氣送到人們眼前，還普及為什么會(huì)發(fā)生這種情況，以及人民該如何自保等。這種全新的變化，讓氣象學(xué)者更容易講述氣象問(wèn)題，并且更易懂、更具有影響力，具有了可以拯救生命的可能。

這項(xiàng)技術(shù)不僅可以展示未來(lái)天氣變化，還可以展示氣候變化的故事。比如，冬季時(shí)會(huì)有很多人從冰上摔倒及跌入冰水中，因此解釋冰需要達(dá)到何種厚度才能行走，以及人們可以采取哪些措施保護(hù)自身安全，這樣通過(guò)一些VR小故事,可以加深人們對(duì)這些知識(shí)的具體的感知，深深記住并傳播開(kāi)來(lái)[5]。

現(xiàn)在，VR技術(shù)也被應(yīng)用于氣象博物館。在許多科技館，當(dāng)人們進(jìn)入相關(guān)展廳時(shí)，可以看到計(jì)算機(jī)模擬的雷擊、閃電、洪水等災(zāi)害對(duì)生產(chǎn)和生活造成的破壞場(chǎng)景。當(dāng)我們戴上VR頭盔或眼鏡時(shí)，我們可以分析出云的屬性以及它們是否帶來(lái)降雨。我們還可以直觀地感知天氣變換過(guò)程產(chǎn)生的影響，以及如何更好地預(yù)防和減輕災(zāi)害。

充滿神奇的氣象天文科普館、通過(guò)各種豐富多彩的活動(dòng)、先進(jìn)的科技展示,讓人們更為直觀的了解了很多關(guān)于氣象方面的知識(shí)。

博物館通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),結(jié)合全息和多媒體渠道，對(duì)聲音、光、電等高科技手段實(shí)現(xiàn)沉浸式互動(dòng),讓我們充分學(xué)習(xí)和掌握氣象科技和天文知識(shí)，并理解大雨、雷聲、閃電、冰、雪和雨等氣象災(zāi)害,還有干旱、洪水、地質(zhì)災(zāi)害、森林火災(zāi)和衍生災(zāi)害等對(duì)高新技術(shù)場(chǎng)所的危害及防范措施。

目前，我國(guó)許多氣象局都建立了智能氣象體驗(yàn)展示廳，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，模擬各種氣象現(xiàn)象。用戶只需要戴上VR眼鏡，就可以沉浸在各種場(chǎng)景中，感受大自然的氣象現(xiàn)象，加深對(duì)天氣的了解。

4 VR+氣象在航空業(yè)的應(yīng)用

4.1 VR應(yīng)用于航空維修

航空能力是一個(gè)國(guó)際強(qiáng)大的重要標(biāo)志，目前世界上實(shí)力排在前三的國(guó)家是美、俄和我國(guó)，飛機(jī)和空軍隊(duì)伍規(guī)模都是比較龐大的，尤其是美國(guó)，飛機(jī)總數(shù)量超過(guò)了俄羅斯和我國(guó)的總和，飛機(jī)的數(shù)量超過(guò)了1.3萬(wàn)架，如此龐大的飛機(jī)數(shù)量，維修成本是非常昂貴的。俄羅斯繼承了蘇聯(lián)空軍的遺產(chǎn)，規(guī)模自然也不小，尤其是他們的飛機(jī)型號(hào)很復(fù)雜，比如Su-30，Su-34，Su-35，Su-57 等等，飛機(jī)型號(hào)越多，維修越復(fù)雜，面對(duì)這樣的局面，VR技術(shù)用于飛機(jī)維修能夠大大的節(jié)約成本，降低費(fèi)用，還能提高維修的速度。

4.2 VR應(yīng)用于飛行員的培訓(xùn)

除了用于維修飛機(jī)之外，VR可以加快飛行員的培養(yǎng)。過(guò)去，我們?cè)谠S多實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)候，由于條件或者缺少環(huán)境常常只能抽象的解釋，比如飛行員空中降落逃生等科目，危險(xiǎn)性很大，成本很高，實(shí)際可操作性不大，VR全景展示利用360度無(wú)死角加上沉浸式體驗(yàn)，能夠讓我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里就可以培養(yǎng)出優(yōu)秀的飛行員，這樣做速度快，效率高，成本低，危險(xiǎn)系數(shù)小，正因?yàn)槿绱?，VR正在被越來(lái)越多的國(guó)家應(yīng)用于航天事業(yè)中。

現(xiàn)在，VR已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于培訓(xùn)飛行員當(dāng)中，它與傳統(tǒng)的飛行模擬器不同，這種訓(xùn)練減少了飛行員的不適，提高了他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中操作的能力。VR模擬飛行訓(xùn)練，為學(xué)員提供了目前與真實(shí)飛行最接近的體驗(yàn)。

VR的沉浸式體驗(yàn)，為飛行員能提供真實(shí)的訓(xùn)練場(chǎng)景。讓訓(xùn)練更加方便，不受環(huán)境的限制約束，包括天氣的預(yù)案。一套VR設(shè)備成本比原來(lái)的傳統(tǒng)模擬器便宜，但是能在短時(shí)間內(nèi)就培養(yǎng)出批量的飛行員，為國(guó)家和軍隊(duì)節(jié)省一筆龐大的開(kāi)支。

VR巨大的科技優(yōu)勢(shì)吸引了美法軍方的密切關(guān)注，他們正在計(jì)劃使用VR對(duì)新來(lái)的學(xué)員進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)強(qiáng)化培訓(xùn)。我國(guó)也在2017年對(duì)VR應(yīng)用于空軍教學(xué)做了批示，VR在我國(guó)的航空業(yè)必將發(fā)揮出亮麗的光和熱，大大提高我軍的空中戰(zhàn)斗素質(zhì)與訓(xùn)練水平。

4.3 VR+氣象應(yīng)用于航空業(yè)

許多年前，訓(xùn)練飛行員開(kāi)始使用飛行模擬器，它的格高，需要的放置空間大，而且因?yàn)楣┎粦?yīng)求，所以訂購(gòu)難。VR解決了這些問(wèn)題，它提供了一種身臨其境的體驗(yàn)，讓飛行員感覺(jué)他們是在一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，更類似于駕駛艙的內(nèi)部操作；VR設(shè)備的成本比飛行模擬器低得多，這為國(guó)家節(jié)省了很多軍費(fèi)開(kāi)支；此外，VR設(shè)備可以同時(shí)訓(xùn)練多名飛行員，縮短了訓(xùn)練時(shí)間，提高了訓(xùn)練效率。

在非戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，飛行任務(wù)雖然也會(huì)挑選天氣，但是如果是在途中遇到惡劣天氣，就會(huì)讓飛行員措手不及。在VR培訓(xùn)中，可以結(jié)合一些惡劣氣象現(xiàn)象來(lái)訓(xùn)練，比如雨雪天氣、狂風(fēng)天氣等，這樣的訓(xùn)練非常有必要。雖然這樣的情形不會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，但是一旦出現(xiàn)，就是大問(wèn)題，為了飛行員的以及飛機(jī)的安全，更為了祖國(guó)的飛行事業(yè)，必要的訓(xùn)練環(huán)節(jié)不能缺少。

在一項(xiàng)對(duì)老飛行員的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，天氣是幾乎所有飛行員在飛行階段最關(guān)心的問(wèn)題之一。其中氣象災(zāi)害和風(fēng)向是他們?cè)谘埠街凶铌P(guān)心的問(wèn)題。惡劣天氣下，飛機(jī)不起飛最安全，但如果已經(jīng)在空中，如何保障安全[7]？降落過(guò)程中遭遇雨霧天氣，如何保障飛行員認(rèn)知地形，讓飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)跑道？這些問(wèn)題，都是不可避免的，現(xiàn)在在精密設(shè)備保障下，使得遭遇惡劣天氣時(shí)，飛機(jī)飛行也安全有了一定的保障，不過(guò)，即使是這樣，依然有大部分資深飛行員認(rèn)為，他們遇到的最大的挑戰(zhàn)，就是惡劣的天氣。沒(méi)經(jīng)歷過(guò)這些現(xiàn)象的飛行員，處理經(jīng)驗(yàn)一般只是來(lái)自于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，但是和實(shí)際結(jié)合起來(lái)，還是需要一定的時(shí)間的，VR提供的訓(xùn)練，正是在理論和實(shí)戰(zhàn)之間增加了一個(gè)過(guò)渡階段，通過(guò)VR訓(xùn)練，飛行員可以實(shí)際模擬飛行操作，熟悉飛行器，還可以在模擬的各種惡劣的天氣下，操作飛行器，達(dá)到熟悉其各個(gè)功能的作用。通過(guò)這樣的訓(xùn)練，不但可以緩解飛行員遇到這樣惡劣氣象時(shí)的緊張情緒，也使得以后的飛行安全系數(shù)提高很多。

5 結(jié)論

VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有效地推進(jìn)了各行各業(yè)的廣告效應(yīng)，氣象科技的創(chuàng)新與傳播。隨著VR培訓(xùn)時(shí)代的來(lái)臨，它的益處非常明顯，當(dāng)前加快推進(jìn)VR+氣象飛行系統(tǒng)的研發(fā)與培訓(xùn)是當(dāng)務(wù)之急，期待在這樣的系統(tǒng)培訓(xùn)下，飛行員可以熟練掌握各種天氣下飛機(jī)的應(yīng)急處理，熟練操作飛機(jī)的一些特殊配置，為我國(guó)的飛行事業(yè)錦上添花。