AR虛擬仿真技術(shù)在水利科普中的應(yīng)用

張 宏，陸 靜，楊 川

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

0 引言

傳統(tǒng)的水利科普內(nèi)容往往是以專業(yè)性文字敘述水利專業(yè)人員的理解，并以展板和展項的形式呈現(xiàn)、傳遞給民眾。宣傳教育形式只注重事物的客觀認知，不注重參觀者的主觀情感，民眾對“墻上教材”很難產(chǎn)生興趣，因而使科普教育活動無法達到“感同身受”的效果[1]。加之水利工程相對龐大，建設(shè)過程的一次性和不可逆性特點，很難體現(xiàn)實物教育的本質(zhì)，而采用標本、模型、景觀等實物或?qū)嶓w進行直接的觀察、動手操作與體驗，成本較高而且需要固定的場地。但是，隨著移動互聯(lián)時代到來，網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)不斷迭代更新，這不僅加快了信息的刷新速度，更改變了人們獲取信息的價值取向和行為方式，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)開辟了水利科普的新途徑。

AR是增強現(xiàn)實的簡稱，一種實時計算攝影機影像的位置及角度，加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，將真實世界信息和虛擬世界信息無縫集成的技術(shù)[2]。利用計算機生成一種逼真的視、聽、力、觸和動等感覺的虛擬環(huán)境，通過各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，使用戶和環(huán)境直接進行自然交互。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到在真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。

AR把虛擬的圖像和文字訊息與現(xiàn)實生活景物結(jié)合在一起，是2010至今最熱的Web趨勢之一，很多AR應(yīng)用已經(jīng)在Android和iPhone智能手機上紛紛亮相，呈現(xiàn)效果讓大家驚艷不已。21世紀已經(jīng)是一個大數(shù)據(jù)時代，大到國防科技小到民眾的平凡生活，時時處處離不開數(shù)據(jù)信息的支持。人們對信息的需求程度也日益高漲。

1 虛擬仿真在水利科普資源建設(shè)中的必要性

水利工程科普資源建設(shè)是水利科普的基礎(chǔ)工作，也是一項重要工作。水利建設(shè)事關(guān)民生，廣泛動員全社會力量參與水利建設(shè)，學(xué)習(xí)水文化、水利精神，了解水利發(fā)展新成就，提高節(jié)水、愛水意識等是水利科普建設(shè)的目標所在。水利工程科普資源信息化借助現(xiàn)代化信息傳播方式，讓更多的公眾能夠便捷地獲取信息，了解水利建設(shè)情況，對水利建設(shè)進行公眾科普，從而提升水利事業(yè)建設(shè)成果影響力。

1.1 有助于推進現(xiàn)代信息技術(shù)與水利工程信息融合

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和對各個領(lǐng)域的整合，在科普領(lǐng)域，也迎來“互聯(lián)網(wǎng) +”模式，打破了傳統(tǒng)水利科普方式(科普基地、展覽館)在時間和空間的限制。隨著水利大數(shù)據(jù)中心和水利云平臺建設(shè)，全面整合水利應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，加強完善水利信息采集、傳輸、處理、分析和應(yīng)用，水旱災(zāi)害防御、水資源管理、河湖管理、雨水情監(jiān)測、水庫管理等信息化的應(yīng)用能力水平不斷提升，AR虛擬仿真技術(shù)將水利工程及建設(shè)、運行過程大數(shù)據(jù)化，將原始信息動態(tài)化，情景化，為水利科普宣傳方式多樣化提供了可能。

1.2 有助于拓展水利科普內(nèi)容廣度和深度

基于AR虛擬仿真技術(shù)的水利科普應(yīng)用，可以突破時空的限制，延伸民眾對水利知識和水利工程的認知和了解。避免了展板式、手冊式、標語式的傳統(tǒng)認知和宣傳手段，迎合了民眾利用手機就可以隨時隨地隨想地獲取水利工程方面的知識，而且擺脫了教科書式的枯燥，達到寓教于樂，為公民獲取科技信息知識提供新的渠道。

1.3 有助于提升水利科普質(zhì)量和水平

傳統(tǒng)的教科書式或?qū)嶋H現(xiàn)場的科普，已經(jīng)毫無新意與生氣，不能吸引和提升民眾去了解和探索的意愿，而且水利工程項目區(qū)別于其他工程項目，具有地域偏僻性，施工周期長、復(fù)雜，無法全面也不可能全面從工程建設(shè)開始到結(jié)束的每一環(huán)節(jié)現(xiàn)場展示，運用虛擬仿真技術(shù)，將水利知識及工程的建設(shè)、運行過程，更生動形象、直觀具體的體驗呈現(xiàn)給民眾，提升了科普的質(zhì)量和水平。

2 虛擬仿真在水利科普資源建設(shè)中的先進性

水利工程科普資源運用虛擬仿真技術(shù)建立三維實時動態(tài)虛擬仿真水利工程環(huán)境，使民眾能在建立的虛擬環(huán)境下清晰真實地觀察、認知、了解到水利工程的局部或整體環(huán)境。直觀地了解水利知識和工程建設(shè)過程，及建筑物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在“身臨其境”中提升水利科普的效果。

2.1 可視化和形象化的“交融式”

虛擬仿真實驗綜合運用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機交互、智能化、動畫等技術(shù)手段，使民眾進入高度仿真的現(xiàn)實場景[3]，直觀形象，立體生動地體驗，對民眾產(chǎn)生強大吸引力的同時，使民眾了解水利相關(guān)知識。

2.2 突破時間、空間的限制

基于虛擬仿真技術(shù)的水利科普資源，可以不受時間和空間的限制，可以在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方充分利用學(xué)習(xí)者的空余時間來完成，而且根據(jù)學(xué)習(xí)者的意愿隨時有選擇性地了解和深入學(xué)習(xí)。利用仿真技術(shù)可以將水利工程建設(shè)的知識碎片化，迎合大眾習(xí)慣以體驗游戲式[4]來引導(dǎo)對水利知識的認知、了解，從而激發(fā)民眾學(xué)習(xí)了解的興趣，從而達到水利資源科普的目的。

2.3 形成智能化、泛在化的水利科普新模式

傳統(tǒng)水利科普模式主要是利用文字、圖片和固定場所完成的。而基于虛擬仿真技術(shù)的水利科普模式，民眾則可以隨時隨地、有心或無意地進入任何他感興趣的工程體驗學(xué)習(xí)，并且充分感受到基于大數(shù)據(jù)發(fā)展的人機互動與交錯。

3 虛擬仿真技術(shù)在水利科普資源建設(shè)中的應(yīng)用

目前我國各大水利類高校均積極開發(fā)了虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，這些虛擬仿真平臺在教學(xué)實踐中，起到了彌補教學(xué)資源、提高實驗教學(xué)質(zhì)量、降低經(jīng)濟成本以及優(yōu)化資源配置等作用[5]。高等院校已開始將虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)，教育部2017—2020年虛擬仿真教學(xué)項目，對多個學(xué)科的研究項目進行科研立項，其中有水利類項目入選。筆者以我校水利工程及水工建筑資源為基礎(chǔ)，通過調(diào)研、查閱及收集資料，利用二維碼技術(shù)，結(jié)合學(xué)院建成的水利類虛擬仿真實訓(xùn)基地的建設(shè)資料，將陜西(以關(guān)中地區(qū)為主)水利工程進行詞條化。

3.1 資源建設(shè)目標

將陜西省典型型水利工程的建設(shè)特點、作用及效益以及水利工程建設(shè)的基本知識，整理、歸納并詞條化，做到簡潔易懂，內(nèi)涵清楚，為后續(xù)的二維碼生成和虛擬仿真的使用，做好素材準備。

3.2 資源建設(shè)內(nèi)容

水利科普的意義在于使民眾了解我國及陜西省水利工程建設(shè)的概況，了解水利工程建設(shè)的意義和作用以及在國民經(jīng)濟中的重要性，旨在宣傳水利精神、水利知識，使民眾認同化，繼而支持和保護水利工程的建設(shè)及運行。將收集的素材進行歸類，整理、細化總結(jié)內(nèi)容，從工程的系統(tǒng)介紹到作用類別再到建筑物組成，按照樹形結(jié)構(gòu)來進行水利知識碎片化。

3.3 資源建設(shè)的應(yīng)用

為了統(tǒng)一展示虛擬仿真水利科普知識資源，利用我?；ヂ?lián)網(wǎng)的虛擬仿真教學(xué)平臺以及優(yōu)慕課平臺，利用該網(wǎng)站平臺將整理、歸納的水利工程資料信息化，利用AR技術(shù)虛擬仿真化，借助二維碼技術(shù)，對每一個收集的工程信息化，民眾通過手機，利用QQ、微信軟件，掃描二維碼就能隨時隨地了解相關(guān)水利工程知識，并將水利時事新聞及水利趣事結(jié)合進行宣傳展示，達到樂為人知、寓教于樂的目的。

4 結(jié)語

科普信息化建設(shè)是一項系統(tǒng)工程。隨著仿真技術(shù)的不斷應(yīng)用，仿真軟件發(fā)展速度逐漸加快，一些仿真平臺、計算方法以及編程技術(shù)不斷涌現(xiàn)，促使仿真技術(shù)有了更多的可能，可以被應(yīng)用到很多領(lǐng)域中。虛擬仿真技術(shù)是水利科普領(lǐng)域中的重要創(chuàng)新，它實現(xiàn)了科普從可讀到可視、從靜態(tài)到動態(tài)、從一維到多維、從平面媒體到全媒體的融合轉(zhuǎn)變，有助于激發(fā)民眾對水利知識及水利工程知識的興趣。基于AR虛擬仿真技術(shù)開展水利科普，解決了固定場地、科普成本高等科普難題，開辟了一個重要、有效的科普途徑，是對傳統(tǒng)科普手段的重要補充。