氣象影視節(jié)目虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢研究

張媛

氣象影視節(jié)目虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢研究

張媛

21世紀(jì)的媒體環(huán)境已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)高速發(fā)展的時代，每一次的技術(shù)革新都對信息傳播的方式產(chǎn)生巨大的影響。以電視天氣預(yù)報節(jié)目為主體的氣象影視經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成一定的特點和優(yōu)勢，但它面臨著日益激烈的競爭和資源的限制，同樣也面臨著每一次技術(shù)革新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。2016年是虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)爆發(fā)的一年，近幾年媒體環(huán)境中涌現(xiàn)了許多關(guān)于虛擬現(xiàn)實的新聞與報道，虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)已有大幅度的進(jìn)步，一般大眾也對它所帶來的影響和沖擊有著強(qiáng)烈的興趣。氣象影視節(jié)目也致力于尋找氣象與VR的共振點，開啟劃時代的創(chuàng)新。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，簡稱VR技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，可以通過一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。美國科學(xué)家G. Burdea和Philippe Coiffet在1993年世界電子年會上發(fā)表了一篇題為《虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與應(yīng)用》（Virtual reality system and applications）的文章，該文提出一個“虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三角形”，它表示虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有3個突出特征：沉浸性、交互性和想象性。

1 沉浸性

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要特征就是讓用戶覺得自己是計算機(jī)系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，使用戶由被動的觀察者變成主動的參與者，沉浸于虛擬世界之中，參與虛擬世界的各種活動。比較理想的虛擬世界可以達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度，甚至超越真實，實現(xiàn)比現(xiàn)實更逼真的效果。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提供的虛擬環(huán)境中，體驗者的確有了“看得見、聽得到、摸得著、聞得出”的真實感受。它是虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點的核心。

2 交互性

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，體驗者可以用日常生活中的方式與虛擬場景中的人或物進(jìn)行各種交流，產(chǎn)生真實的互動體會。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)人與虛擬世界之間要以自然的方式進(jìn)行，如人的走動、頭的轉(zhuǎn)動、手的移動等，通過這些，用戶與虛擬世界交互，并且借助于虛擬系統(tǒng)中特殊的硬件設(shè)備（如數(shù)據(jù)手套，力反饋設(shè)備等），以自然的方式，與虛擬世界進(jìn)行交互，實時產(chǎn)生與在真實世界中一樣的感知。例如，用戶可以用手直接抓取虛擬世界中的物體，這時手有觸摸感，并可以感覺物體的重量，能區(qū)分所拿的東西，并且場景中被抓的物體也立刻隨著手的運(yùn)動而移動。

3 想象性

想象性指虛擬的環(huán)境是人想象出來的，同時這種想象體現(xiàn)出設(shè)計者相應(yīng)的思想，因而可以用來實現(xiàn)一定的目標(biāo)。用戶能在虛擬的環(huán)境中獲取新的知識和經(jīng)驗，形成感性或理性的認(rèn)識，從而產(chǎn)生新的思想和行動，有效提高思考和行動能力。例如當(dāng)你在設(shè)計一座大樓之前，繪制建筑設(shè)計圖紙，無法形象地展示出建筑物更多的信息，而現(xiàn)在可以采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計與仿真，非常形象直觀。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用

鑒于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點和熱度，氣象領(lǐng)域也開始關(guān)注到了這項新興技術(shù)，一些相關(guān)的嘗試和應(yīng)用已經(jīng)開始出現(xiàn)。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在天氣應(yīng)用程序上的嘗試

最早基于智能手機(jī)的虛擬現(xiàn)實在天氣領(lǐng)域的應(yīng)用，是Gear VR應(yīng)用程序體驗發(fā)布的一個應(yīng)用程序，名為“天氣查看器”（Weather Viewer，圖1）。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，可以通過一種多源信息融合的交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真使用戶沉浸到該環(huán)境中。

圖1 Weather Viewer 用戶可在VR環(huán)境中查看天氣預(yù)報

從圖1可以看到，這個簡單的應(yīng)用程序提供了用戶需要的關(guān)于時間、天氣等相關(guān)數(shù)據(jù)，用戶可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中查看天氣預(yù)報，獲取實時信息和天氣模擬。該應(yīng)用程序還有一個特別的功能，用戶可以上下滑動Gear VR的觸摸屏設(shè)備來轉(zhuǎn)換不同的天氣類型，讓用戶體驗不同的天氣環(huán)境。

2 虛擬現(xiàn)實概念在天氣預(yù)報裝置中的應(yīng)用

Tempescope是一個應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實理念的高科技盒子，看上去就像是一個透明的玻璃柱子，里面有水，上下都有天氣模擬裝置，只需要將之接入互聯(lián)網(wǎng)，它就能自動獲取天氣預(yù)報信息，并通過可視的方式展現(xiàn)出來。比如，預(yù)報明天要下雨，那么用戶就會看到玻璃柱中水珠不斷地從上方滴落，淅淅瀝瀝（圖2）。Tempescope能夠再現(xiàn)有陽光的晴天、多云、下雨甚至是雷雨天氣等各種天氣的逼真特效，它需要與手機(jī)或者其他智能設(shè)備中的天氣預(yù)報相關(guān)聯(lián)，在獲取了天氣信息后會逼真地將相關(guān)場景表現(xiàn)出來，比如通過盒頂?shù)拇嫠c超聲波的組合魔幻地制造云朵與雨滴，或者用頂部的LED燈來制造陽光。

圖2 Tempescope天氣預(yù)報裝置應(yīng)用VR概念模擬天氣情景

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在天氣應(yīng)用程序或者裝置上，在氣象影視節(jié)目中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)也和氣象服務(wù)本身擦出了新鮮的火花。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國外氣象災(zāi)害中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國外氣象影視領(lǐng)域的應(yīng)用已見端倪，不僅僅是氣象部門，大學(xué)、安全中心等相關(guān)機(jī)構(gòu)都開始嘗試運(yùn)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，尤其是在氣象災(zāi)害模擬方面。阿拉巴馬高級公共安全中心目前就正在研制虛擬現(xiàn)實龍卷風(fēng)模擬器，這個模擬器將模擬龍卷風(fēng)突發(fā)時的場景，并會在場景中加入龍卷風(fēng)音效，讓用戶感受到盡量真實的龍卷風(fēng)環(huán)境。電視主播也可以通過使用這個虛擬現(xiàn)實龍卷風(fēng)模擬器，向觀眾演示在經(jīng)歷龍卷風(fēng)時應(yīng)該如何應(yīng)對。在不久的將來這種類型的技術(shù)可能會用到智能手機(jī)上，幫助大家在暴風(fēng)雨來臨之前做好充分的準(zhǔn)備。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用

中國氣象局公共氣象服務(wù)中心的一些氣象影視節(jié)目也嘗試了虛擬技術(shù)。如2015年舉辦的全國氣象影視業(yè)務(wù)競賽，氣象影視中心節(jié)目部制作的《旅游天氣》就利用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，模擬旅行線路上特色旅游景觀及當(dāng)時的天氣環(huán)境，展示了精細(xì)化的旅途天氣服務(wù)能力。

另外CCTV 2《第一印象》節(jié)目有關(guān)臺風(fēng)“蘇迪羅”的報道，也借用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的理念，如模擬降雨及積水環(huán)境，介紹科普暴雨的定義，并模擬演示了遭遇雷電等強(qiáng)對流天氣時的防御方法。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在影視節(jié)目中的應(yīng)用嘗試，讓氣象影視節(jié)目展現(xiàn)出了新鮮感和趣味性，也讓氣象服務(wù)信息的接收率大大提高，讓觀眾對氣象信息更加“聽得懂、記得住” （圖3）。

圖3 CCTV 2《第一印象》臺風(fēng)“蘇迪羅”VR模擬降雨影響

另外，2016年，中國氣象頻道在直播臺風(fēng)“尼伯特”的影響時，也利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在全媒體演播室中完成了對“尼伯特”臺風(fēng)的報道，這是中國氣象頻道首次利用虛擬技術(shù)進(jìn)行直播。氣壓層的三維模型，使單一的畫面和信息變得更加立體，主持人在虛擬臺風(fēng)環(huán)境中從多維度來介紹臺風(fēng)消息，使原本很難理解的抽象表達(dá)，變得更加直觀。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一門新興技術(shù)，雖然在氣象影視節(jié)目以及氣象其他領(lǐng)域都已經(jīng)開始嘗試應(yīng)用，但案例還很少，尤其是在日常的氣象影視節(jié)目制作中還尚未開始應(yīng)用，這主要和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀有密切關(guān)系，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的沉浸性和交互性都需要進(jìn)一步改進(jìn)與完善，目前在現(xiàn)實中應(yīng)用的局限性較大。

（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用成本高、周期長

虛擬環(huán)境首先要解決的問題是三維建模，生成精確三維模型的過程相對比較困難，周期較長，大部分模型仍需要高水平的專業(yè)人士進(jìn)行人工繪制，不僅延長了制作的周期，也使得費(fèi)用成本急劇攀升。另外虛擬現(xiàn)實軟件普遍存在語言專業(yè)性較強(qiáng)、通用性較差及易用性差等問題。同時，由于硬件設(shè)備的諸多局限性，使得軟件開發(fā)費(fèi)用高昂，并且軟件所能實現(xiàn)的效果受到時間和空間的影響較大。而國內(nèi)氣象影視節(jié)目仍以日播型的天氣預(yù)報節(jié)目為主體，因此虛擬現(xiàn)實技術(shù)很難在氣象影視節(jié)目中大范圍推廣應(yīng)用。

在硅質(zhì)擒縱的應(yīng)用上歐米茄很有特點。歐米茄推出的至臻天文臺背透防磁除去采用了硅質(zhì)擒縱，還使用了瑞士專利CH707504技術(shù)，用零磁性鈦合金來制造腕表擺輪的軸尖。

（2）虛擬現(xiàn)實硬件普及度不高

虛擬現(xiàn)實的頭顯設(shè)備在2016年出貨量預(yù)計達(dá)到48萬臺，同比增長476%，行業(yè)將迎來爆發(fā)增長。但擺在 VR 設(shè)備普及化面前的幾道障礙，可能需要更長的時間來進(jìn)行清除。因為VR設(shè)備定價過高，而且普遍存在使用不方便、效果不佳等情況，另外 VR設(shè)備對搭配的硬件設(shè)備要求很高，這對家庭用戶來說也是一筆較高的費(fèi)用，所以虛擬現(xiàn)實在個體觀眾的普及度上還較低。而對于傳統(tǒng)氣象影視節(jié)目來說，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的受眾面目前仍然只能是小規(guī)模人群。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用趨勢分析

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及硬件設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展和成熟，它在現(xiàn)實中應(yīng)用的局限性會逐漸減小，而它在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用也將會越來越廣泛。

1 場景式生活氣象服務(wù)

生活氣象服務(wù)穿插在百姓日常生活的方方面面，隨著生活水平的提高，人們在不同生活場景中對氣象服務(wù)提出了個性化、專業(yè)化和定制化的需求，同時用戶對氣象預(yù)報的精準(zhǔn)度和跨行業(yè)應(yīng)用提出了更高要求。氣象影視節(jié)目可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬戶外出行的各個場景，并嵌入最新的預(yù)報數(shù)據(jù)，讓受眾仿佛置身于即將進(jìn)入的生活場景，給予他們仿真的天氣體驗和感受。還可以通過互動，在場景中提供針對不同人群的天氣出行提示，將天氣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀體驗，使圖文式的日常影視氣象服務(wù)向場景體驗式的氣象服務(wù)轉(zhuǎn)變。

2 分類式專業(yè)氣象服務(wù)

由于大眾對天氣預(yù)報的需求越來越細(xì)化，氣象服務(wù)也逐步進(jìn)入精細(xì)化、分眾化市場，比如戶外運(yùn)動愛好者在從事跑步、登山、騎行等不同的運(yùn)動時，對天氣關(guān)注的維度也是不同的，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將類型化的戶外活動或者旅游場景模擬呈現(xiàn)，并讓觀眾在模擬的場景環(huán)境中，分享不同時段、不同狀況下的精細(xì)化專業(yè)氣象服務(wù)產(chǎn)品，讓面對具體受眾的專業(yè)氣象服務(wù)變得更具象化，更有溫度感。

3 極端天氣體驗

天氣資訊是氣象影視節(jié)目內(nèi)容中很重要的一部分，尤其是極端天氣發(fā)生時，天氣本身就是資訊，也因此變得尤為受公眾關(guān)注。如今的極端天氣資訊包含大量的天氣實況數(shù)據(jù)和歷史天氣統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為觀眾對極端天氣的體驗，就需要虛擬現(xiàn)實技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬極端天氣發(fā)生時的真實狀況，可以讓受眾從通過新聞畫面接受天氣資訊信息，變成直接進(jìn)入極端天氣的現(xiàn)場、感受極端天氣。38℃的高溫、300mm的降雨等，都不再會是概念模糊的數(shù)字，而是極度炎熱和傾盆大雨的沉浸式體驗。

4 防災(zāi)減災(zāi)科普

在氣象影視防災(zāi)減災(zāi)科普的傳播方面，虛擬現(xiàn)實技術(shù)中沉浸性、想象性以及交互性等特性都可以運(yùn)用得淋漓盡致。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬氣象災(zāi)害現(xiàn)場，以及設(shè)置災(zāi)害發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以使受眾通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的硬件設(shè)備，如手柄或頭戴設(shè)備等，在氣象災(zāi)害虛擬環(huán)境中，通過行為動作的交互，自主應(yīng)對氣象災(zāi)害，并可在虛擬氣象災(zāi)害環(huán)境中得到正確應(yīng)對各類氣象災(zāi)害的正確指導(dǎo)。體驗氣象災(zāi)害發(fā)生時的巨大破壞力并親身應(yīng)對，是氣象影視利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)給予普通受眾的一次氣象災(zāi)害應(yīng)急演練，這是傳統(tǒng)影視技術(shù)無法達(dá)到的傳播效果，也將讓氣象影視防災(zāi)減災(zāi)科普邁入一個嶄新的世界。

深入閱讀

胡小強(qiáng). 虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用. 北京郵電大學(xué)出版社, 2009.

蔣慶全. 國外VR技術(shù)發(fā)展綜述. 飛航導(dǎo)彈，2002(1): 27-34.

梅中義. 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)及應(yīng)用前景. 航空工業(yè)技術(shù), 1996(3): 3-6.

巫影. 虛擬現(xiàn)實技術(shù)綜述. 計算機(jī)與數(shù)字工程, 2002, 3(3): 41-44.

約翰·布里格斯. 虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù). 現(xiàn)代技能開發(fā), 1997(8): 41.

（作者單位：中國氣象局公共氣象服務(wù)中心）