VR/AR技術在氣象科普領域中的應用研究

徐嫩羽，王海波

經過多年的實踐，我國氣象科普事業得到長足發展，取得顯著成效。但面對新形勢新任務，目前氣象科普產品還主要以傳統的圖文、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展。

當前，VR（虛擬現實）技術和AR（增強現實）技術得到了快速應用和發展。VR（virtual reality），是一種采用以計算機技術為核心的現代高科技生成的、可交互的三維環境中提供沉浸感覺的技術，給人以前所未有的真實體驗，目前在游戲、健身、購物等領域中有一定應用，未來將在娛樂、設計、教育、科普等方面發揮強大作用。AR（Augmented Reality），是一種通過屏幕把虛擬世界融合在現實世界并進行互動的技術，用戶可以透過屏幕看到疊加在真實世界之上的虛擬對象，具有較強的交互性和娛樂型，目前在科普領域已有較多應用。

1 國內外VR/AR 技術在（氣象）科普中的應用現狀

VR/AR 交互技術在國內外科普中已有一定的市場，非常受人們歡迎，對增強用戶參與度、提升用戶體驗產生積極作用。如日本的JST 科學機構建設了日本虛擬科技館，通過多媒體技術和VR 技術對科學場景進行模擬和三維成像，其中《地球恐龍》館便是一款人們深受喜愛的產品，它模擬了地球歷史的發展和環境演變，有助于中小學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象的認識，并進一步影響到人們的日常生活。據了解，美國氣象頻道已借助AR等技術模擬了颶風天氣，未來將進一步加強在虛擬和混合現實技術方面的應用。

在國內方面，獲得2017 年電子科技獎的“中國數字科技館”，搭建了90 多個不同主題的專題館，更通過VR 技術幫助從業者進行虛擬飛行體驗、模擬組裝、模擬飛行等操作訓練，該項目由中國科學院、教育部和中國科協共同搭建。中國科學院海洋所制成的海底VR 展示研究系統，將VR 技術應用于地球海洋科普，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物，仿佛身臨其境一般，還可以根據不同場景調整燈光，感受真實的海底世界。

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

利用VR/AR 技術，可以制造出一種優良的虛擬學習空間，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徹底突破時間、空間的限制，將大大激發人們對科學的想象力和創造力，未來將成為（氣象）科普領域的標配。

2 VR/AR 技術在（氣象）科普中存在的問題

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

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

二是軟件有待完善。當前，幾乎在任何一款VR設備上都存在的問題是，VR 內容不僅不豐富，內容質量也令人不敢恭維，用戶普遍反映畫面粗糙、內容乏味，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、將精致畫面與科學知識有機融合的好作品幾乎沒有。

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

四是沒有真正實現沉浸式體驗。目前在VR 技術動作體驗包括蹲、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，要實現電影中《頭號玩家》中那種沉浸式體驗未來還有很長的一段路要走，當然這與目前VR 技術軟硬件方面存在的問題息息相關。

五是沒有針對受眾個性化服務。當前VR/AR 技術在科普領域的應用依然處于起步階段，已有的應用較少且比較簡單，更沒有針對不同受眾、個性化的內容和服務，未來隨著VR/AR 技術普及，應進一步關注科普的受眾群體，了解他們的需求進行針對化的設計，滿足觀者的不同需求。

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

3 展望和建議

雖然當前VR/AR 技術還存在軟硬件等各方面的問題，但是我們相信，隨著技術的發展和各方面的相互推動，VR/AR 技術將走入尋常百姓家，并引領（氣象）科普領域的變革。為進一步促進VR/AR 技術在（氣象）科普中的應用，更好促進（氣象）科普事業的發展，建議從以下幾方面加以支持和引導：

一是鼓勵支持氣象科普資源的創新。通過職稱評定向科普傾斜、獎勵科技成果轉化、增設各類獎項等方式，鼓勵和支持氣象科技工作者、藝術家、程序員、大眾傳媒等各方力量參與到氣象資源科普創作工作中，并充分利用VR/AR 技術實現最新科普資源的轉化。值得一提的是，在當前自媒體高度發達的今天，可以加強與一些知名科普自媒體人的合作，進一步推廣VR/AR 技術在科普中的應用。

二是加強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制，實現氣象科普資源的共享利用，充分利用氣象科普資源的現有成果，不斷加強交流與合作，實現VR/AR 技術在氣象科普領域的不斷創新。

三是支持VR/AR 產業技術和內容的發展。從產業、稅收政策等方面進一步鼓勵支持相關技術的發展，解決技術層面存在的問題，同時推動VR 技術的普及。另一方面，加大對優秀VR/AR 內容的支持力度，依靠各級政府的支持，鼓勵更多的人去拍攝、制作科學普及的影片和游戲，不斷更新科普片源，使民眾切實體會到科普的魅力和作用。

四是進一步增強VR/AR 技術的交互性和吸引力。目前，在（氣象）科普領域已有的VR 技術，更多的是視頻內容，由于游戲天然的交互性和用戶粘性，建議進一步加大VR/VR 游戲的開發力度，如將已有的《穿越臺風》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容吸引不同層次、不同年齡段的用戶，進一步提升吸引力。