虛擬現實技術在氣象科普工作中的應用

1 虛擬現實技術概述

1.1 概念

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR），又稱靈境技術，是20世紀發展起來的一項全新的實用技術，其基本實現方式是計算機模擬虛擬環境從而給人以環境沉浸感。隨著社會生產力和科學技術的不斷發展，各行各業對虛擬現實技術的需求日益旺盛，虛擬現實技術也取得了巨大進步，并逐步成為一個新的科學技術領域[1]。

1.2 特點

虛擬現實技術有較為突出的三個特點，即：交互性、沉浸性和想象性。交互性是指參與者可以自然方式與虛擬環境之間交互，這樣的交互形式比平面圖形交互形式更豐富生動；沉浸性又稱臨場感、浸入性，是指虛擬環境能夠帶給參與者身臨其境的體驗，從而產生與真實世界一樣的感覺；想象性使得參與者從被動轉為主動接受事物，通過感性與理性認識主動探尋信息，深化概念并進而產生認知上的新意和構想。

1.3 傳播價值

虛擬現實技術的傳播價值主要體現在以下三個方面。

第一，更新了傳播方式。傳播方式不再是單向、被動地傳播，而變為了雙向、主動地傳播，傳播者與參與者可以互動，使傳播信息具有流動性。

第二，刺激多元化傳播手段產生。虛擬現實技術無疑是現代科技的一種傳播形式，將會刺激產生新的傳播形式，傳播將具有更廣的參與度和更大的包容性。

第三，為自媒體提供豐富資源。參與者可以通過各種自媒體平臺對其他受眾群體進行二次傳播，擴大了傳播的廣度和深度，傳播行為更加個性化。

2 虛擬現實技術的應用

虛擬現實技術能夠很好地還原和再現真實的世界，并且因其良好的交互性，使其可以在各領域中得到廣泛應用，甚至深刻影響和改變各個領域現有局面。隨著科技進步、技術融合及人類不斷的嘗試與探索，虛擬現實技術在各個領域應有都有極大發展。

2.1 教育領域

利用虛擬現實技術可以建立各種虛擬實驗室，突破了場地、設備、經費等問題帶來的局限性，同時規避了某些危險實驗帶來的隱患。對于日常教學中難以理解的構造、原理等問題，通過虛擬現實技術可以直觀地教學，使學生快速掌握了解相關知識。此外，虛擬現實技術逐漸走進了圖書館建設，不僅減輕了圖書管理員的工作量，同時也給予讀者更奇特的閱讀感，激發讀者閱讀興趣。

2.2 醫療領域

在醫療領域中，任何一個失誤都有可能造成無法挽回的后果。虛擬現實技術可以幫助醫護人員，特別是處在實習或培訓崗位的人員建立模擬工作場景，如虛擬手術臺等進行反復操作練習，尤其對于罕見病、復雜病等風險性高、患病率少且操作過程零失誤的疾病具有現實指導意義。目前，國外利用虛擬現實技術在心理疾病治療方面也有了一定的積累，可以幫助治療如自閉癥、焦慮癥、抑郁癥等心理疾病。

2.3 軍事領域

虛擬現實技術的新成果往往最先運用到航天與軍事訓練中，利用虛擬現實技術可以真實模擬戰場環境，進行大規模軍事模擬演習，對于從模擬戰場環境過渡到真實戰場環境有具有重要意義。目前虛擬現實技術在軍事領域中擁有舉足輕重的地位。

2.4 娛樂領域

目前最為大眾熟知的是虛擬現實技術應用于游戲等娛樂領域。游戲行業競爭殘酷，設計公司深知一款能給用戶帶來好的體驗感的游戲對于公司乃至游戲業發展的重要意義。基于虛擬現實技術開發的游戲相比傳統游戲而言，最大的優勢在于沉浸感，這種沉浸感就是游戲好的體驗感。此外，對于電影、體育賽事、綜藝等娛樂領域，虛擬現實技術所具有的潛力也不可被低估。

虛擬現實技術目前還被應用于工業、物流、健康、購物等領域，未來充滿不確定性，還有會更多的領域等待人類探索，而這些領域將會迎來自己的紅利期，虛擬現實技術將大放異彩。

3 虛擬現實技術在氣象科普領域嘗試

虛擬現實技術近年來開始被應用于氣象領域。有利用虛擬現實技術對天氣現象、天氣系統和數值預報產品進行模擬的，也有將虛擬現實技術應用于氣象影視宣傳方面進行節目制作的[2]。目前氣象部門科普產品大多圍繞在圖書、宣傳折頁、展板等方面，手段和形式較為傳統，虛擬現實技術在氣象科普領域嘗試較少。將虛擬現實技術應用于氣象科普領域，不僅可以激發公眾的學習性，更可以利用虛擬現實技術的優點，使公眾加深對如氣象災害等方面的科學認識，達到了解、加深、掌握知識的目的，從而提高應對氣象災害和自救、互救的能力。以下通過6部VR氣象科普短片分析其科普作用。

3.1 《穿越臺風》

短片《穿越臺風》中，參與者將隨同科學博士體驗一場臺風之旅。視角首先在太空中觀測到地球上的臺風全貌，了解臺風的形成原理，之后逐漸進入風平浪靜的臺風眼區，發現一艘被困船只，通過引導被困船只在可航半圓區域內分別穿過臺風的云墻區、螺旋雨帶區，最終安全抵達港口避險。參與者在觀看短片后將對臺風各個區域的天氣現象以及破壞力有了更具體的認識，在面對自然災害的時候，了解如何更能保護自身及家人的生命財產安全。互動部分為參與者佩戴VR頭盔后，需要操作手柄發射導航浮標，為被困船只指引方向。

3.2 《天兵行動（上、下）》

短片《天兵行動》（上部）以科幻故事題材，主要講述為應對地球氣候突變引發一系列極端天氣，聯合國糧農組織培育研究出一種高產抗災的食物“I709”玉米，位于亞洲地區的培育基地由于受到極端天氣的影響，需要我國軍方派出特種作戰部隊“天兵行動隊”前往培育基地，執行營救“I709”玉米原株的緊急任務。在游戲化的體驗中講述人工增雨的原理和作業條件。互動部分為參與者佩戴VR頭盔后，操作手柄發射人工增雨火箭彈撲滅森林火災。

短片《天兵行動》（下部）中，參與者將隨同“天兵小隊”一起經歷救援后的護航任務，在執行任務過程中參與并認識了解人工消霧作業的方法。任務完成之后通過科幻的方式展現人類通過科技應對氣象災害和改變氣候的暢想。

3.3 《氣候與水》

短片《氣候與水》以氣候變化、水資源以及人類活動之間的相互影響為主題，展示了大氣能量交換與水循環的關系、陸地降水的多樣性、人類活動對氣候與水的共同影響、極端的災害氣候等多方面相關科學知識。通過圖形渲染、物理模擬和體積特效等技術方式，呈現森林、海洋、沙漠等氣候和工業城市場景，實現山洪、山火、臺風等極端天氣的災害效果。

3.4 《漫游氣象博物館》

短片《漫游氣象博物館》以中國北極閣氣象博物館（注：中國北極閣氣象博物館位于南京市玄武區北極閣山上，是中國第一個氣象專業性博物館，于2010年3月建成）的古代氣象展區為原型，設計了5個展館，分別為：實景航拍博物館、進化與氣候館、石器時代館、夏商西周館以及古代綜合館。石器時代館采用360°全景航拍北極閣氣象歷史博物館，通過無人機與全景攝像機空中航拍，展示北極閣觀象臺與周邊環境的風貌；進化與氣候館為人類進化與氣候全景解說動畫，以動畫與科普形式介紹人類祖先的進化歷程，表現古猿進化到氏族人類與氣候地理環境變遷之間的密切聯系；石器時代館以3D動畫方式全景還原石器時代中國古人的氣象活動和對日月季年的認知水平，展現了河姆渡人與半坡文明的生活狀態；夏商西周館以3D動畫方式全景還原了夏商周時期中國古人的氣象成就，如世界上最早的觀象臺都陶寺觀象臺等；古代綜合館以3D還原與動畫科普的方式展現我國古代人民的天文成就與驚人智慧，重點介紹了如渾儀、日晷等古代氣象天文儀器。這5個展館凝練介紹了數千年璀璨的中華氣象文明史，使公眾了解了人類文明從起源走向發展的過程。互動部分為參與者佩戴VR頭盔后，通過手柄控制進入博物館的各個展區，與展項進行交互操作，可以進入對應的虛擬世界進行科普講解，展示古代場景等。

3.5 《南極探索》

南極被人們稱為第七大陸，是地球上最后一個被發現且唯一沒有人員定居的大陸。在短片《南極探索》中，參與者將跟隨南極探險隊的小舟身臨其境地見證南極酷寒與干燥氣候，穿梭在南極冰川之中。結合旁白語音的介紹，科普南極的氣候特點、風速與降水條件。同時，參與者還可以置身于可愛的企鵝群里，認識到南極生物的多樣性與人類活動息息相關，了解保護氣象環境與可持續發展的重要性。

3.6 《龍卷風》

龍卷風是一種具有一定破壞力的自然現象，在短片《龍卷風》中，參與者將以拍攝龍卷風的“逐風者”車輛記錄儀視角，身臨龍卷風肆虐的現場，感受撲面而來的氣旋巨大的破壞力。跟隨科普旁白，了解龍卷風的規模、風速、形態與形成規律等知識，在直面緊張刺激的自然災害同時，參與者也能深刻理解氣象防災減災的必要性。

3.7 應用場景及效果

將6部VR氣象科普短片應用于“3·23”世界氣象日、“5·12”防災減災日、氣象科技活動周、科普“四進”等大型科普活動以及一些氣象科普展館中。VR氣象科普短片的出現，受到大量公眾的關注，每次在活動中應用都會吸引公眾爭先參與體驗，這其中包括對氣象知識充滿渴望的青少年和學生群體、希望用所學知識指導生活生產的中年人、以及緊跟時代步伐對現代科技充滿好奇心的老年人。

面對復雜多變的天氣形勢，氣象科普引導他們用科學的方法處理問題，讓公眾在接受到氣象信息后更好地理解和應用氣象信息并指導生產生活，尤其是當臺風、暴雨等氣象災害來襲時，只有在充分了解此類災害的危害及如何防御預警等防災減災自救知識的公眾，才能最大限度的避免災害可能造成的巨大經濟和生命財產損失[3]。面對應對氣候變化的艱巨任務，氣象科普承擔了為公眾還原科學事實，傳播低碳、綠色理念的使命，增強公眾的環境意識以及對于氣候變化問題的關注，使應對氣候變化成為每個公民關注的焦點，使他們意識到自己在應對氣候變化過程中所扮演的重要角色。面對日新月異的科學技術革命，氣象科普帶領公眾揭開氣象的“神秘面紗，”令更多人關注、走進氣象博物館，沉浸于歷史的厚重感，使“高冷”的博物館跟上現代技術的腳步。以科技創新為支撐，通過對虛擬現實技術的利用，營造出了優良的虛擬學習環境與空間，有效推進了氣象科技創新和氣象科學普及的共同發展，是“智慧氣象”的具體舉措。

4 局限性

虛擬現實技術在氣象科普領域中的運用還處于初級階段，雖然推出的VR氣象科普短片在一定程度上豐富了氣象科普的載體與手段，但如腳本的撰寫、技術手段的實現等還在不斷探索與嘗試的過程中。

4.1 交互性有限

目前開發的6部VR氣象科普短片中，《穿越臺風》及《天兵行動（上、下）》需要參與者佩戴VR頭盔后通過手柄進行交互，但交互動作比較單一，互動頻率較低；《氣候與水》則只能配合蛋椅才有更強的體驗效果，集成到頭盔里便無法交互，公眾只能將其當作一部普通的氣象科普短片觀看，缺少沉浸感；而《南極探索》和《龍卷風》由于受時長和內容限制，幾乎沒有交互性。

4.2 缺少個性化服務

現有的VR氣象科普短片數量較少，無法滿足不同受眾群體的需要。如《穿越臺風》VR氣象科普短片，受臺風災害影響較大的沿海地區公眾的關注度較高，而西部地區公眾對此關注度較低，他們更多想了解的是大風、暴雪、干旱、沙塵等與之日常生活聯系密切的氣象災害。受客觀因素影響，目前缺少針對不同受眾的個性化內容及服務。

4.3 軟件種類不夠豐富

現有的VR氣象科普短片主要圍繞氣象災害以及世界氣象日主題進行設計開發，軟件種類貧乏。對于公眾關注度較高的如氣象衛星、太陽風暴、空間天氣、氣象科普基地或場館等主題內容還未制定詳細研發計劃。受各方面因素影響，目前還未開發氣象VR專業設備或平臺，無法進一步豐富氣象虛擬現實內涵。

5 結論

虛擬現實技術與氣象科普業務的深度融合是氣象科普創新發展的必由之路。未來不僅要改善現有虛擬現實技術的硬件、軟件技術，加大氣象科普創新能力，加強氣象科普資源共享，更要加強氣象科普的宣傳力度，改進宣傳手段，利用自媒體平臺吸引更多公眾，提高公眾參與度，形成“智慧眾籌”，切實推進氣象科普工作不斷發展。