虛擬現實技術在氣象影視節目中的應用

趙子涵，李文苑，李想

（廣東省氣象服務中心，廣東 廣州 510062）

0 引言

隨著技術的飛速發展，虛擬現實（Virtual Reality，VR）的應用范圍日益擴大，已經拓展至氣象影視節目領域。本文旨在探討虛擬現實技術在氣象影視中的創新應用，既引領了氣象信息傳達的視覺革命，又豐富了觀眾的氣象體驗。通過對虛擬演播室、科普節目、電影和短視頻的具體案例研究，凸顯虛擬現實技術的關鍵作用，提高氣象影視的吸引力、教育性和情感共鳴。

1 虛擬現實技術概述

1.1 虛擬現實的定義和發展歷程

虛擬現實是一種計算機技術，旨在模擬沉浸式的虛擬環境，使用戶能夠與虛擬世界互動。它的誕生可以追溯到20 世紀60 年代，在近年來得到廣泛的發展。最早的VR 系統包括頭戴式顯示器和手套等設備，以模擬視覺和觸覺體驗。20 世紀80 年代至90 年代，VR 技術開始應用于軍事、醫療和娛樂領域。20 世紀90 年代末，互聯網和計算機性能的提升推動了VR 的進一步發展，虛擬社交平臺和沉浸式游戲出現。近年來，VR 已經成為教育、醫療、虛擬旅游等多個領域的關鍵技術。

1.2 虛擬現實技術的主要組成

硬件和軟件是虛擬現實技術的主要組成部分，共同構建了用戶沉浸式虛擬體驗的基礎。硬件方面包括頭戴顯示器（Head-Mounted Display，HMD）、追蹤設備、控制器以及聲音系統。HMD 是虛擬現實的核心，通常具有雙眼顯示屏，可呈現虛擬環境。追蹤設備用于監測用戶的頭部和身體運動，以確保虛擬世界與用戶的互動保持同步。控制器使得用戶能夠在虛擬環境中進行互動，如操作物體或進行手勢識別。聲音系統提供虛擬環境的音頻反饋，以增強沉浸感。軟件方面，虛擬現實依賴強大的3D 圖形渲染引擎和交互式應用程序，創建虛擬環境，渲染圖像，監控用戶輸入，管理虛擬體驗的各個方面。VR 應用程序包括游戲、模擬器、培訓工具、社交平臺及其他應用，利用硬件和軟件協同工作，使用戶能夠親身感受虛擬環境[1]。

1.3 虛擬現實在不同領域的應用概覽

2022 年10 月，多部門聯合發布《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026 年）》，虛擬現實與工業生產、文化旅游、融合媒體、教育培訓、體育健康、商貿創意、演藝娛樂、安全應急、殘障輔助及智慧城市等領域的融合應用持續深化，如工業生產領域“VR/AR 工業賦能”工程、文化旅游領域“VR/AR沉浸式旅游體驗”工程、體育健康領域“VR/AR 大眾健身”工程、演藝娛樂領域“VR/AR 線上演播”工程、智慧城市領域“VR/AR 智慧商圈”工程等場景[2]。

2 虛擬現實技術在氣象影視節目中的應用

2.1 虛擬演播室在氣象影視節目中的應用

虛擬演播室是虛擬現實技術在氣象影視節目中的重要應用之一，提供一種高度沉浸式的氣象預報和解釋方式。氣象預報員可以穿戴頭戴式顯示器，將自己嵌入虛擬氣象場景中，與虛擬地圖、圖表和氣象數據進行互動，能夠更生動地呈現天氣信息如風向、降水、氣壓等，以便更好地傳達給觀眾。虛擬演播室還支持實時的天氣模擬，如颶風的路徑或暴風雨的影響，使觀眾更好地理解氣象事件的演變過程。這種技術提高了天氣報道的視覺吸引力和教育性，使觀眾更容易理解天氣相關事件的影響。虛擬演播室的應用推動了氣象影視節目的創新，提供了更生動、引人入勝的氣象體驗。

美國氣象頻道The Weather Channel 打造了獨具特色的虛擬演播室，引入Unreal4 引擎，打造出媲美電影的氣象節目視覺效果。例如，將暴雨與內澇以虛擬前景配合虛擬背景的形式還原真實的氣象場景；發生龍卷風災害時，通過虛擬演播室重現龍卷風場景，主持人在龍卷風摧殘過的廢墟上進行氣象播報，還會有物體墜落的視覺效果。主持人與虛擬演播室的各種效果互動，使得節目效果更加真實、生動。虛擬演播室之所以能實現高度真實的虛擬視覺效果，與其針對不同內容選擇相應的引擎與制作軟件密不可分，根據節目制作需求及時調整播報景區、演播室功能、虛擬造景及虛擬燈光等部分，實現虛擬演播室設計與氣象欄目風格、視覺效果、內容及功能等方面的統一，從而提升氣象欄目整體視覺效果[3]。

以南京市氣象服務中心《標點氣象》為例，運用虛擬演播室技術，使枯燥乏味的氣象數據以更加生動形象的方式呈現，實現自動景深、半透明前景物體、凹凸紋理貼圖等高仿真場景。《標點氣象》虛擬演播室具備三維場景建模、虛擬影子的制作、自動反饋/標志系統及虛擬動畫人物表演等功能，在氣象節目中的運用體現在景別的創新運用、主持人與動畫互動、虛實結合與虛擬植入以及模擬動畫直觀展示天氣情況等方面。

2.2 虛擬現實技術在氣象科普節目中的應用

虛擬現實技術在氣象科普節目中的應用，對于提高公眾的氣象科學素養和意識具有重要意義。通過虛擬現實，觀眾可以沉浸在虛擬的氣象環境中，親身體驗天氣現象如龍卷風、雷暴等，以及氣象過程如氣旋形成。這種互動性幫助觀眾更深刻地理解氣象現象的復雜性。虛擬現實還支持氣象科普節目設計者模擬氣象事件，使觀眾能夠實際參與，了解如何應對氣候災害和變化。虛擬現實技術可以提供有趣的虛擬實驗室環境，讓觀眾學習氣象科學原理，如氣壓、溫度和濕度的影響等。這種互動和視覺體驗有助于提高氣象科普節目的吸引力，激發觀眾的興趣，促進氣象科學的普及和教育。因此，虛擬現實技術在氣象科普節目中的應用有助于更好地傳遞氣象知識，培養氣象興趣，提高社會的氣象素養。

以北京電視臺科教頻道與北京市氣象服務中心共同打造的氣象類科普資訊節目《氣象觀天下》為例，運用虛擬現實、混合現實、實時渲染等技術，將氣象風云圖、天文現象以身臨其境的場景呈現形成過程、發生機理和防御重點，實現真人主播與虛擬場景的互動。在氣象預報環節，通過虛擬現實、混合現實、實時渲染等技術，營造風云雨雪的沉浸式場景；在訪談環節，通過虛擬現實技術實現現實場景與虛擬環境的融合，給觀眾帶來沉浸式的氣象科普節目觀看體驗。

2.3 虛擬現實技術在氣象電影中的應用

虛擬現實技術在氣象電影領域有多種具體應用。虛擬現實的近眼顯示技術能夠創造高分辨率、沉浸式的視覺效果，使觀眾能夠感受到氣象現象的細節，如暴風雨中的雨滴或颶風中的風暴眼。渲染處理技術用于呈現逼真的氣象場景，包括云層、閃電、雨滴和風的物理模擬。這些技術增強了電影的視覺吸引力，使觀眾更好地感受氣象事件的力量。感知交互技術使觀眾能夠與電影中的虛擬氣象環境互動。觀眾可以使用控制器模擬制定應對措施，如避難或救援行動，提高了觀眾的參與感和教育性。虛擬現實技術在氣象電影中創造出更加生動、沉浸式的氣象體驗，使觀眾能夠更深入地理解氣象事件的復雜性和威力，同時提供了互動性，提高了電影的吸引力和教育性。這些技術的應用為氣象電影的制作帶來了新的維度，增強了觀眾的情感參與。

以2008 年上映的電影《2012 世界末日》為例，這部影片探討了全球性的自然災害和氣象事件。虛擬現實在該電影中的應用提供了引人入勝的視覺效果，以及生動的氣象場景再現。電影中的虛擬現實技術幫助創造了逼真的氣象災害場景，如地震、海嘯、火山爆發等。觀眾可以清晰地看到毀滅性事件的影響，增強了視覺吸引力。通過虛擬現實，觀眾更深入地感受到主要角色在氣象災害中的掙扎與求生。這種沉浸式體驗引發觀眾的情感共鳴，增加了電影的情感深度。電影虛擬現實場景為觀眾提供了了解自然災害和氣象事件的機會，增強了觀眾對氣象科學的理解[4]。

2.4 虛擬現實技術在氣象影視短視頻中的應用

虛擬現實技術在氣象影視短視頻中的應用，為現代社交媒體和短視頻平臺如抖音、快手等提供了全新的創意。這些短視頻的特點在于短時長和快節奏。利用虛擬現實技術，氣象影視短視頻可以展示生動的氣象現象，如閃電、風暴或雪暴，以吸引用戶的眼球。利用虛擬現實的互動功能，觀眾可以在短視頻中通過點擊、滑動等方式參與虛擬氣象場景，增加了用戶參與感。虛擬現實技術可以整合實時氣象數據，使短視頻更具實用性，比如提供當地天氣預報或突發氣象事件通知。通過虛擬現實，短視頻可以更好地傳達氣象事件對人們生活的影響，引發觀眾的情感共鳴，激發更多的討論和分享。這些特點結合虛擬現實技術，為氣象影視短視頻提供了更多的創新和互動性，使其更適應快節奏的社交媒體環境。觀眾能夠在短短幾秒鐘內獲得有趣、生動和有價值的氣象信息[5]。

以抖音平臺黑龍江省氣象服務中心官方抖音號“龍江氣象”為例，主要負責防災減災、精細化預報及氣象科普等工作。虛擬現實技術應用于彩小虹慧報天氣、黑龍江片區氣象短視頻、首席說天氣、彩虹時間、第三屆全國氣象短視頻大賽黑龍江賽區作品展、生態旅游、天氣預報、氣象科普及二十四節氣等欄目中。如彩小虹慧報天氣欄目，由龍江氣象虛擬主播彩小虹完成天氣主持與沉浸式解讀天氣等工作。彩小虹由Daz、iClone8、CC4 等軟件仿真建模完成，并由虛幻引擎5 完成現實動作捕捉驅動人物動作，使彩小虹的形象更加擬人化。在二十四節氣節目中，虛擬主持人彩小虹與真人主播彩虹完成虛擬與現實互動的天氣預報，帶給短視頻平臺用戶全新的、沉浸式短視頻天氣預報體驗[6]。

3 結語

本文深入探討了虛擬現實技術在氣象影視節目中的應用，通過分析虛擬演播室、科普節目、電影和短視頻領域的具體案例，展示了虛擬現實技術如何提高氣象信息傳達的視覺吸引力、情感體驗和教育性。虛擬現實為氣象影視節目帶來了全新的創作和觀賞維度，推動了氣象影視的創新發展，提高氣象科學的普及度，并為氣象事件的理解和應對提供更有力的工具。