全息投影、AR技術在氣象業務中的應用

陳德康

(廣東省氣象科技培訓中心,廣東廣州 510080)

近幾年,科技進步日新月異,人們對視覺的追求已不滿足于屏幕上的2D、3D效果,開始追求一種“無中生有”的視覺體驗。全息投影技術、增強現實AR技術在這幾年慢慢進入人們的視野并普及推廣,其中,2016年杭州G20峰會開幕式和2016年里約奧運會閉幕式應用該兩項技術,獲得了震撼的視覺效果。隨著技術的成熟,應考慮將全息投影、AR技術應用到未來氣象業務中,讓氣象現代化邁向“實感氣象”時代。

1 全息投影、AR技術的整體概述

1.1 全息投影技術

全息投影技術也稱虛擬成像技術,它利用干涉和衍射原理,記錄物體光波信息,再現物體真實的三維圖像技術。它既產生立體空中幻像,用戶還可在虛擬環境中與幻像進行交互,產生令人震撼的視覺效果[1]。全息投影技術分為以下三類:

(1)空氣投影和交互技術,用鐳射光借助空氣中的微粒成像,通過人工噴霧制作水霧墻替代傳統投影屏。(2)激光束投影技術,通過不斷在空氣中進行小型爆破,讓氧氣、氮氣混合氣體變成灼熱的漿狀物質,在空氣中形成立體圖像。(3)360度全息顯示屏,這是將圖像投影在高速旋轉的鏡子上形成三維圖像。

1.2 增強現實Augmented Reality(簡稱AR)技術

AR是全新的人機交互技術,把計算機產生的虛擬信息和場景疊加到攝像頭實時攝取的現實場景中,虛擬與真實兩種信息相互疊加、補充,以最直觀自然的方式實現用戶和環境的交互,提升用戶對虛擬模型的感知能力[2]。實現AR技術的原理主要有三個方面:

(1)顯示技術:AR的顯示設備是用于顯示虛擬圖像和真實環境相疊加產生的影像;(2)跟蹤和定位技術:AR需要進行定位,跟蹤用戶位置、視域方向,確定虛擬物體在三維場景中的位置,從而實現交互;(3)界面可視化和標定技術:讓用戶更好與虛擬信息進行實時交互,需實現有效可視化并進行大量標定來生成準確定位[3]。具體效果如圖1所示,用戶拍攝手臂上的小方塊,通過AR技術在屏幕上呈現出手表圖像。AR技術讓用戶得到“身臨其境”的感受,還能突破空間、時間限制,讓人感受到在真實世界中無法親身經歷的體驗。

圖1 AR技術效果展示

圖2 杭州G20峰會表演的水上《天鵝湖》

2 兩檔優秀的開閉幕式應用全息投影、AR技術的介紹

2.1 全息投影技術在2016年杭州G20峰會開幕式上的應用

2016年杭州G20峰會在西湖水上表演《天鵝湖》(如圖2所示)。它是用佩珀爾幻象全息投影技術實現的。雖然該技術在室內表演中經常出現,但在室外使用卻非常少,還未在水上使用過。制作團隊在場地上應用了全息投影技術,把全息投影的影像完全融入到自然環境中,影像和演員形成互動,讓人們看到西湖上的天鵝起舞,讓演員像真正的天鵝一樣在湖面上起舞,只要觀眾看到影像,就能視其如同真實。

2.2 AR技術在2016里約奧運會閉幕式上的應用

2016年里約奧運會閉幕式臨近尾聲時,下一屆奧運會主辦方日本東京向世界展現了一場驚艷的“東京八分鐘”:以動漫形象引路,日本首相化身超級馬里奧出場,緊接著增強現實AR技術炫目登場(如圖3所示)。觀眾通過電視機或現場屏幕看到的是在現場實景下,從天空而降的奧運項目造型,效果炫麗逼真。把虛擬信息應用到真實世界、達到超越現實的感官體驗的AR技術在很多領域上已有出現。如風靡全球的手機應用Pokemon GO;TI6國際邀請賽作為首個使用AR投影技術的體育項目,還奪得了有 “互聯網奧斯卡”美稱的威比獎。

圖3 東京八分鐘畫面

3 全息投影、AR技術在氣象工作中的應用

3.1 氣象科普方面

(1)在氣象科普展廳里,利用全息投影技術把氣象要素與相關氣象實體儀器相結合,市民可進行實物和虛擬天氣要素之間的互動,給市民帶來真實的視覺沖擊和操作體驗,從而達到科普宣傳的目標。(2)在氣象防災宣傳方面,利用AR技術設計防災小游戲,市民利用游戲體驗在遭遇氣象災害時的防災自救方法。這種“切身感受”的科普效果是傳統視頻科教無可比擬的。利用全息投影、AR技術的氣象科普宣傳,更好地宣傳氣象知識,而真實的體驗感受會在大眾心中扎根,并感受到氣象與生活息息相關。

3.2 氣象服務方面

在未來氣象服務手機App軟件中,運用AR技術以及大數據信息,用戶只要打開軟件,就像有一位氣象專家在身旁,根據攝像頭實時拍攝的畫面,向用戶推送不同的氣象信息。如:當拍攝到晴天環境,可推送當天的溫度、紫外線、能見度信息,提醒用戶注意防暑防曬;當拍攝到陰天或降水時,可推送未來數小時內會否下雨,降水的強度和變化趨勢以及周邊避雨避雷場所等。利用AR技術的氣象服務,用戶無論在哪,只要打開手機就能根據實際景物獲取到不同的氣象相關大數據應用信息。

3.3 氣象影視方面

(1)在天氣預報直播時運用AR技術,添加虛擬天氣要素來展示特殊天氣過程的情景,增強觀眾的視覺效果。(2)在臺風登陸點現場跟蹤拍攝時,利用AR技術虛擬“追風小助手”,在主持人因危險程度較高而無法親自報道時,由虛擬主持人主持;在危險可控范圍內,給“追風小助手”設計動畫動作與主持人互動等。利用AR技術的氣象影視制作,為觀眾帶來新穎的節目風格,生動活潑又不失專業性的節目效果。

3.4 氣象培訓方面

(1)在面授培訓中,老師用全息投影技術把一些無法搬到課堂演示而只能在電腦上展示的教學儀器在課室里全息投影出來,學員可仔細觀察儀器,也方便老師進行操作解析,讓儀器“真實”出現在學員面前,這種真實感是傳統視頻、圖片無法比擬的。(2)在儀器操作指南方面,使用AR技術,設計關于儀器操作介紹APP軟件。當學員打開軟件,攝像頭攝取真實環境的儀器時,推送該氣象儀器的基本信息、操作規范、維修指南,方便學員在實操時查資料,并能進行模擬操作。利用全息投影、AR技術的氣象培訓,學員對講解內容記憶更深刻,更能理解難點內容“,親身模擬”帶來的感官效果讓學員有身臨其境的感受。

3.5 氣象后勤業務方面

(1)在大型技術會議上,運用全息投影技術讓技術方案立體投影到會場,給參會人員帶來最直觀的視覺效果,這動態視覺效果是傳統PPT展示無法比擬的。(2)在舉辦大型會議之前,場地布置需要大量的人力。運用AR技術,后勤人員只需拍攝真實會場場景,用虛擬桌椅進行模擬擺放,確定虛擬最佳方案后再進行真實擺放,不僅節約了時間、體力,還能科學找到最優方案。

4 結語

全息投影、AR技術前景發展空間非常大,未來在各行業的發展領域極其廣泛,為推進氣象現代化邁進一個新的“實感氣象”時代,讓這兩項技術盡早融入氣象事業當中,為氣象事業發展作貢獻,這是未來的努力方向。

[1]張晶,魏爽.虛擬現實技術和全息投影技術在虛擬校園中的應用[J].電子測試,2016,(9):83-84.

[2]秦松華,劉強.基于BIM和AR技術的石化項目全生命周期風險管理[J].項目管理技術,2015,(9):106-111.

[3]邱偉波,葉周岳,張彩彩,楊蘭玉,基于AR技術在多粒度超細木粉機的應用研究[J].中小企業管理與科技(下旬刊),2012,(3):206-207.