AR虛擬仿真技術(shù)在水利科普中的應(yīng)用

張 宏，陸 靜，楊 川

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

0 引言

傳統(tǒng)的水利科普內(nèi)容往往是以專業(yè)性文字?jǐn)⑹鏊麑I(yè)人員的理解，并以展板和展項(xiàng)的形式呈現(xiàn)、傳遞給民眾。宣傳教育形式只注重事物的客觀認(rèn)知，不注重參觀者的主觀情感，民眾對(duì)“墻上教材”很難產(chǎn)生興趣，因而使科普教育活動(dòng)無(wú)法達(dá)到“感同身受”的效果[1]。加之水利工程相對(duì)龐大，建設(shè)過(guò)程的一次性和不可逆性特點(diǎn)，很難體現(xiàn)實(shí)物教育的本質(zhì)，而采用標(biāo)本、模型、景觀等實(shí)物或?qū)嶓w進(jìn)行直接的觀察、動(dòng)手操作與體驗(yàn)，成本較高而且需要固定的場(chǎng)地。但是，隨著移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)不斷迭代更新，這不僅加快了信息的刷新速度，更改變了人們獲取信息的價(jià)值取向和行為方式，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)開辟了水利科普的新途徑。

AR是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的簡(jiǎn)稱，一種實(shí)時(shí)計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度，加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息無(wú)縫集成的技術(shù)[2]。利用計(jì)算機(jī)生成一種逼真的視、聽、力、觸和動(dòng)等感覺(jué)的虛擬環(huán)境，通過(guò)各種傳感設(shè)備使用戶“沉浸”到該環(huán)境中，使用戶和環(huán)境直接進(jìn)行自然交互。使用者不僅能夠通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時(shí)間以及其他客觀限制，感受到在真實(shí)世界中無(wú)法親身經(jīng)歷的體驗(yàn)。

AR把虛擬的圖像和文字訊息與現(xiàn)實(shí)生活景物結(jié)合在一起，是2010至今最熱的Web趨勢(shì)之一，很多AR應(yīng)用已經(jīng)在Android和iPhone智能手機(jī)上紛紛亮相，呈現(xiàn)效果讓大家驚艷不已。21世紀(jì)已經(jīng)是一個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，大到國(guó)防科技小到民眾的平凡生活，時(shí)時(shí)處處離不開數(shù)據(jù)信息的支持。人們對(duì)信息的需求程度也日益高漲。

1 虛擬仿真在水利科普資源建設(shè)中的必要性

水利工程科普資源建設(shè)是水利科普的基礎(chǔ)工作，也是一項(xiàng)重要工作。水利建設(shè)事關(guān)民生，廣泛動(dòng)員全社會(huì)力量參與水利建設(shè)，學(xué)習(xí)水文化、水利精神，了解水利發(fā)展新成就，提高節(jié)水、愛(ài)水意識(shí)等是水利科普建設(shè)的目標(biāo)所在。水利工程科普資源信息化借助現(xiàn)代化信息傳播方式，讓更多的公眾能夠便捷地獲取信息，了解水利建設(shè)情況，對(duì)水利建設(shè)進(jìn)行公眾科普，從而提升水利事業(yè)建設(shè)成果影響力。

1.1 有助于推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與水利工程信息融合

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的整合，在科普領(lǐng)域，也迎來(lái)“互聯(lián)網(wǎng) +”模式，打破了傳統(tǒng)水利科普方式(科普基地、展覽館)在時(shí)間和空間的限制。隨著水利大數(shù)據(jù)中心和水利云平臺(tái)建設(shè)，全面整合水利應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源，加強(qiáng)完善水利信息采集、傳輸、處理、分析和應(yīng)用，水旱災(zāi)害防御、水資源管理、河湖管理、雨水情監(jiān)測(cè)、水庫(kù)管理等信息化的應(yīng)用能力水平不斷提升，AR虛擬仿真技術(shù)將水利工程及建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程大數(shù)據(jù)化，將原始信息動(dòng)態(tài)化，情景化，為水利科普宣傳方式多樣化提供了可能。

1.2 有助于拓展水利科普內(nèi)容廣度和深度

基于AR虛擬仿真技術(shù)的水利科普應(yīng)用，可以突破時(shí)空的限制，延伸民眾對(duì)水利知識(shí)和水利工程的認(rèn)知和了解。避免了展板式、手冊(cè)式、標(biāo)語(yǔ)式的傳統(tǒng)認(rèn)知和宣傳手段，迎合了民眾利用手機(jī)就可以隨時(shí)隨地隨想地獲取水利工程方面的知識(shí)，而且擺脫了教科書式的枯燥，達(dá)到寓教于樂(lè)，為公民獲取科技信息知識(shí)提供新的渠道。

1.3 有助于提升水利科普質(zhì)量和水平

傳統(tǒng)的教科書式或?qū)嶋H現(xiàn)場(chǎng)的科普，已經(jīng)毫無(wú)新意與生氣，不能吸引和提升民眾去了解和探索的意愿，而且水利工程項(xiàng)目區(qū)別于其他工程項(xiàng)目，具有地域偏僻性，施工周期長(zhǎng)、復(fù)雜，無(wú)法全面也不可能全面從工程建設(shè)開始到結(jié)束的每一環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)展示，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，將水利知識(shí)及工程的建設(shè)、運(yùn)行過(guò)程，更生動(dòng)形象、直觀具體的體驗(yàn)呈現(xiàn)給民眾，提升了科普的質(zhì)量和水平。

2 虛擬仿真在水利科普資源建設(shè)中的先進(jìn)性

水利工程科普資源運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)建立三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)虛擬仿真水利工程環(huán)境，使民眾能在建立的虛擬環(huán)境下清晰真實(shí)地觀察、認(rèn)知、了解到水利工程的局部或整體環(huán)境。直觀地了解水利知識(shí)和工程建設(shè)過(guò)程，及建筑物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在“身臨其境”中提升水利科普的效果。

2.1 可視化和形象化的“交融式”

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機(jī)交互、智能化、動(dòng)畫等技術(shù)手段，使民眾進(jìn)入高度仿真的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景[3]，直觀形象，立體生動(dòng)地體驗(yàn)，對(duì)民眾產(chǎn)生強(qiáng)大吸引力的同時(shí)，使民眾了解水利相關(guān)知識(shí)。

2.2 突破時(shí)間、空間的限制

基于虛擬仿真技術(shù)的水利科普資源，可以不受時(shí)間和空間的限制，可以在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方充分利用學(xué)習(xí)者的空余時(shí)間來(lái)完成，而且根據(jù)學(xué)習(xí)者的意愿隨時(shí)有選擇性地了解和深入學(xué)習(xí)。利用仿真技術(shù)可以將水利工程建設(shè)的知識(shí)碎片化，迎合大眾習(xí)慣以體驗(yàn)游戲式[4]來(lái)引導(dǎo)對(duì)水利知識(shí)的認(rèn)知、了解，從而激發(fā)民眾學(xué)習(xí)了解的興趣，從而達(dá)到水利資源科普的目的。

2.3 形成智能化、泛在化的水利科普新模式

傳統(tǒng)水利科普模式主要是利用文字、圖片和固定場(chǎng)所完成的。而基于虛擬仿真技術(shù)的水利科普模式，民眾則可以隨時(shí)隨地、有心或無(wú)意地進(jìn)入任何他感興趣的工程體驗(yàn)學(xué)習(xí)，并且充分感受到基于大數(shù)據(jù)發(fā)展的人機(jī)互動(dòng)與交錯(cuò)。

3 虛擬仿真技術(shù)在水利科普資源建設(shè)中的應(yīng)用

目前我國(guó)各大水利類高校均積極開發(fā)了虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，這些虛擬仿真平臺(tái)在教學(xué)實(shí)踐中，起到了彌補(bǔ)教學(xué)資源、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、降低經(jīng)濟(jì)成本以及優(yōu)化資源配置等作用[5]。高等院校已開始將虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)，教育部2017—2020年虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目，對(duì)多個(gè)學(xué)科的研究項(xiàng)目進(jìn)行科研立項(xiàng)，其中有水利類項(xiàng)目入選。筆者以我校水利工程及水工建筑資源為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)研、查閱及收集資料，利用二維碼技術(shù)，結(jié)合學(xué)院建成的水利類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)資料，將陜西(以關(guān)中地區(qū)為主)水利工程進(jìn)行詞條化。

3.1 資源建設(shè)目標(biāo)

將陜西省典型型水利工程的建設(shè)特點(diǎn)、作用及效益以及水利工程建設(shè)的基本知識(shí)，整理、歸納并詞條化，做到簡(jiǎn)潔易懂，內(nèi)涵清楚，為后續(xù)的二維碼生成和虛擬仿真的使用，做好素材準(zhǔn)備。

3.2 資源建設(shè)內(nèi)容

水利科普的意義在于使民眾了解我國(guó)及陜西省水利工程建設(shè)的概況，了解水利工程建設(shè)的意義和作用以及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性，旨在宣傳水利精神、水利知識(shí)，使民眾認(rèn)同化，繼而支持和保護(hù)水利工程的建設(shè)及運(yùn)行。將收集的素材進(jìn)行歸類，整理、細(xì)化總結(jié)內(nèi)容，從工程的系統(tǒng)介紹到作用類別再到建筑物組成，按照樹形結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行水利知識(shí)碎片化。

3.3 資源建設(shè)的應(yīng)用

為了統(tǒng)一展示虛擬仿真水利科普知識(shí)資源，利用我校互聯(lián)網(wǎng)的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)以及優(yōu)慕課平臺(tái)，利用該網(wǎng)站平臺(tái)將整理、歸納的水利工程資料信息化，利用AR技術(shù)虛擬仿真化，借助二維碼技術(shù)，對(duì)每一個(gè)收集的工程信息化，民眾通過(guò)手機(jī)，利用QQ、微信軟件，掃描二維碼就能隨時(shí)隨地了解相關(guān)水利工程知識(shí)，并將水利時(shí)事新聞及水利趣事結(jié)合進(jìn)行宣傳展示，達(dá)到樂(lè)為人知、寓教于樂(lè)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

科普信息化建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。隨著仿真技術(shù)的不斷應(yīng)用，仿真軟件發(fā)展速度逐漸加快，一些仿真平臺(tái)、計(jì)算方法以及編程技術(shù)不斷涌現(xiàn)，促使仿真技術(shù)有了更多的可能，可以被應(yīng)用到很多領(lǐng)域中。虛擬仿真技術(shù)是水利科普領(lǐng)域中的重要?jiǎng)?chuàng)新，它實(shí)現(xiàn)了科普從可讀到可視、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從一維到多維、從平面媒體到全媒體的融合轉(zhuǎn)變，有助于激發(fā)民眾對(duì)水利知識(shí)及水利工程知識(shí)的興趣。基于AR虛擬仿真技術(shù)開展水利科普，解決了固定場(chǎng)地、科普成本高等科普難題，開辟了一個(gè)重要、有效的科普途徑，是對(duì)傳統(tǒng)科普手段的重要補(bǔ)充。