虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普工作中的應(yīng)用

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR），又稱靈境技術(shù)，是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項全新的實(shí)用技術(shù)，其基本實(shí)現(xiàn)方式是計算機(jī)模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的需求日益旺盛，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也取得了巨大進(jìn)步，并逐步成為一個新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域[1]。

1.2 特點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有較為突出的三個特點(diǎn)，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(huán)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(huán)境能夠帶給參與者身臨其境的體驗(yàn)，從而產(chǎn)生與真實(shí)世界一樣的感覺；想象性使得參與者從被動轉(zhuǎn)為主動接受事物，通過感性與理性認(rèn)識主動探尋信息，深化概念并進(jìn)而產(chǎn)生認(rèn)知上的新意和構(gòu)想。

1.3 傳播價值

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的傳播價值主要體現(xiàn)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?yōu)榱穗p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(chǎn)生。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無疑是現(xiàn)代科技的一種傳播形式，將會刺激產(chǎn)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(jìn)行二次傳播，擴(kuò)大了傳播的廣度和深度，傳播行為更加個性化。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠很好地還原和再現(xiàn)真實(shí)的世界，并且因其良好的交互性，使其可以在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，甚至深刻影響和改變各個領(lǐng)域現(xiàn)有局面。隨著科技進(jìn)步、技術(shù)融合及人類不斷的嘗試與探索，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各個領(lǐng)域應(yīng)有都有極大發(fā)展。

2.1 教育領(lǐng)域

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，突破了場地、設(shè)備、經(jīng)費(fèi)等問題帶來的局限性，同時規(guī)避了某些危險實(shí)驗(yàn)帶來的隱患。對于日常教學(xué)中難以理解的構(gòu)造、原理等問題，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地教學(xué)，使學(xué)生快速掌握了解相關(guān)知識。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸走進(jìn)了圖書館建設(shè)，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(fā)讀者閱讀興趣。

2.2 醫(yī)療領(lǐng)域

在醫(yī)療領(lǐng)域中，任何一個失誤都有可能造成無法挽回的后果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助醫(yī)護(hù)人員，特別是處在實(shí)習(xí)或培訓(xùn)崗位的人員建立模擬工作場景，如虛擬手術(shù)臺等進(jìn)行反復(fù)操作練習(xí)，尤其對于罕見病、復(fù)雜病等風(fēng)險性高、患病率少且操作過程零失誤的疾病具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。目前，國外利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(lǐng)域

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的新成果往往最先運(yùn)用到航天與軍事訓(xùn)練中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以真實(shí)模擬戰(zhàn)場環(huán)境，進(jìn)行大規(guī)模軍事模擬演習(xí)，對于從模擬戰(zhàn)場環(huán)境過渡到真實(shí)戰(zhàn)場環(huán)境有具有重要意義。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域中擁有舉足輕重的地位。

2.4 娛樂領(lǐng)域

目前最為大眾熟知的是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于游戲等娛樂領(lǐng)域。游戲行業(yè)競爭殘酷，設(shè)計公司深知一款能給用戶帶來好的體驗(yàn)感的游戲?qū)τ诠灸酥劣螒驑I(yè)發(fā)展的重要意義。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的游戲相比傳統(tǒng)游戲而言，最大的優(yōu)勢在于沉浸感，這種沉浸感就是游戲好的體驗(yàn)感。此外，對于電影、體育賽事、綜藝等娛樂領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的潛力也不可被低估。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)目前還被應(yīng)用于工業(yè)、物流、健康、購物等領(lǐng)域，未來充滿不確定性，還有會更多的領(lǐng)域等待人類探索，而這些領(lǐng)域?qū)瓉碜约旱募t利期，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將大放異彩。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普領(lǐng)域嘗試

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來開始被應(yīng)用于氣象領(lǐng)域。有利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對天氣現(xiàn)象、天氣系統(tǒng)和數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品進(jìn)行模擬的，也有將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于氣象影視宣傳方面進(jìn)行節(jié)目制作的[2]。目前氣象部門科普產(chǎn)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(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普領(lǐng)域嘗試較少。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于氣象科普領(lǐng)域，不僅可以激發(fā)公眾的學(xué)習(xí)性，更可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使公眾加深對如氣象災(zāi)害等方面的科學(xué)認(rèn)識，達(dá)到了解、加深、掌握知識的目的，從而提高應(yīng)對氣象災(zāi)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(fēng)》

短片《穿越臺風(fēng)》中，參與者將隨同科學(xué)博士體驗(yàn)一場臺風(fēng)之旅。視角首先在太空中觀測到地球上的臺風(fēng)全貌，了解臺風(fēng)的形成原理，之后逐漸進(jìn)入風(fēng)平浪靜的臺風(fēng)眼區(qū)，發(fā)現(xiàn)一艘被困船只，通過引導(dǎo)被困船只在可航半圓區(qū)域內(nèi)分別穿過臺風(fēng)的云墻區(qū)、螺旋雨帶區(qū)，最終安全抵達(dá)港口避險。參與者在觀看短片后將對臺風(fēng)各個區(qū)域的天氣現(xiàn)象以及破壞力有了更具體的認(rèn)識，在面對自然災(zāi)害的時候，了解如何更能保護(hù)自身及家人的生命財產(chǎn)安全。互動部分為參與者佩戴VR頭盔后，需要操作手柄發(fā)射導(dǎo)航浮標(biāo)，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(yīng)對地球氣候突變引發(fā)一系列極端天氣，聯(lián)合國糧農(nóng)組織培育研究出一種高產(chǎn)抗災(zāi)的食物“I709”玉米，位于亞洲地區(qū)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(zhàn)部隊“天兵行動隊”前往培育基地，執(zhí)行營救“I709”玉米原株的緊急任務(wù)。在游戲化的體驗(yàn)中講述人工增雨的原理和作業(yè)條件。互動部分為參與者佩戴VR頭盔后，操作手柄發(fā)射人工增雨火箭彈撲滅森林火災(zāi)。

短片《天兵行動》（下部）中，參與者將隨同“天兵小隊”一起經(jīng)歷救援后的護(hù)航任務(wù)，在執(zhí)行任務(wù)過程中參與并認(rèn)識了解人工消霧作業(yè)的方法。任務(wù)完成之后通過科幻的方式展現(xiàn)人類通過科技應(yīng)對氣象災(zāi)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(huán)的關(guān)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(zāi)害氣候等多方面相關(guān)科學(xué)知識。通過圖形渲染、物理模擬和體積特效等技術(shù)方式，呈現(xiàn)森林、海洋、沙漠等氣候和工業(yè)城市場景，實(shí)現(xiàn)山洪、山火、臺風(fēng)等極端天氣的災(zāi)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(qū)北極閣山上，是中國第一個氣象專業(yè)性博物館，于2010年3月建成）的古代氣象展區(qū)為原型，設(shè)計了5個展館，分別為：實(shí)景航拍博物館、進(jìn)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(jī)與全景攝像機(jī)空中航拍，展示北極閣觀象臺與周邊環(huán)境的風(fēng)貌；進(jìn)化與氣候館為人類進(jìn)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(jìn)化歷程，表現(xiàn)古猿進(jìn)化到氏族人類與氣候地理環(huán)境變遷之間的密切聯(lián)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(rèn)知水平，展現(xiàn)了河姆渡人與半坡文明的生活狀態(tài)；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(xiàn)我國古代人民的天文成就與驚人智慧，重點(diǎn)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(shù)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(fā)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(jìn)入博物館的各個展區(qū)，與展項進(jìn)行交互操作，可以進(jìn)入對應(yīng)的虛擬世界進(jìn)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(fā)現(xiàn)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(jié)合旁白語音的介紹，科普南極的氣候特點(diǎn)、風(fēng)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(rèn)識到南極生物的多樣性與人類活動息息相關(guān)，了解保護(hù)氣象環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的重要性。

3.6 《龍卷風(fēng)》

龍卷風(fēng)是一種具有一定破壞力的自然現(xiàn)象，在短片《龍卷風(fēng)》中，參與者將以拍攝龍卷風(fēng)的“逐風(fēng)者”車輛記錄儀視角，身臨龍卷風(fēng)肆虐的現(xiàn)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(fēng)的規(guī)模、風(fēng)速、形態(tài)與形成規(guī)律等知識，在直面緊張刺激的自然災(zāi)害同時，參與者也能深刻理解氣象防災(zāi)減災(zāi)的必要性。

3.7 應(yīng)用場景及效果

將6部VR氣象科普短片應(yīng)用于“3·23”世界氣象日、“5·12”防災(zāi)減災(zāi)日、氣象科技活動周、科普“四進(jìn)”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(xiàn)，受到大量公眾的關(guān)注，每次在活動中應(yīng)用都會吸引公眾爭先參與體驗(yàn)，這其中包括對氣象知識充滿渴望的青少年和學(xué)生群體、希望用所學(xué)知識指導(dǎo)生活生產(chǎn)的中年人、以及緊跟時代步伐對現(xiàn)代科技充滿好奇心的老年人。

面對復(fù)雜多變的天氣形勢，氣象科普引導(dǎo)他們用科學(xué)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(yīng)用氣象信息并指導(dǎo)生產(chǎn)生活，尤其是當(dāng)臺風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害來襲時，只有在充分了解此類災(zāi)害的危害及如何防御預(yù)警等防災(zāi)減災(zāi)自救知識的公眾，才能最大限度的避免災(zāi)害可能造成的巨大經(jīng)濟(jì)和生命財產(chǎn)損失[3]。面對應(yīng)對氣候變化的艱巨任務(wù)，氣象科普承擔(dān)了為公眾還原科學(xué)事實(shí)，傳播低碳、綠色理念的使命，增強(qiáng)公眾的環(huán)境意識以及對于氣候變化問題的關(guān)注，使應(yīng)對氣候變化成為每個公民關(guān)注的焦點(diǎn)，使他們意識到自己在應(yīng)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(xué)技術(shù)革命，氣象科普帶領(lǐng)公眾揭開氣象的“神秘面紗，”令更多人關(guān)注、走進(jìn)氣象博物館，沉浸于歷史的厚重感，使“高冷”的博物館跟上現(xiàn)代技術(shù)的腳步。以科技創(chuàng)新為支撐，通過對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的利用，營造出了優(yōu)良的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境與空間，有效推進(jìn)了氣象科技創(chuàng)新和氣象科學(xué)普及的共同發(fā)展，是“智慧氣象”的具體舉措。

4 局限性

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普領(lǐng)域中的運(yùn)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(shù)手段的實(shí)現(xiàn)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(fā)的6部VR氣象科普短片中，《穿越臺風(fēng)》及《天兵行動（上、下）》需要參與者佩戴VR頭盔后通過手柄進(jìn)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(qiáng)的體驗(yàn)效果，集成到頭盔里便無法交互，公眾只能將其當(dāng)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(fēng)》由于受時長和內(nèi)容限制，幾乎沒有交互性。

4.2 缺少個性化服務(wù)

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

4.3 軟件種類不夠豐富

現(xiàn)有的VR氣象科普短片主要圍繞氣象災(zāi)害以及世界氣象日主題進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，軟件種類貧乏。對于公眾關(guān)注度較高的如氣象衛(wèi)星、太陽風(fēng)暴、空間天氣、氣象科普基地或場館等主題內(nèi)容還未制定詳細(xì)研發(fā)計劃。受各方面因素影響，目前還未開發(fā)氣象VR專業(yè)設(shè)備或平臺，無法進(jìn)一步豐富氣象虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)涵。

5 結(jié)論

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與氣象科普業(yè)務(wù)的深度融合是氣象科普創(chuàng)新發(fā)展的必由之路。未來不僅要改善現(xiàn)有虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件、軟件技術(shù)，加大氣象科普創(chuàng)新能力，加強(qiáng)氣象科普資源共享，更要加強(qiáng)氣象科普的宣傳力度，改進(jìn)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(shí)推進(jìn)氣象科普工作不斷發(fā)展。