AR技術在科普服務中的應用

李豪 朱子玥 鄭大威

關鍵詞：增強現實；科普服務；數字化；科學素養

科普活動是提高全民科學素質的重要途徑。為進一步深化科學普及，各級政府、科協、廣大科技工作者，積極組織、參與普及科學知識、大力弘揚科學家精神、傳播科技正能量、提倡使用科學的方法，在全社會形成了優良的科技氛圍，有效地提升了全民科學素養。

隨著科學普及工作不斷推進，與社會生產生活融合度不斷加深，傳統科普活動也逐漸暴露出一些問題：一是科普活動形式單一。全國目前有1600 余家科普場館，拋開疫情影響，舉辦的科普活動基本為線下形式，受時間地點等的影響，不能滿足群眾參與科普活動的需求。二是科普活動方式單一。傳統科普活動一般采用宣講式，受眾接受程度參差不齊，科普活動的吸引力和感染力大打折扣。三是科普活動互動性不強。科普活動中，受眾與科普講師基本通過問答的方式進行互動，缺乏體驗式、沉浸式、場景式的互動環節，無法提高受眾的興趣。這些問題的存在，使得群眾對參與科普活動的持續興趣度有所下降，科學知識、科學精神、科學思想的傳播力度無法提升，科普活動的效能大打折扣。

為解決科普活動熱度高、效能低的問題，在國家先后出臺并實施的《全民科學素質行動計劃綱要》《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016-2020 年）》《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035 年）》[1] 等文件中重點要求增強科普服務中的科技支撐能力，比如：要求加強校園教育信息化建設，推進信息技術與科學教育深度融合，推行場景式、體驗式、沉浸式學習，加大科學教育資源的均衡分布[2]；分利用人工智能及新媒體技術，加強數字科普資源的開發，加強科普服務的普及度，加強數字技術與新媒體的集成運用；全方面利用有效的科普資源，打造多種形式、多方面、多元的科普宣傳教育。可以看出，隨著新一代信息技術、5G 技術等的發展，科普與數字化相融合的要求越發突出，特別是對虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等數字化媒體技術。

增強現實技術（AR），是一種實時計算攝影機的位置及角度并加上相應圖像的技術[3]，可以有效地將真實世界的信息和虛擬世界的信息進行無縫集成。它可以在移動終端、屏幕上把虛擬世界展示在現實世界中，并通過立體具象化的還原與呈現讓受眾與之互動，更能激發受眾使用、傳播的興趣。利用AR 技術開展科普服務的數字化轉化與數字化傳播可以讓原本單一的科普形式活靈活現，在大大降低科普成本的同時讓科普效能迎來質的飛躍。

一、科普服務的現狀

近年來，為了提高民眾的科學素養，提高科學關注度，全面調動民眾學習科學知識和參與科普活動的積極性，各部門開展了一系列科普活動，包括全國科普日、科技活動月（周）、科普講座、科技展覽、科普問答競賽、青少年科普服務活動、科學實驗、實用技術培訓等。這些活動吸引了數以萬計的公眾參與進來，取得了良好的效果。科學技術部發布的2021 年度全國科普統計數據顯示，2021 年我國各類科普服務活動共計約33 億人次參加，相較2020 年增長了108.24%。其中，全國各類機構組織科普講座103.82 萬次，共計16.23 億人參與。2021 年全國科技活動周以“百年回望：中國共產黨領導科技發展”為主題，重點展示十八大以來中國共產黨領導科技創新取得的重大進展和突出成就。活動周期間，全國共舉辦線下線上各類科普專題活動11.16 萬次，參加人次達5.93 億，比2020 年增長21.26%。2021 年共計科普圖書發行8559.89 萬冊，發放科普讀物和資料共計4.98 億份，搭建科普網站約1900 個，創建科普類微博賬號約1700 個，創建科普類微信公眾號約8000 個。這些新媒體平臺充分地利用線上科普活動的傳播性，開辦了大量面向公眾的科普活動，特別是在疫情嚴峻之時，線上科普在引導社會公眾相信科學、依靠科學、運用科學，實現科學防疫方面發揮了重要作用[4]。

在推進科普事業蓬勃健康發展的同時，我們也發現一些不足和亟需解決的問題。

（一） 區域及城鄉間發展不平衡，需要更多適宜的科普內容制作

從《中國科普統計》上的數據發現，開展科普活動在不同的區域以及城鎮和鄉村之間存在著極不平衡的現象。近年來，科普惠農興村計劃、農業科技三下鄉等農村科普活動雖逐漸增加，但與城市相比，相差甚遠。而對于農民科學素質提升的科普活動，更是少之又少。相較于需要更多的設備與人員配備，其優質且易于傳播，不受空間、場所限制的科普內容或是解決區域及城鄉發展不平衡的關鍵所在。

（二）傳統科普活動吸引力不足，需要更多適宜的交互方式融入

“主動式”推送是當今傳統科普活動的主要形式，但其對于科普對象實際需求的調研不足，無法準確定位公眾需求，從而降低對科普活動的參與的積極性。再者是公眾積極參與了科普活動，但卻沒有享受到應有的科普服務，這也是近年來線下科普受到互聯網科普強烈沖擊的主要原因之一。傳統科普服務的方式和內容讓科普對象不能及時獲取相關信息，從而導致公眾參與科普活動少、體驗感差、接納程度低，所有這些，都是近年來線下科普受到互聯網沖擊的重要原因。

（三）公眾對科普活動的滿意率低，需要更多適宜的數字場景打造

科普本質上是一種科技服務，而衡量一項服務能否使服務對象滿意的關鍵指標就是服務質量[5]。舉辦一場科普活動是否成功的決定因素，包括科普活動質量的高低，科普對象滿意度以及是否愿意繼續參加其他科普活動或是否愿意傳播該科普活動。隨著科技不斷發展，新媒體技術尤其是沉浸式媒體技術已經逐步融入到人們的日常生活體驗，大眾對于數字內容審美逐步提高，傳統的圖文、視頻等素材很難調動學習興趣。在各行各業都在積極打造數字化創新應用場景的同時，科普服務的數字體驗場景的打造也應該成為我們積極探索的方向。

二、AR 融入科普服務的特點

教育部辦公廳中國科協辦公廳發布關于利用科普資源助推“雙減”工作的通知中提出要加強場景式、體驗式、互動式、探究式科普教育實踐活動，利用AR 技術為群眾提供多類型互動科普，沉浸式互動體驗[6]。《“十四五”國家科學技術普及發展規劃》中也提出要加快推進科普與大數據、云計算、人工智能等技術深度融合，打造一批科普數字化應用示范場景。這就給AR 融入科普服務提供了非常好的政策支持，也為科普服務數字化能力提升提供了實踐支持。

AR 進行科普服務具有優于傳統的科普方式的諸多特點。首先是“便攜性”，僅僅只需要一部手機或者平板等移動終端就可以對科技知識進行深層次的了解，讓普通百姓也能隨時隨地了解到專業的科技知識。其二是“傳播范圍廣”，增拓知識面的同時還可以利用新媒體的方式來進行二次傳播，如轉發，網絡共享等等，讓更多的人了解更多的知識，使得科技知識在大眾中傳播開來。其三是“內容多樣”，不同于傳統科普方式的單一，可根據不同的科普場景定制不同的科普內容。其四是“可互動”，較于傳統的科普方式，其利用增強現實讓疊加的虛擬內容與現實內容產生聯系，讓體驗者在高互動性下學習知識，可以提高學習興趣，降低信息獲取的難度，使科普效果事半功倍。其五是可以開發“多樣的衍生品”，利用AR 技術將原本的科普課程進行賦能，讓其擁有更強的互動性、便攜性以及趣味性等等，讓科普形式更加多樣，內容更加的豐富。此外，“風險更小，更加安全”也是AR 融入科普服務的極大優勢，某些預防災難的科普或是具有危險性的科普活動，利用AR 技術就可以讓受眾進行虛擬的體驗學習，零風險的同時獲得同樣的科普效果。

三、AR 促進科普服務的應用

科普是利用各種媒體用大眾聽得懂的方式，讓大眾接受自然科學和社會科學[8]。AR 技術的融入，可以讓公眾學習了解全新的數字化體驗的科學知識和科學方法、場景化展示的科學精神和思想，促進科普服務的效能提升。

（一）提高科普內容的數字化程度

AR 與科普融合，可以通過數字化轉化和可視化制作將傳統的科普內容轉化為數字化的AR 科普課程，解決傳統課程難以展示、“晦澀難懂”的問題。例如，對于重大的科學科技裝備、科學工程，最新的科技成果，通過AR 賦能利用數字采集技術、三維技術、可視化技術等對科普素材進行全方位采集、轉化，增加了大量的立體、可視的數字化內容，讓受眾可以從不同的角度不同的方式體會科學之美。與此同時，我們不僅可以將數字化內容直接當作科普內容用于科普服務，還可以形成數字化的資源庫，方便日后科普內容的持續開發、交互場景的持續打造，乃至科普數字文創的發展。

（二）提高科普內容的交互程度

在受眾探索和體驗全新形式的科普課程的同時，AR技術也不斷地給受眾展示它在交互領域的強大功能。

傳統的科普活動或是科普課程局限于說教式，而AR 的實時計算和匹配、智能交互等技術可以讓受眾在現實中與虛擬資源進行多樣的互動，打破空間、時間的限制，甚至其他的客觀限制都可突破，讓人在真實的世界中感受到真實世界所沒有的體驗。

例如，對于空間站有關知識的科普，我們可以讓受眾利用移動終端通過點擊、滑動等觸控方式，不僅可以360 度全方位觀看空間站的外觀，還可以走入空間站內部，認識不同的操控設備。

（三）提高科普內容的傳播程度

有了可以交互的、實時的、觸手可及的全新科普形式，就可以讓受眾更簡單、更有趣味、更輕松、更具象地了解到了原本抽象復雜的科學知識。尤其是AR 與unity、H5 等結合，把更多的科普內容轉化為App、小程序，使得組織者可以一碼發布，通過互聯網的高效傳播性迅速且準確地將科學知識傳遞給大眾；而受眾接收到之后，出于興趣度、娛樂性、交互性，也可以一碼轉發，提高社會面的傳播性。

（四）提高科普內容的服務廣度

AR 還可以與諸多衍生產品結合，提高科普內容的服務廣度。我們可以將數字化內容賦能在相關科普課程的衍生產品上，如文創產品，受眾拿到文創產品后，通過移動終端的掃碼功能即可了解更多的科普服務內容，還可以進行互動、分享等操作；再如科普繪本，受眾用移動終端進行掃描，書中的科普內容就可以活靈活現的以三維動畫的方式從書中動起來、活起來，相較于傳統書籍更加靈動、更加容易被接受。

（五）促進科普內容與更多數字化技術的融合

AR 技術的特性，其適用領域非常廣泛，當達到與科普的融合成熟后，AR 技術可利用其強大的“包容性”來促進更多的數字化技術與科普內容融合。例如疫情大環境下，AR 科普課程開發中可引入人工智能技術利用虛擬科技工作者來對受眾進行“一對一的科普”；科技展館中的AR 體驗服務可以與全息技術結合，將科普展品投射到受眾面前；社區科普時，可以在AR 程序中引入體感技術，讓受眾通過手勢追蹤來做一堂實驗課；還可以在小程序中引入截屏、錄屏，讓受眾與喜愛的科技裝備進行虛擬合影，并通過互聯網轉發，吸引更多受眾來享受科普服務。

四、AR 賦能科普服務的展望

《全民科學素質行動計劃綱要（2006-2010-2020年）》中提到“改革開放以來，特別是實施科教興國戰略以來，我國公民科學素質建設有了較大的發展，但仍存在許多問題。”其中包括了“大眾對科技傳播的力度不足、質量普遍不高”，全民科學素質建設的公共服務不滿足社會的要求，公民提升自身科學素質的積極性不高[8]。《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035 年）》也指出“科普有效供給不足、基層基礎薄弱”。這些問題的解決都必然與AR 等數字化技術對科普服務的賦能密切相關。

通過AR 賦能科普服務，使創作出的科普作品能適應互聯網新時代的傳播方式，使內容與形式新穎富有創造力，傳播的知識與受眾接受效果做到最大化。通過AR 賦能科普服務，將前沿科技、國家重大科技成果、衛生健康等領域的科普內容與官方渠道、自媒體平臺建設有機結合起來，完善科普服務的傳播建設。通過AR賦能科普服務，使得我們可以更加快捷、靈活、科學有效地開展科普活動，使受眾在快節奏的當下也能沉浸式學習到科技知識，并還能在大眾當中不斷地傳播知識，實現最大范圍的傳播。

五、結束語

對于各個領域的科普而言，AR 技術無疑是一種全新的高效的科普方式，增強現實技術將受眾帶到了一個更加生動形象、可以增加感官體驗的新世界。如今我們還在AR 與科普服務融合的探索初期，隨著科技的不斷發展，增強現實技術也將不斷拉近現實與虛擬的距離，最終會將我們帶到一個新的感官世界，給我們帶來更真實更有趣、更強互動的科普體驗。