地球和太空可视化软件辅助交互式教育

地球和太空可视化软件辅助交互式教育

Programs Visualize Earth and Space for Interactive Education

受益于美国国家航空航天局（NASA）与其它部门合作开发的新技术，人们现在可以方便地看到世界各地甚至宇宙中的景色了。例如，仅需轻点几下鼠标，NASA的“看地球”（Eyes on the Earth）网络应用软件就可以带我们像在地球卫星上飞翔一样观看地球的景色；“看太阳系”（Eyes on the Solar System）软件则能让我们感觉像是在太阳系中遨游，并可以随时驻足在所看到的星球或者飞船上；“看外星系”（Eyes on Exoplanets）则可以让我们近距离地观察银河系中太阳系外的其它星球。而这些画面在过去只能靠想象。

故事始于2004年。NASA喷气推进实验室可视化技术应用与开发部的经理凯文•赫西与同事聊天时，这位同事说：“如果在飞船探索太空时，我们能随着飞船看到太空未知的世界，会不会很酷？” 凯文•赫西立刻被这一想法所吸引。他开始与实验室的其他同事合作，开发这种软件的原型，称为“DirectX 9”，用以实时展示首个进入土星轨道的飞船——“卡西尼”探测器上观测到的景象。不久之后，凯文•赫西的团队采用一款名为“Unity3D”的游戏开发程序创建了视频游戏风格的内容，以增强可视化效果，并融入了程序交互功能。在成功开发出“卡西尼土星”交互探险软件后，凯文•赫西接到了新的开发需求，首先是要将地球周围的飞船都囊括进去，然后是太阳系的飞船。

经过近10年的发展，目前，凯文•赫西的团队已拥有12名成员，专业开发探索太空的新途径。在“好奇”号火星探测器着陆火星期间，在3天的时间里，世界各地约有120万名访客登录“看太阳系”软件，而在2013年小行星DA14掠过地球时，有35万名用户登录了“看地球”软件，8.4万人登录了“看太阳系”软件。

这些软件拥有许多奇特的功能，其中之一是能够实时展示太空场景。利用飞船上获得的信息，该团队采用游戏引擎技术来展示实时发生的事情。例如，对于“好奇”号火星探测器来说，该实时可视化软件基于预测的遥测技术，展示的“好奇”号火星探测器着陆场景与实际仅有不到1s的误差。

2008年“看地球”软件开发完成后，凯文•赫西接受了帮助重新设计喷气推进实验室的管理大厅的任务。他的第一个想法就是利用投影图像来创造一种太空体验。于是，他在网上查找了能帮他实现这个想法的公司，最终找到了领英（Elumenati）公司。

凯文•赫西与领英公司取得了联系，并与领英公司通讯部的主管希拉里•麦克维克尔进行了交谈。希拉里•麦克维克尔介绍了领英公司创造浸入式环境的软硬件产品。其中，领英公司的光学专利产品可在任意形状和尺寸的超宽屏幕上投影图像、视频和交互内容，包括可营造天文馆体验感的全封闭拱形结构，可模拟飞行和行星表面探索的全景装置等。这些技术使得浸入式环境能非常有效地创造学习、合作对话的空间，以及良好的效果。

尽管凯文•赫西负责的喷气推进实验室管理大厅项目最终被取消了，但他们与领英公司的合作得以延续。凯文•赫西的团队与领英公司合作，基于领英公司Unity3D的Omnity插件改进了“看地球”和“看太阳系”软件，使其能够在拱顶和球体上进行内容的交互展示。

2009年，领英公司将其改进的NASA软件在美国科学技术中心协会的年会上进行了展示，参与者利用视频游戏手柄可在领英公司制造的地球拱顶上控制“看地球”软件的操作，实现与软件的互动。

从喷气推进实验室获得软件的授权之后，领英公司开始向不同的客户提供不同版本的产品。目前，已有30多家客户采用领英公司的地球拱顶网络来开展互动式地球和太空科学教育，并且使用人数还在增加。这是一种推广“看地球”和“看太阳系”软件的有效方式。

在领英公司从NASA的技术获益的同时，NASA也从领英公司的技术中获得了回报。喷气推进实验室继戈达德空间飞行中心和马歇尔空间飞行中心之后成为第三个购买领英公司地球拱顶来展示教育内容的NASA研究中心。事实上，2009年，戈达德空间飞行中心就已经将地球拱顶产品带到白宫来参加国际天文年的庆典了。

领英公司于2012年启动了拱顶增强的“看地球”和“看太阳系”产品，其用户包括学校、博物馆、科学中心，以及其它提供地球和太空科学教育的机构。在领英地球拱顶产品中，人们可以获得NASA任务中收集到的数据，并置身于环形动画环境中。利用交互式控制，人们可探索行星、小行星、卫星，并可选择在时空中“飞行”的速度。

在产品正式上市之前，领英公司将NASA的技术融入其“科学全景图”产品中，参加了北卡罗来纳州自然科学博物馆自然研究中心的盛大开幕式，观众叹为观止。该公司“看”系列产品的最初用户之一——亚利桑那州立大学地球与太空探索学院采用了1块3.66m的全景触摸屏幕。领英公司的地球拱顶网络用户还可参与“看地球”和“看太阳系”产品的公众和专业开发。（计划从明尼苏达州地区天文馆网络中的13个站点开始。）

NASA的实时数据丰富了领英公司的产品类型，拓展了其业务，也激发了年轻人投身天文科学研究的热情。 (楠 译)