VR/AR技术在气象科普领域中的应用研究

徐嫩羽，王海波

经过多年的实践，我国气象科普事业得到长足发展，取得显著成效。但面对新形势新任务，目前气象科普产品还主要以传统的图文、展板、模型等为主，形式不够新颖、吸引力不够、科技含量不高等问题突出，在一定程度上限制了气象科普工作更好的发展。

当前，VR（虚拟现实）技术和AR（增强现实）技术得到了快速应用和发展。VR（virtual reality），是一种采用以计算机技术为核心的现代高科技生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术，给人以前所未有的真实体验，目前在游戏、健身、购物等领域中有一定应用，未来将在娱乐、设计、教育、科普等方面发挥强大作用。AR（Augmented Reality），是一种通过屏幕把虚拟世界融合在现实世界并进行互动的技术，用户可以透过屏幕看到叠加在真实世界之上的虚拟对象，具有较强的交互性和娱乐型，目前在科普领域已有较多应用。

1 国内外VR/AR 技术在（气象）科普中的应用现状

VR/AR 交互技术在国内外科普中已有一定的市场，非常受人们欢迎，对增强用户参与度、提升用户体验产生积极作用。如日本的JST 科学机构建设了日本虚拟科技馆，通过多媒体技术和VR 技术对科学场景进行模拟和三维成像，其中《地球恐龙》馆便是一款人们深受喜爱的产品，它模拟了地球历史的发展和环境演变，有助于中小学生更好地了解地球生命和恐龙物种。美国气象频道利用AR 技术介绍冰上安全知识以及气候变化如何影响冰层，帮助提高公众对天气现象的认识，并进一步影响到人们的日常生活。据了解，美国气象频道已借助AR等技术模拟了飓风天气，未来将进一步加强在虚拟和混合现实技术方面的应用。

在国内方面，获得2017 年电子科技奖的“中国数字科技馆”，搭建了90 多个不同主题的专题馆，更通过VR 技术帮助从业者进行虚拟飞行体验、模拟组装、模拟飞行等操作训练，该项目由中国科学院、教育部和中国科协共同搭建。中国科学院海洋所制成的海底VR 展示研究系统，将VR 技术应用于地球海洋科普，人们通过屏幕可以清晰地看到海底岩石及生物的分布情况，并可以随意走动寻找目标物，仿佛身临其境一般，还可以根据不同场景调整灯光，感受真实的海底世界。

在气象科普方面，中国气象局也进行了许多有益的探索。如“玩转气象AR 互动气象装备”“AR 气象灾害”等产品通过AR 技术和三维建模形象地将气象观测站、人工影响天气飞机等气象装备展现出来，并能三维模拟暴雨、台风、大风等常见气象灾害，还可以详细地演示各类气象装备、气象灾害的发生原理等知识，极大地增强了科普产品的吸引力。而基于VR 技术的《穿越台风》《天兵行动》《漫游气象博物馆》《太阳风暴》等气象科普影片，使用户能够亲临其境体验体验台风、了解人工影响天气等，在各类气象科普产品中广受好评。

利用VR/AR 技术，可以制造出一种优良的虚拟学习空间，可以说是科普宣传方式一次革命性重塑，这种全新的视觉体验彻底突破时间、空间的限制，将大大激发人们对科学的想象力和创造力，未来将成为（气象）科普领域的标配。

2 VR/AR 技术在（气象）科普中存在的问题

目前，VR/AR 技术还处于发展的处级阶段，因此，其在（气象）科普中的应用存在的问题很大程度上缘于技术发展本身的问题，主要包括：

一是硬件有待发展。目前市面上大部分是廉价的VR 设备，整体的效果很差，而一些较高端的设备虽然效果较好，但依然存在笨重、做工粗糙等问题，而当前硬件VR 硬件成本较高无疑是制约其发展的主要原因，因此VR 自主创新和技术集成方面还有待突破。

二是软件有待完善。当前，几乎在任何一款VR设备上都存在的问题是，VR 内容不仅不丰富，内容质量也令人不敢恭维，用户普遍反映画面粗糙、内容乏味，有的用户直言玩了一会就感到恶心或头痛，而真正寓教于乐、将精致画面与科学知识有机融合的好作品几乎没有。

三是交互有限。目前VR 技术应用成果多为VR视频，带来的虽是新型的体验方式，但几乎没有互动；AR 技术有一定的互动，但也仅限于几个简单固定的动作，互动不够。

四是没有真正实现沉浸式体验。目前在VR 技术动作体验包括蹲、躲避甚至是攀爬等动作，而这些目前来看还无法给使用者带来真正的沉浸式体验，要实现电影中《头号玩家》中那种沉浸式体验未来还有很长的一段路要走，当然这与目前VR 技术软硬件方面存在的问题息息相关。

五是没有针对受众个性化服务。当前VR/AR 技术在科普领域的应用依然处于起步阶段，已有的应用较少且比较简单，更没有针对不同受众、个性化的内容和服务，未来随着VR/AR 技术普及，应进一步关注科普的受众群体，了解他们的需求进行针对化的设计，满足观者的不同需求。

总体来看，包括VR/AR 技术在内的新型数字化气象科普产品起到了良好的科普效果，但由于技术本身的发展还处于初期阶段，后续缺少创新性的数字化内容更新，（气象）科普游戏的开发力度不足、制作水平不高，且技术与内容的融合不够等问题，VR/AR 技术在（气象）科普产品的应用相对还较少，未来仍有很大发展空间。

3 展望和建议

虽然当前VR/AR 技术还存在软硬件等各方面的问题，但是我们相信，随着技术的发展和各方面的相互推动，VR/AR 技术将走入寻常百姓家，并引领（气象）科普领域的变革。为进一步促进VR/AR 技术在（气象）科普中的应用，更好促进（气象）科普事业的发展，建议从以下几方面加以支持和引导：

一是鼓励支持气象科普资源的创新。通过职称评定向科普倾斜、奖励科技成果转化、增设各类奖项等方式，鼓励和支持气象科技工作者、艺术家、程序员、大众传媒等各方力量参与到气象资源科普创作工作中，并充分利用VR/AR 技术实现最新科普资源的转化。值得一提的是，在当前自媒体高度发达的今天，可以加强与一些知名科普自媒体人的合作，进一步推广VR/AR 技术在科普中的应用。

二是加强气象科普资源的共享。搭建气象科普资源共享平台，建立各方对气象科普资源尤其是VR/AR 资源相互提供便利利用的机制，实现气象科普资源的共享利用，充分利用气象科普资源的现有成果，不断加强交流与合作，实现VR/AR 技术在气象科普领域的不断创新。

三是支持VR/AR 产业技术和内容的发展。从产业、税收政策等方面进一步鼓励支持相关技术的发展，解决技术层面存在的问题，同时推动VR 技术的普及。另一方面，加大对优秀VR/AR 内容的支持力度，依靠各级政府的支持，鼓励更多的人去拍摄、制作科学普及的影片和游戏，不断更新科普片源，使民众切实体会到科普的魅力和作用。

四是进一步增强VR/AR 技术的交互性和吸引力。目前，在（气象）科普领域已有的VR 技术，更多的是视频内容，由于游戏天然的交互性和用户粘性，建议进一步加大VR/VR 游戏的开发力度，如将已有的《穿越台风》VR 视频完善成为一款VR 游戏，同时针对不同年龄段的人，采用不同游戏方式和内容吸引不同层次、不同年龄段的用户，进一步提升吸引力。