田依洁+王晨

摘 要 近年来新媒体技术发展异常迅速，增强现实技术普遍应用于教育、医疗、建筑、交通、农业、军事等众多领域。本文通过介绍气象部门在增强现实产品领域的尝试，浅析增强现实技术在气象宣传科普工作领域中的初试效果，为增强现实技术在气象宣传科普工作中的应用及发展提出了自己的意见和想法，推动气象科普工作创新、多元发展。

关键词 增强现实：气象科普；技术

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）198-0173-03

随着互联网技术的飞速发展，以及智能移動终端设备的快速普及，增强现实技术也得到了迅速发展。增强现实技术通过其虚实结合、实时互动、三维立体等特点为用户带来了全新体验。增强现实技术作为一个新兴的多学科交叉研究领域，目前已广泛应用于教育、医疗、建筑、交通、农业、军事等行业。这让我们看到了增强现实技术的媒介传播价值，开始尝试将增强现实技术应用于气象科普领域。

1 增强现实技术概述

增强现实技术的诞生一方面是应时代的发展，另一方面是为了弥补虚拟现实技术完全脱离现实而独自呈现的不足[1]。1990年波音公司计算机研究部门科学家托马斯·考德尔创造了“增强现实”一词，当时考德尔开发增强现实技术的目的，主要用于辅助技术人员安装第一架波音777喷气客机内部千丝万缕的电缆线，提高工作效率[2]。

1.1 概念

增强现实（Augmented Reality，简称AR）是在虚拟现实技术——Virtual Reality，简称VR）的基础上发展起来的一个分支[1]。增强现实技术利用计算机系统产生现实环境中并不存在的虚拟信息，这些虚拟信息可被用户以视觉、听觉、触觉、等方式感知，成为周围真实环境的组成部分，从而增强用户对现实世界的感知[3]。

1.2 特点

增强现实技术具有较为突出的三大特点，即虚实结合、实时互动、三维立体。虚实结合，增强现实技术的主要特点体现在实现虚拟事物和真实环境的结合，让真实世界和虚拟物体共存，增强现实技术更强调在现实环境中通过叠加虚拟内容，展现虚拟内容伴随现实环境而变化；实时互动，增强现实技术通过图像识别，能够实现让用户使用智能终端设备识别标志物，迅速完成信息合成，将现实环境叠加虚拟内容传达给用户，用户可通过预制功能实现对虚拟内容的个性化处理，实现了用户在真实与虚拟环境融合产生的新环境中完成交流互动；三维立体，在三维尺度空间中增添定位虚拟物体，增强现实技术中需要通过实时跟踪摄像机姿态，实时计算出摄像机影像位置及角度，定位出虚拟图像于真实场景中的注册位置，以实现虚拟世界与真实世界更自然的融合[4]。

增强现实技术实现虚拟世界和真实世界的实时同步，满足用户在现实世界中真实地感受虚拟空间中模拟的事物，增强使用的趣味性和互动性。

1.3 传播价值

增强现实的传播价值主要体现在3个方面。第一，增强现实技术在现实环境中构建出虚拟模型，既摆脱了现实场景的束缚又打破现实场景所能呈现的形式内容限制。第二，增强现实技术中的虚拟模型来源于现实生活，是真实事物的客观反映，容易引起受众的认同与共鸣。虚拟模型对现实的这种反映可以是模仿的、再现的，也可以是间接的、投影的、投射的，还可以是比照的、反向的、变形的、变异的[5]。通过虚拟提供特定功能，以满足人们的心理追求及解决问题的需要，从而达到引起受众的认同与共鸣的目的。第三，增强现实技术的超现实属性能够实现科普传播中的资源整合及效率提升。虚拟对现实的提炼筛除，摒弃了现实中的异常和干扰，令传播消息简明扼要，可大量节约传播资源，提升传播效率[5]，虚拟模型亦可自由搭配、集成组合，针对不同受众可以专门定制。

2 增强现实技术在气象科普应用中的优势分析

随着互联网技术的飞速发展以及智能移动终端设备的快速普及，公众获取知识的方式和场所越来越多样化，也越来越方便、快速。公众需要获得的知识种类越来越多，知识深度愈发加深，通过传统的专业书籍、专业期刊、媒体宣传等方式获取知识的方式，已无法满足公众对知识快速更新的要求，公众逐渐开始依靠互联网获取知识。公众希望能够在任何时间、任何地点，通过智能移动终端访问互联网，快速、准确地得到形象、生动、通俗的专业知识。

增强现实技术依托其具有的沉浸性、交互性、虚实结合、及三维立体等优势，能够为公众提供移动化、个性化的学习方式，并能将复杂难懂的科学问题转化成具象模型，增加知识趣味性、通俗性。

2.1 增强知识趣味性

由于增强现实技术具有视觉、听觉一体化的感知效果，用户具有真实情境体验、自主操作交互的感受，让原本枯燥无味的知识变得可互动、可感知。身临其境的感受和自然丰富的交互体验不仅极大地激发了公众的学习动机，更给公众提供了大量亲身观察、操作的机会，促进了公众的认知过程及知识建构过程，有利于实现深层次

理解[6]。

传统的学习方式让很多受众觉得枯燥乏味，而采用增强现实技术开展气象科工作，能够极大地提升知识的趣味性，生动形象的场景会加强受众的记忆，激发公众的学习兴趣。

2.2 移动化、个性化的学习方式

在虚实结合的场景中补充大量数据信息以模拟真实环境，增强现实技术能够将我们所希望传播的知识进行碎片化处理，分成若干小知识点嵌入虚拟模型中，用户根据自身需要，完成对知识点的探索、发现、过滤等过程，实现个性化学习。

随着人们迫切希望摆脱事件和空间对学习的限制，能够自主灵活安排的移动化学习方式愈发受到推崇。增强现实技术在运行平台方面从成本高昂的桌面计算机或工作站逐渐转向成本较低的移动平台，在显示设备方面从头戴显示器、立体眼镜逐渐转向平板电脑或手机等移动终端，用户逐渐摆脱设备对使用环境的限制，开始能够在零散时间（上下班途中、睡前等）中体验、学习增强现实所带来的知识和乐趣[7]。endprint

2.3 形象直观理解复杂科学

增强现实对于在实践中理解专业性较强的知识或者体验专业性较强的作业过程而言，具有很高的实用价值。如气象科普工作中存在一些专家难以使用通俗语言解释、公众又难以理解专业性表达的问题，专家难以将抽象的理论知识呈现给公众，只能用语言为其讲解，公众在单调乏味的环境中难以吸收、消化枯燥的理论知识。又如一些专业气象观测设备（气象卫星、多普勒雷达等）难以实现对公众开放参观；而一些专业性较强作业过程（人工影响天气作业等）具有一定的危险性，公众无法到真实场景中去实践感知。

3 气象科普应用尝试

基于对增强现实技术特点及优势的分析，气象科普工作尝试引入增强现实技术。首批产品将重点展示气象科技装备（平时难以向公众开放参观的，公众经常在互联网看到介绍而不能现场体验的）。

3.1 研发制作

本着带领公众认识气象、向公众展示气象智能科技、让公众通过AR产品进行科普互动的研发制作理念，我们尝试制作一套《玩转气象——AR互动气象装备》增强现实产品。这其中包括平时难以向公众开放参观的风云气象卫星、多普勒天气雷达，公众经常在互联网看到介绍而不能现场体验的地面气象观测场、气象应急指挥车，以及专业性作业设备人工影响天气作业飞机和做作业车。

风云气象卫星展示了风云系列气象卫星（包括静止气象卫星和极轨气象卫星）工作方式、运行轨道以及卫星上主要部件的详细功能。用户可通过点击音频介绍按钮听取声音介绍，还可通过点击组装按钮实现分布组装气象卫星。

地面气象观测场展示了标准气象观测场，包括风杆、百叶箱、蒸发池、闪电定位仪等9种常规观测设备。用户可通过文字、声音两种方式了解每種观测设备的功能及工作方式，并且能够逐一拆解观测设备，了解其内部结构。

人工影响天气作业飞机、作业车主要展示了人工影响天气作业的两种方式。人工影响天气作业飞机详细展示了作业飞机上的各种仪器，通过文字、声音介绍了其工作原理及作业方式。用户可通过点击起飞按钮，展现飞机飞入云层的效果；通过点击发射按钮实现人工影响天气作业，形成降雨。

3.2 应用及效果

我们将研发制作的增强现实产品应用于幼儿启蒙科普（通过寓教于乐的方式激发小孩子了解气象科学的兴趣）、提高青少年科学文化素质（让中小学生通过真实、形象的三维立体模型学习、理解复杂的科学原理）和气象科普场馆展项等方面。

提高青少年科学文化素质，就是要让青少年了解必要的科学技术知识、掌握基本的科学方法、树立科学思想，但青少年的知识储备相对较少，难以从字面上理解、掌握复杂的气象科学原理。《玩转气象——AR互动气象装备》的每一个产品通过虚拟立体模型为青少年直观、形象展示、讲解了原本枯燥、难懂的科学原理知识。从用户满意度反馈中发现，青少年对增强现实气象科普产品提升记忆力和理解力方面满意度最高。增强现实气象科普产品通过其自身特点及优势，能够培养青少年自主学习、合作学习、探究学习的能力。

作为普及科学技术知识、传播科学思想和科学方法的平台，科普场馆自诞生之日起，便成为面向公众开展经常性、群众性科普展览教育活动的重要前沿阵地[8]。气象科普场馆近年来坚持研发带有互动参与系统的新兴展项，如增强现实互动展项、虚拟现实蛋椅等。我们已将《玩转气象——AR互动气象装备》增强现实产品作为交流互动展项应用于中国气象科普展厅及2017气象科技周活动中的气象科技展览。

3.3 局限性

在研发制作气象科普增强现实产品的过程中我们发现，目前增强现实技术门槛较高，开发制作成本较贵，增强现实的核心技术较为复杂，普通气象科普工作人员难以直接参与研发、掌握和运用增强现实技术。

目前开发制作的气象科普AR产品，公众需要下载安装AR产品附赠的应用程序后，使用智能移动终端扫描对应图片，才能呈现相应的AR资源。在应用过程中我们发现，AR产品必须依靠智能终端设备及稳定安全的网络环境才能正常使用，这给增强现实产品带来了较大局限性。首先，虽然目前智能手机已经非常普及，但是获取任何AR资源都需要下载专用App，这让公众快速、便捷的体验感大大降低。其次，获取AR资源需要依靠安全稳定的网络环境，在某些偏远地区或遭受气象灾害致使网络环境很差的地区，公众无法获取科普知识或防御办法。除此之外，当AR产品应用于幼儿启蒙教育的时候，家长对于儿童长时间使用电子设备心存较大疑虑甚至是反对，有相当一部分家长明确表示担心使用AR产品会影响儿童的视力健康。

4 结论

人工智能和大数据分析如何影响、推进今后科普工作的发展方向，为我们气象科普工作提出了新的研究课题。气象科普在未来研发制作的AR产品将结合更多高新科技元素，如人工智能、云计算、大数据等技术。随着增强现实技术的发展，其在气象领域的发展前景也将会越来越广阔。

增强现实产品带给我们的不仅仅是一个技术平台或工具，更会孕育出一种新型传授、解析科学的模式和学习方法[9]。将增强现实技术广泛地应用到气象科普工作中，对于贯彻落实中国气象局科普发展规划、切实推进气象科普工作具有重大意义。

参考文献

[1]李文霞，等.浅谈增强现实技术[J].电脑知识与技术，2013，9（28）：6411-6414.

[2]张屹.基于增强现实媒介的新闻叙事创新策略探索[J].国际新闻界，2015，37（4）：106-114.

[3]叶璐.AR童书的市场需求分析与持续发展策略研究[J].编辑之友，2017（2）：25-28.

[4]蒋钦云.增强现实中三维注册算法研究[D].武汉：华中科技大学，2006：8-10.

[5]郑晨予.虚拟/增强现实的虚拟传播模式建构——基于数字智慧与媒介特性的解构融合[J].南昌大学学报（人文社会科学版），2016，47（4）：90-96

[6]高媛，刘德建等.虚拟现实技术促进学习的核心要素及其挑战[J].电化教育研究，2016（10）：77-87，103.

[7]王萍.移动增强现实型学习资源研究[J].电化教育研究，2013（12）：60-67.

[8]泉琳.新媒体时代下的科普场馆[J].科学新闻.2016（12）：38-41.

[9]王同聚.虚拟和增强现实（VR/AR）技术在教学中的应用与前景展望[J].数字教育，2017，3（1）：1-10.endprint