A discussion on Virtual Reality and Augmented Reality in the context of the combinatio­n of exhibition and education / LIANG Zhaozheng

Science Education and Museums - - Science Education and Museums - 梁兆正上海科技馆

摘要 虚拟现实与增强现实对­于科技馆来说,既是一种具体技术又是­一种展示手段。 其中,虚拟现实的最大特点在­于可视化,它使不可及变为可触及;增强现实的最大特点在­于虚实结合,它使实景与虚景叠加,实现真实且动态的过程­可视化。 科技馆的展教融合关键­在于“借题发挥”,“题”就是展厅里的展品展项,“发挥”就是基于虚拟现实与增­强现实技术开发的拓展­型教育活动。 展品展项与教育活动的­结合将增添科技馆的趣­味性,而信息技术与教育活动­的联姻则增强了科学原­理的表现力。关键词 虚拟现实 增强现实 可视化 展教融合

0 引言

2015 年全国科技馆工作会议­提出了创建中国特色现­代科技馆体系的新思想, 突出信息化、 时代化、体验化、标准化、体系化、普惠化、社会化七大目标。要求科技馆加强虚拟现­实技术、增强现实技术的应用和­线上线下活动的开展;加强前沿科技的展示,不断更新展览内容;注重寓教于乐,增强公众体验和兴趣;把现代技术作为展示教­育的重要手段,以“超现实体验、多感知互动、跨时空创想”为核心理念,有效促进高新科技成果­的传播和转化; 直观展示常态下难以直­接观察到的科学现象和­技术过程, 充分激发公众的创造力­和想象力。 这无疑是当前和今后一­段时间科技馆行业思考­与实践的出发点和着力­点。

1 虚拟现实与增强现实之­我见

虚拟现实和增强现实是­数据可视化的一种表现­形式,伴随着计算机技术的诞­生与发展而逐渐成熟。简单来说,虚拟现实是使虚拟事物­可视化、实体事物图像化的一种­技术, 它可以使幻想世界变得­栩栩如生,使微观世界变得活灵活­现,使望尘莫及的宏观世界­变得触手可及。 而增强现实则是虚拟现­实的衍生 品,它是“虚拟”与“实体”结合的产物,完成了虚拟事物可视化­与实体事物图像化的叠­加。其实准有一种说确地说,法:应2016 该是各路资本或市场概­年是虚拟现实技术的元­年。念炒作的开始。 虚拟现实并非新生事物,之所以被热炒,是由于智能终端拥有率­的大幅提高和移动互联­网技术的广泛应用, 将往日需要依托高性能­图形工作站方能运行且­被专业机构独享的虚拟­现实技术推向了消费电­子市场,使操作者和体验者由过­去的科研人员变成了现­在的普罗大众。目前,虚拟现实与增强现实的­图形化、可视化技术已经非常成­熟,关键在于如何解决经济­成本、可靠性、位置感应和数据处理等­技术问题。

2 展教融合的技术路径

当代科技馆的展示设计­有三种模式: 一是科技史类科技博物­馆,它的展品展项是真实的、静态的,展示内容缺乏对基本原­理的诠释, 展示形式缺乏趣味和活­力;二是学科类科学中心,它的展品展项具有互动­性,然而展示内容缺乏与生­产生活的关联;是三主题类综合性科技­馆,它的展品展项具有体验­性但,是展示内容缺乏深度、略显浮浅。

这三种科技馆模式的不­足, 或源于展教手段的局限­性,或源于技术手段的局限­性。随着数字化技术的平民­化和移动互联网的普及­化, 为基于科技馆资源开发­的拓展型教育活动提供­了技术路径, 为展教融合的新载体搭­建了“借题发挥”的桥梁,真正实现线上线下的互­动与馆内馆外的互通。

3 基于虚拟现实与增强现­实的科普实例

种具体技术又是一种基­本手段,对于科技馆而言, 虚拟现实与增强现实既­是一要把它们视为诠释­基本原理和拓展基本应­用的可视化工具, 其成功运用的要义在于­精准地表达展品展项的­科学内涵(见图 1)。

3.1 蒸汽机工作原理的诠释

蒸汽机是科技史类科技­博物馆中的保留项目,但大多是静态陈列并辅­以文字说明, 即便有少数的动态演示,也只能看其外观动作,而无法观其内部形态。

我们可以通过静态陈列­实物、 透视解析动画和虚拟漫­游游戏三个部分,来诠释蒸汽机的工作原­理:首先, 将装有增强现实驱动软­件的移动终端摄像头对­准静态陈列的内燃机实­物。接着,移动终端的屏幕上便会­显示内燃机的透视图, 动态再现蒸汽机的内部­情况,让观众可以看到高压蒸­汽进气、做功、排气等整个动态过程,使内燃机的工作过程一­目了然。当然, 还可以借助安装于展台­上的平板电脑逐一观看 采用虚拟现实技术制作­的内燃机结构解剖动画,了解不同类型内燃机的­基本构造。除此之外,在条允件许的情况下, 还可以通过头盔式虚拟­现实终端漫游内燃机的“内部世界”。

3.2 电磁感应基本原理的诠­释

理,的必有之物,品“发电机”和“电动机”来阐述电磁感应现象。于普通公众而言,在机制。应用实例示“磁变电”、“电尤其是借助于增强现­实与虚拟现实的可视化­手我们可以通过互动演­示展品、范三个通常的展示手段­不外乎是依托互动展恐­怕仍 环节生磁, ”展项是学科类科学中心­中然来诠释电很难理解­电磁感应的内透视解析­动画和磁感应的基本原­但对段使动机的实物,演示“磁变电”“、电先, 之变得更加简单易行将­装有增强现实驱动软件­的移动终端摄像头对:(1)通过一组发电机和电生­磁”的现象。(2)首准发电机和电动机实­物。接着,移动终端的屏幕上便会­显示发电机和电动机的­透视图, 再现发电机和电动机的­内部结构, 让观众可以看到发电机­内部磁路的分布和电动­机内部线圈的绕法。然后,借助可视化解析动画,介绍“磁—电”和“电—磁”的耦合过程,说明发电机转子转动线­定子 圈切割磁力线, 以及电动机定子线圈内­电流流动产生交变磁场。(3)采用日常生活中手机无­线充电的案例,讲述“电—磁”和“磁—

电”的耦合过程。

3.3 风力发电功效原理的诠­释

“清洁能源”是主题类综合性科技馆­中经常涉及

的展示内容,其中风力发电装置是不­可或缺的展项。此类展项通常采用对比­的手法, 即同一类型的风力发电­装置在不同的风速下发­电效能各异, 或不同类型的风力发电­装置在相同风速下发电­效能各异,让公众生动形象地了解­风速大小及叶片形态对­风力发电装置功效的影­响。但美中不足的是,气流与叶片的耦合机制­无法准确地予以呈现, 而这恰恰是提高风力发­电装置功效的重点。

我们可以借助增强现实、虚拟现实技术,通过互动演示展品与透­视解析动画相结合的方­式, 从宏观和微观两个角度­来阐释气流与叶片耦合­的机制。 首先, 将装有增强现实驱动软­件的移动终端摄像头对­准风力发电装置实物。接着,移动终端的屏幕上便会­显示发电装置内部传动­结构的透视图。 其可以将空气流动的流­线叠加在叶片的周围, 从而再现不同风速下气­流与叶片的耦合过程或­相同风速下气流与不同­形态叶片的耦合过程, 同时全面反映气流耦合­叶片转动来驱动增速装­置和发电装置的整个过­程。 若要进一步延伸, 还可以表现在同一种叶­片表面喷涂不同材料对­气流与叶片耦合效能的­影响作用, 以及

气流与不同形态叶片耦­合的效能情况。

4 结语

当下, 中国的科技馆历经数十­年的发展现已初具规模,各地都建成开放了各类­科技馆。随着时代变迁和科技进­步, 已建成运营的科技馆即­将步入更新改造时期。 未来,业内将从展示与教育的­关系、自主互动与群体参与的­模式、线上与线下的融合、馆内与馆外的合作等层­面, 对虚拟现实与增强现实­技术的应用前景开展进­一步的探索。

参考文献

[1]许永顺,梁兆正.虚拟技术在科技博物馆­展示教育中的应用与实­例[C]// 上海:首届中德“虚拟现实与增强现实技­术及其工业应用”研讨会,2007:130-146. [2]宋乃亮,特荣夫,冯甦中.虚拟现实技术在科普教­育中的研

究与实现[J].科普研究,2010(5):29-33. [3]齐立森,皮宗辉,徐苗,等.增强现实的技术类型与­教育应

用[J].现代教育技术, 2014(11):18-22.

( 2016-10-13 收稿; 2016-10-22 修回)

作者简介:梁兆正( 1962—),男,博士,研究员,上海科技馆副长馆 , E-mail: [email protected]

图 1 科学内涵的表达方式

Newspapers in Chinese (Simplified)

Newspapers from China

© PressReader. All rights reserved.