擴增實境擴增科普雜志

曾耀寰

?

擴增實境擴增科普雜志

曾耀寰

臺灣中研院天文及天文物理所

近年來，隨著計算機科技的進步，以及物聯(lián)網(wǎng)的興起，擴增實境(Augmented Reality)技術正步入一般人的日常生活中。擴增實境在科學教育上也起到了輔助作用，而平面科普雜志可利用這一技術，從而擴增閱讀平面雜志的視野，讓一個靜態(tài)的平面媒體能活靈活現(xiàn)地傳播科學知識和內(nèi)容?！犊茖W月刊》作為一份經(jīng)營46年的科普傳播雜志，嘗試利用擴增實境技術為科普內(nèi)容加值，以翔實的科學內(nèi)容，輔以最新網(wǎng)絡科技，讓更多的人受惠。

科普傳播 科學教育 擴增實境

1 前言

早期科學傳播媒體多以報紙和雜志居多，臺灣在日占據(jù)時代只有從日本本土輸入的科普刊物，光復以后，陸續(xù)出版科普刊物作為科學傳播的主要媒介。1951年元月，臺灣第一份科普刊物問世，大眾科學研究出版社發(fā)行《大眾科學》，之后有《科學匯報》《科學畫報》《科學教育》，1970年由海外留學生創(chuàng)辦《科學月刊》，將臺灣科普刊物帶入蓬勃發(fā)展的階段，后繼的《牛頓》和《科學人》雜志都有不錯的成效。

另一平面媒體——報紙對科普傳播的主要內(nèi)容偏重在科學新聞，除偶有少數(shù)科學性專欄外 (例如《人間福報》的“遇見科學”專欄、《聯(lián)合報》的“新聞中的科學”專欄)，報紙對當下發(fā)生的科學性議題，可以發(fā)揮實時報道的功能。此外，電視也能提供動態(tài)的科學新知，有時電視臺制播科學性電視節(jié)目 (例如 Discovery channel和BBC的“The Earth”)，對科普傳播的功效卓著。但隨著網(wǎng)絡時代的來臨，這些傳統(tǒng)平面媒體以及電視對科普傳播的能力受到影響。美國研究委員會 (The Research Council，TRC)每兩年出版《科學與技術指標》(Science and Technology Indicators)，在第七章的公眾態(tài)度中指出，比較2001年到2012年間美國人對實時新聞事件的接受來源分布(見圖1)，發(fā)現(xiàn)主要的來源是電視，其次是報紙，因特網(wǎng)在 2001年所占比例不到 10%，但卻是逐年增加，大約在 2007年間超越報紙，而電視的比例緩慢下降，估計不久就會被因特網(wǎng)超過。

若只針對科學和科技相關的新聞，因特網(wǎng)早在2003年就超過報紙，2010年超過電視 (見圖2)。若是特定的科學性議題，由于網(wǎng)絡搜尋的便利性，早就遙遙領先電視和報紙 (圖3)。值得注意的是科普雜志的接受率，根據(jù) 2014年的《科學與技術指標》調(diào)查，對于科學與科技的信息只有 7%來自報紙，8%來自雜志，這不僅是科普雜志的困境，也是一般平面雜志共同面對的難題，平面媒體該如何在網(wǎng)絡時代存活下來，并達到原有的目標，科普雜志也面對相同的課題。

圖1 2001—2012年間，美國人對實時新聞事件的接受來源比例分析

圖2 2001—2012年間，美國人對科學與科技相關新聞的接受來源比例分析

圖3 2001—2012年間，美國人對特定科學議題的接受來源比例分析

通過網(wǎng)絡平臺經(jīng)營科普傳播已有一些成功的例子，例如臺灣的泛科學(http://pansci.tw)以及大陸的果殼網(wǎng)(http:// www.guokr.com)。這些網(wǎng)站沒有定時刊登的實體刊物，完全通過因特網(wǎng)發(fā)布與科學相關的科普文章和評論，近來網(wǎng)站經(jīng)營結合臉書以及主動推播工具，更增加該網(wǎng)站的普及程度。但網(wǎng)站對于文章內(nèi)容的字數(shù)多寡有所限制，這也是網(wǎng)絡文章的主要不便之處，一般人較難在網(wǎng)絡平臺上閱讀較多文字敘述的文章。個人認為這可能是平面雜志還能繼續(xù)經(jīng)營的契機。

2 擴增實境

網(wǎng)絡科技進步神速，早年發(fā)展的全球信息網(wǎng)(World Wild Web)，可以通過超文字協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol， http)鏈接網(wǎng)絡上的各種資源，包括文字、影像、聲音和影片，借此達到多媒體信息的傳播，也包括科學知識信息的傳播。

幾年前，全球信息網(wǎng)甚至通過虛擬實境(Virtual Reality， VR)技術，可以讓使用者在網(wǎng)頁上互動點選內(nèi)容，達到虛擬世界的境界，甚至可以自制硬紙板，搭配智慧手機達到 VR的效果。VR發(fā)展于上世紀50年代，人類可以通過各種感應和顯示系統(tǒng)，做到與人造的虛擬世界進行互動，令人印象深刻的例子是1999年好萊塢科幻電影《黑客任務》(Matrix)，一開始展現(xiàn) 1999年的人類世界，其次是 2199年機械世界的母體 (Matrix)所產(chǎn)生的虛擬世界，母體透過內(nèi)建的各種程序，借由和人體大腦神經(jīng)聯(lián)結的連接器，使視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、心理等信號傳遞到人類大腦時都彷佛是真實的，所有的人類都活在一個程控的虛擬世界。

20世紀60年代，美國的蘇澤蘭(Ivan Sutherland)及其哈佛大學、猶他大學學生共同開發(fā)出一套稱做擴增實境(Augmented Reality，AR)的系統(tǒng)，20世紀70、80年代在美國空軍阿姆斯特朗實驗室、NASA艾密斯研究中心、北卡大學教堂山分校等，有些人從事擴增實境研究。1990年，波音創(chuàng)造擴增實境（AR）這個名詞，開發(fā)出實驗性的擴增實境系統(tǒng)，協(xié)助工人裝配管線設備。擴增實境是利用計算機收集或產(chǎn)生的信息，擴增使用者的感官知覺。VR是像母體一樣，企圖將虛擬世界取代真實世界，擴增實境則是在實境上填補數(shù)據(jù)。Google眼鏡就是擴增實境的實例，它是一個可穿戴式的計算機，主要配件有顯示器、照相機和一些感測輸入器，能接收影像、加速度、方向、磁場等信息，并通過語音指令和因特網(wǎng)服務聯(lián)系溝通，并將所需數(shù)據(jù)輸出在小型顯示器，實時擴增使用者的信息內(nèi)容。

擴增實境也可運用在科學教育上，將一些抽象的以及可實驗操作的概念，借由擴增實境的知覺回饋與互動性輔助教學，尤其是近年來個人使用的行動裝置盛行，大大增加了擴增實境的普及性。根據(jù)臺灣發(fā)展計劃主管部門 2014年的個人家戶數(shù)字機會調(diào)查報告，臺灣12歲以上民眾當中，曾經(jīng)上網(wǎng)民眾的比例有78%，2005年為62.7%。換算為人數(shù)，網(wǎng)絡族約1631萬人。此外，曾使用無線上網(wǎng)的比例達91.5%，相較于2013年的76.6%，一年間快速成長14.9個百分點。12歲以上網(wǎng)絡族 84.9%擁有智能型手機，智能型手機擁有率首年超越桌上型計算機(81.2%)。由此可見，行動裝置上網(wǎng)成為民眾隨時通過網(wǎng)絡獲取信息的重要工具，而隨著物聯(lián)網(wǎng)的來臨以及微機電產(chǎn)品的普及，手機的多感應偵測器可成為擴增實境的好工具。

擴增實境的原理是將虛擬的二維、甚至三維的對象融合到真實的環(huán)境中，借由行動裝置內(nèi)置的相機持續(xù)拍攝使用者觀看的影像，并與虛擬的對象結合，同時輸出到行動裝置的顯示屏幕上，達到擴增使用者的實際體驗。2011年，臺灣師范大學科學教育研究所邱美虹教授所主導的高瞻計劃，與臺北市萬芳高中的自然科教師合作研發(fā)擴增實境教具，內(nèi)容包含物理、化學、生物等自然學科，例如納米碳管輔助教具。納米碳管是直徑 5~30納米的細長管狀碳分子，屬于第四種碳原子的同素異性體。由于結構較為復雜，在教學上不易呈現(xiàn)，因此該研究團隊研發(fā)三種納米碳管的擴增實境教材，讓學生借由手機，可從不同角度觀察納米碳管，并比較它們的結構差異 (如圖4)，幫助學習。

3 擴增實境與平面科普雜志

由于擴增實境的特有功能，可以在已有的實際環(huán)境中融合更多的信息，可以讓學習不僅限于校園、教室，甚至課本當中，此外也可用在博物館和戶外教學?，F(xiàn)市面上已有一些結合擴增實境的教育性書籍，例如 Carlton Books Ltd出版的《iSolar System》、《iDinosaur》以及《Jurassic World: Where Dinosaurs Come to Life》，讓平面的書籍呈現(xiàn)出三維世界，擴增了書籍所能呈現(xiàn)的空間和信息。根據(jù)這個想法，《科學月刊》也從2015年8月首次嘗試在平面科普雜志增加擴增實境的內(nèi)容。

圖4 邱美虹團隊研發(fā)納米碳管立體結構的擴增實境

《科學月刊》創(chuàng)刊至今已有 45年，是臺灣持續(xù)經(jīng)營較久的科普刊物，因應市場以及閱讀習慣的需求，從2015年元月開始全面改版，不僅有更活潑生動的彩色編排，更將原有專欄改成以輔助高中科學教育內(nèi)容為導向，為十二年高中科學教育盡一份心力。除此之外，《科學月刊》也與邱美虹教授團隊合作，打算針對擴增實境的高中自然科輔助教具，連續(xù)刊登相關教學課程內(nèi)容，分享給其他有需要的學校和自然科老師。不僅專欄內(nèi)容，我們也將該團隊陳怡宏老師的化學擴增實境成果放到《科學月刊》(如圖5)，讀者可從雜志當中的特定圖卡，自行操作觀看三維立體結構的化學分子，甚至可以選擇不同的呈現(xiàn)方式觀看其分子結構。

圖5 由萬芳高中陳怡宏老師制作的甲烷擴增實境

4 討論與結論

屬于傳統(tǒng)平面媒體的報紙、科普雜志和書籍都是實體，提供科學知識，這些平面媒體講求的是內(nèi)容正確、有趣、富科學教育意義，在美編上力求美觀、可讀性，甚至能讓讀者目不轉睛。而網(wǎng)絡媒體則是應用快速的網(wǎng)絡鏈接以及互動性，幾乎將所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容全部收集呈現(xiàn)在計算機屏幕上。但近年來手持裝置的全面普及，在 3G/4G網(wǎng)絡通訊下，任何人可以在大多數(shù)的地點隨時獲取想要的信息，個人認為正可成為傳統(tǒng)平面媒體和網(wǎng)絡媒體相互連結的橋梁。

網(wǎng)絡媒體講求的是快速和大量信息來源，但也限制了單一信息的內(nèi)容量，從手機上讀取一份長達3000字的訊息，不僅有礙快速讀取，閱讀者也沒有耐心用小小的方寸屏幕閱讀。但為了科普傳播和科學教育的目標，現(xiàn)今人類的閱讀習慣還是得靠平面媒體來達成，因此手持裝置 (手機或平板計算機 )可以大大擴增科普雜志的范圍，不僅可以讓三維的虛擬對象從二維的科普雜志跳躍出來，甚至可以借由通訊網(wǎng)路的輔助，擴增科普內(nèi)容。8月號《科學月刊》的擴增實境是實體平面雜志和虛擬立體空間的首次相遇，也希望未來能持續(xù)結合高科技數(shù)字技術，讓更多人能坐下來仔細閱讀科學！

[1] 張之杰. 科月創(chuàng)刊前臺灣綜合科普刊物考察[J]. 通識教育與多元文化學報，2011(2): 61-80.

[2] 張之杰. 臺灣綜合科普刊物概述[J]. 科普研究，2006, 1(1): 33-40

[3] National Science Board. Science and Technology Indicators 2014, Arlington VA: National Science Foundation, 2006(NSB 14-01).

[4] Steven K. Feiner. Augmented Reality: A New Way of Seeing[J]. Scientific American, 2002(4): 48-55.

[5] 廖詠年. 擴增實境在科學教育領域中學習與應用之評析[C]. 計算機與網(wǎng)絡科技在教育上的應用研討會, 2010.

[6] 邱美虹, 唐尉天. 在擴增實境中探索科學[J]. 科學月刊,2014(539): 850- 853.

[7] 邱美虹. 科學教學的新典范——行動科技、擴增實境與 3D實驗影片教學[J].臺灣化學教育，2014(3): 251-256.

[8] 陳怡宏. 行動科技、擴增實境與 3D實驗影片教學：有機分子模型擴增實境[J]. 臺灣化學教育，2014(3): 264-266.