虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用

趙子涵，李文苑，李想

（廣東省氣象服務(wù)中心，廣東 廣州 510062）

0 引言

隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，已經(jīng)拓展至氣象影視節(jié)目領(lǐng)域。本文旨在探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視中的創(chuàng)新應(yīng)用，既引領(lǐng)了氣象信息傳達(dá)的視覺(jué)革命，又豐富了觀眾的氣象體驗(yàn)。通過(guò)對(duì)虛擬演播室、科普節(jié)目、電影和短視頻的具體案例研究，凸顯虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵作用，提高氣象影視的吸引力、教育性和情感共鳴。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的定義和發(fā)展歷程

虛擬現(xiàn)實(shí)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，旨在模擬沉浸式的虛擬環(huán)境，使用戶能夠與虛擬世界互動(dòng)。它的誕生可以追溯到20 世紀(jì)60 年代，在近年來(lái)得到廣泛的發(fā)展。最早的VR 系統(tǒng)包括頭戴式顯示器和手套等設(shè)備，以模擬視覺(jué)和觸覺(jué)體驗(yàn)。20 世紀(jì)80 年代至90 年代，VR 技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于軍事、醫(yī)療和娛樂(lè)領(lǐng)域。20 世紀(jì)90 年代末，互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)性能的提升推動(dòng)了VR 的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬社交平臺(tái)和沉浸式游戲出現(xiàn)。近年來(lái)，VR 已經(jīng)成為教育、醫(yī)療、虛擬旅游等多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要組成

硬件和軟件是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要組成部分，共同構(gòu)建了用戶沉浸式虛擬體驗(yàn)的基礎(chǔ)。硬件方面包括頭戴顯示器（Head-Mounted Display，HMD）、追蹤設(shè)備、控制器以及聲音系統(tǒng)。HMD 是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心，通常具有雙眼顯示屏，可呈現(xiàn)虛擬環(huán)境。追蹤設(shè)備用于監(jiān)測(cè)用戶的頭部和身體運(yùn)動(dòng)，以確保虛擬世界與用戶的互動(dòng)保持同步。控制器使得用戶能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行互動(dòng)，如操作物體或進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別。聲音系統(tǒng)提供虛擬環(huán)境的音頻反饋，以增強(qiáng)沉浸感。軟件方面，虛擬現(xiàn)實(shí)依賴強(qiáng)大的3D 圖形渲染引擎和交互式應(yīng)用程序，創(chuàng)建虛擬環(huán)境，渲染圖像，監(jiān)控用戶輸入，管理虛擬體驗(yàn)的各個(gè)方面。VR 應(yīng)用程序包括游戲、模擬器、培訓(xùn)工具、社交平臺(tái)及其他應(yīng)用，利用硬件和軟件協(xié)同工作，使用戶能夠親身感受虛擬環(huán)境[1]。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用概覽

2022 年10 月，多部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《虛擬現(xiàn)實(shí)與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2022—2026 年）》，虛擬現(xiàn)實(shí)與工業(yè)生產(chǎn)、文化旅游、融合媒體、教育培訓(xùn)、體育健康、商貿(mào)創(chuàng)意、演藝娛樂(lè)、安全應(yīng)急、殘障輔助及智慧城市等領(lǐng)域的融合應(yīng)用持續(xù)深化，如工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域“VR/AR 工業(yè)賦能”工程、文化旅游領(lǐng)域“VR/AR沉浸式旅游體驗(yàn)”工程、體育健康領(lǐng)域“VR/AR 大眾健身”工程、演藝娛樂(lè)領(lǐng)域“VR/AR 線上演播”工程、智慧城市領(lǐng)域“VR/AR 智慧商圈”工程等場(chǎng)景[2]。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用

2.1 虛擬演播室在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用

虛擬演播室是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的重要應(yīng)用之一，提供一種高度沉浸式的氣象預(yù)報(bào)和解釋方式。氣象預(yù)報(bào)員可以穿戴頭戴式顯示器，將自己嵌入虛擬氣象場(chǎng)景中，與虛擬地圖、圖表和氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行互動(dòng)，能夠更生動(dòng)地呈現(xiàn)天氣信息如風(fēng)向、降水、氣壓等，以便更好地傳達(dá)給觀眾。虛擬演播室還支持實(shí)時(shí)的天氣模擬，如颶風(fēng)的路徑或暴風(fēng)雨的影響，使觀眾更好地理解氣象事件的演變過(guò)程。這種技術(shù)提高了天氣報(bào)道的視覺(jué)吸引力和教育性，使觀眾更容易理解天氣相關(guān)事件的影響。虛擬演播室的應(yīng)用推動(dòng)了氣象影視節(jié)目的創(chuàng)新，提供了更生動(dòng)、引人入勝的氣象體驗(yàn)。

美國(guó)氣象頻道The Weather Channel 打造了獨(dú)具特色的虛擬演播室，引入U(xiǎn)nreal4 引擎，打造出媲美電影的氣象節(jié)目視覺(jué)效果。例如，將暴雨與內(nèi)澇以虛擬前景配合虛擬背景的形式還原真實(shí)的氣象場(chǎng)景；發(fā)生龍卷風(fēng)災(zāi)害時(shí)，通過(guò)虛擬演播室重現(xiàn)龍卷風(fēng)場(chǎng)景，主持人在龍卷風(fēng)摧殘過(guò)的廢墟上進(jìn)行氣象播報(bào)，還會(huì)有物體墜落的視覺(jué)效果。主持人與虛擬演播室的各種效果互動(dòng)，使得節(jié)目效果更加真實(shí)、生動(dòng)。虛擬演播室之所以能實(shí)現(xiàn)高度真實(shí)的虛擬視覺(jué)效果，與其針對(duì)不同內(nèi)容選擇相應(yīng)的引擎與制作軟件密不可分，根據(jù)節(jié)目制作需求及時(shí)調(diào)整播報(bào)景區(qū)、演播室功能、虛擬造景及虛擬燈光等部分，實(shí)現(xiàn)虛擬演播室設(shè)計(jì)與氣象欄目風(fēng)格、視覺(jué)效果、內(nèi)容及功能等方面的統(tǒng)一，從而提升氣象欄目整體視覺(jué)效果[3]。

以南京市氣象服務(wù)中心《標(biāo)點(diǎn)氣象》為例，運(yùn)用虛擬演播室技術(shù)，使枯燥乏味的氣象數(shù)據(jù)以更加生動(dòng)形象的方式呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)景深、半透明前景物體、凹凸紋理貼圖等高仿真場(chǎng)景。《標(biāo)點(diǎn)氣象》虛擬演播室具備三維場(chǎng)景建模、虛擬影子的制作、自動(dòng)反饋/標(biāo)志系統(tǒng)及虛擬動(dòng)畫(huà)人物表演等功能，在氣象節(jié)目中的運(yùn)用體現(xiàn)在景別的創(chuàng)新運(yùn)用、主持人與動(dòng)畫(huà)互動(dòng)、虛實(shí)結(jié)合與虛擬植入以及模擬動(dòng)畫(huà)直觀展示天氣情況等方面。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普節(jié)目中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普節(jié)目中的應(yīng)用，對(duì)于提高公眾的氣象科學(xué)素養(yǎng)和意識(shí)具有重要意義。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)，觀眾可以沉浸在虛擬的氣象環(huán)境中，親身體驗(yàn)天氣現(xiàn)象如龍卷風(fēng)、雷暴等，以及氣象過(guò)程如氣旋形成。這種互動(dòng)性幫助觀眾更深刻地理解氣象現(xiàn)象的復(fù)雜性。虛擬現(xiàn)實(shí)還支持氣象科普節(jié)目設(shè)計(jì)者模擬氣象事件，使觀眾能夠?qū)嶋H參與，了解如何應(yīng)對(duì)氣候?yàn)?zāi)害和變化。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提供有趣的虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，讓觀眾學(xué)習(xí)氣象科學(xué)原理，如氣壓、溫度和濕度的影響等。這種互動(dòng)和視覺(jué)體驗(yàn)有助于提高氣象科普節(jié)目的吸引力，激發(fā)觀眾的興趣，促進(jìn)氣象科學(xué)的普及和教育。因此，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象科普節(jié)目中的應(yīng)用有助于更好地傳遞氣象知識(shí)，培養(yǎng)氣象興趣，提高社會(huì)的氣象素養(yǎng)。

以北京電視臺(tái)科教頻道與北京市氣象服務(wù)中心共同打造的氣象類(lèi)科普資訊節(jié)目《氣象觀天下》為例，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)渲染等技術(shù)，將氣象風(fēng)云圖、天文現(xiàn)象以身臨其境的場(chǎng)景呈現(xiàn)形成過(guò)程、發(fā)生機(jī)理和防御重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真人主播與虛擬場(chǎng)景的互動(dòng)。在氣象預(yù)報(bào)環(huán)節(jié)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)渲染等技術(shù)，營(yíng)造風(fēng)云雨雪的沉浸式場(chǎng)景；在訪談環(huán)節(jié)，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬環(huán)境的融合，給觀眾帶來(lái)沉浸式的氣象科普節(jié)目觀看體驗(yàn)。

2.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象電影中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象電影領(lǐng)域有多種具體應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)的近眼顯示技術(shù)能夠創(chuàng)造高分辨率、沉浸式的視覺(jué)效果，使觀眾能夠感受到氣象現(xiàn)象的細(xì)節(jié)，如暴風(fēng)雨中的雨滴或颶風(fēng)中的風(fēng)暴眼。渲染處理技術(shù)用于呈現(xiàn)逼真的氣象場(chǎng)景，包括云層、閃電、雨滴和風(fēng)的物理模擬。這些技術(shù)增強(qiáng)了電影的視覺(jué)吸引力，使觀眾更好地感受氣象事件的力量。感知交互技術(shù)使觀眾能夠與電影中的虛擬氣象環(huán)境互動(dòng)。觀眾可以使用控制器模擬制定應(yīng)對(duì)措施，如避難或救援行動(dòng)，提高了觀眾的參與感和教育性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象電影中創(chuàng)造出更加生動(dòng)、沉浸式的氣象體驗(yàn)，使觀眾能夠更深入地理解氣象事件的復(fù)雜性和威力，同時(shí)提供了互動(dòng)性，提高了電影的吸引力和教育性。這些技術(shù)的應(yīng)用為氣象電影的制作帶來(lái)了新的維度，增強(qiáng)了觀眾的情感參與。

以2008 年上映的電影《2012 世界末日》為例，這部影片探討了全球性的自然災(zāi)害和氣象事件。虛擬現(xiàn)實(shí)在該電影中的應(yīng)用提供了引人入勝的視覺(jué)效果，以及生動(dòng)的氣象場(chǎng)景再現(xiàn)。電影中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)幫助創(chuàng)造了逼真的氣象災(zāi)害場(chǎng)景，如地震、海嘯、火山爆發(fā)等。觀眾可以清晰地看到毀滅性事件的影響，增強(qiáng)了視覺(jué)吸引力。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)，觀眾更深入地感受到主要角色在氣象災(zāi)害中的掙扎與求生。這種沉浸式體驗(yàn)引發(fā)觀眾的情感共鳴，增加了電影的情感深度。電影虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景為觀眾提供了了解自然災(zāi)害和氣象事件的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)了觀眾對(duì)氣象科學(xué)的理解[4]。

2.4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視短視頻中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視短視頻中的應(yīng)用，為現(xiàn)代社交媒體和短視頻平臺(tái)如抖音、快手等提供了全新的創(chuàng)意。這些短視頻的特點(diǎn)在于短時(shí)長(zhǎng)和快節(jié)奏。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，氣象影視短視頻可以展示生動(dòng)的氣象現(xiàn)象，如閃電、風(fēng)暴或雪暴，以吸引用戶的眼球。利用虛擬現(xiàn)實(shí)的互動(dòng)功能，觀眾可以在短視頻中通過(guò)點(diǎn)擊、滑動(dòng)等方式參與虛擬氣象場(chǎng)景，增加了用戶參與感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以整合實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，使短視頻更具實(shí)用性，比如提供當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)或突發(fā)氣象事件通知。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)，短視頻可以更好地傳達(dá)氣象事件對(duì)人們生活的影響，引發(fā)觀眾的情感共鳴，激發(fā)更多的討論和分享。這些特點(diǎn)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為氣象影視短視頻提供了更多的創(chuàng)新和互動(dòng)性，使其更適應(yīng)快節(jié)奏的社交媒體環(huán)境。觀眾能夠在短短幾秒鐘內(nèi)獲得有趣、生動(dòng)和有價(jià)值的氣象信息[5]。

以抖音平臺(tái)黑龍江省氣象服務(wù)中心官方抖音號(hào)“龍江氣象”為例，主要負(fù)責(zé)防災(zāi)減災(zāi)、精細(xì)化預(yù)報(bào)及氣象科普等工作。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于彩小虹慧報(bào)天氣、黑龍江片區(qū)氣象短視頻、首席說(shuō)天氣、彩虹時(shí)間、第三屆全國(guó)氣象短視頻大賽黑龍江賽區(qū)作品展、生態(tài)旅游、天氣預(yù)報(bào)、氣象科普及二十四節(jié)氣等欄目中。如彩小虹慧報(bào)天氣欄目，由龍江氣象虛擬主播彩小虹完成天氣主持與沉浸式解讀天氣等工作。彩小虹由Daz、iClone8、CC4 等軟件仿真建模完成，并由虛幻引擎5 完成現(xiàn)實(shí)動(dòng)作捕捉驅(qū)動(dòng)人物動(dòng)作，使彩小虹的形象更加擬人化。在二十四節(jié)氣節(jié)目中，虛擬主持人彩小虹與真人主播彩虹完成虛擬與現(xiàn)實(shí)互動(dòng)的天氣預(yù)報(bào)，帶給短視頻平臺(tái)用戶全新的、沉浸式短視頻天氣預(yù)報(bào)體驗(yàn)[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文深入探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在氣象影視節(jié)目中的應(yīng)用，通過(guò)分析虛擬演播室、科普節(jié)目、電影和短視頻領(lǐng)域的具體案例，展示了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何提高氣象信息傳達(dá)的視覺(jué)吸引力、情感體驗(yàn)和教育性。虛擬現(xiàn)實(shí)為氣象影視節(jié)目帶來(lái)了全新的創(chuàng)作和觀賞維度，推動(dòng)了氣象影視的創(chuàng)新發(fā)展，提高氣象科學(xué)的普及度，并為氣象事件的理解和應(yīng)對(duì)提供更有力的工具。