混合现实技术在气象培训中的应用初探

混合现实技术在气象培训中的应用初探

孙英玮

中国气象局气象干部培训学院新疆分院，新疆乌鲁木齐 830012

摘要：混合现实技术（Mixed Reality，MR）是虚拟现实技术的进一步发展，混合现实技术将现实场景、虚拟场景和用户连接在一起，实时交互反馈，让用户获得更真实的感受。如今,VR/AR在很多行业有应用，MR的应用还比较少。本文通过分析混合现实技术在气象培训行业的应用优势，探索混合现实技术在气象培训中的应用，以及混合现实技术应用存在的问题，寻找MR技术在气象培训中的应用前景和应用方向。

关键词：混合现实；气象培训；

一、绪论

随着信息技术、微电子技术以及一些新兴技术的发展，虚拟仿真技术进入快速发展期。虚拟现实技术的发展，让虚拟世界与现实世界的融合也越来越强烈。虚拟现实技术也从虚拟现实（Virtual Reality，VR）逐步发展到增强现实（Augmented Reality，AR）和混合现实（Mixed Reality，MR）。虚拟现实（VR）主要是通过三维仿真技术模拟实体空间，再通过对人类的感官和触觉进行仿真模拟，让用户沉浸在虚拟环境中，模拟真实环境和体感，虚拟现实是纯粹的虚拟环境+虚拟对象。增强现实（AR）是将真实的环境添加虚拟对象，通过融合，让用户体验更接近真实世界的环境。混合现实技术（MR）包含了增强现实和虚拟现实，将真实环境和虚拟场景想融合，从而建立新的环境场景。它最主要的特点就是在虚拟场景下可以与现实世界进行信息交互。这会让用户体验更加真实。

VR到AR的变化，可以说是从建立虚拟环境，让用户沉浸在虚拟世界到把虚拟对象添加到真实环境的变化，也就是说VR是建立虚拟环境和虚拟对象，让用户在虚拟的世界进行交互，AR是现实世界叠加虚拟世界，让用户体验更接近真实环境的交互。MR则是包含了增强现实和虚拟现实的一种混合产物。一些国外学者认为MR不仅可以是Mixed Reality（混合现实）的缩写，也可以是Mediated Reality（调节现实）的缩写，也就是不仅有增强现实，也可以有“减弱”或“修改现实”。简单的说，就是你看到的现实，是计算机处理过的现实。

近些年很多国内外院校和培训机构将基于VR/AR的技术产品应用在课堂教学中，但是MR在教育培训中应用还比较少。在飞行员进行模拟训练时，引入了飞行控制仿真系统，来提供学员的实习实训环境。在气象系统业务培训中，也引入了虚拟仿真实训环境，为学员提供自动站维护、人工影响天气设备操作等虚拟实训平台。

二、MR技术应用于气象培训的优势

新冠肺炎疫情以来，全球经济、科技、教育等领域收到重创。疫情期间，很多面授形式的教育培训活动都按下了暂停键。虽然，通讯技术迅速发展，线上教育得到了大力发展，但是线上教学手段的弊端也凸显。例如学生和老师的互动、反馈信息较差，远远达不到线下教学的水平。但是，如果将MR技术运用在线上教学，模拟真实的教学场景，让学员沉浸在各种不同的教学场景中，甚至是教师和学员多人协同完成教学内容，这会大大提高学员线上学习的兴趣，让学员更容易专注的学习，同时增加了线上快速反馈，让学员能快速解决问题。

MR技术不仅可以运用在线上教学，也同样可以在面授中使用。这种基于MR技术的教学课堂，会让学员感到新颖，可以激发学员学习的积极性和主动性，同时也可以让学员更加专注到学习当中，让学员产生更多的思考，推动气象行业员工进行自主学习，更新知识体系，提高业务水平。

   气象行业有很多危险设备、大型设备和复杂设备。在面授培训中往往不能现场拆解这些设备，了解其内部构造。MR技术可以为设备安全操作提供平台，让教师在讲解时，安全的拆解设备，甚至可以与VR全景或者三维全息影像相结合，让学员更加深入的了解设备，在保障学员安全的情况下，完成教学任务。

三、MR技术在气象培训中的应用探索

在气象系统的安全操作培训和业务培训中，需要操作实训平台，但是像高炮、雷达等危险系数较大、或者体积较大的设备无法在培训场地上大批量存放，但是安全操作又需要在不同环境。这时候，MR技术就可以为学员提供各种真实场景下的设备安全操作实训练习平台，让学员在训练中，发现问题，解决问题。

在气象干部培训中，需要很多现场互动场景，但是很多时候，是没办法到现场参观互动。MR技术也可以为学员提供各种真实场景下互动学习，让学员身临其境的学习互动。

    MR技术可以为气象培训提供虚拟课堂，模拟真实的气象条件和环境，让学生沉浸在该环境中，进行学习互动、操作实训和技能考察，从而达到教学目的。MR技术还可以为气象培训提供虚拟实验室，将现实中危险和难度较大的设备，通过虚拟仿真技术建立设备模型，放入真实场景，或模拟真实环境出现的问题，让学员进行实操练习，从而提升学员的实际操作能力，为气象业务发展提供技术人才。

四、MR技术应用于气象培训存在的问题

现如今，MR的设备的价格还十分昂贵，建设一间满足40人同时学习的MR教室花费很大，并且除硬件外，还需要根据需求开发相应的课程软件，由于技术还不成熟，MR课程的开发周期比较长，价格也比较高，往往课程开发出来以后，内容已经更新，这是MR技术最大的问题，这个问题制约了MR技术的应用。

其次是，了解MR技术的专业教师还很少，很少有教师在课程设计时想到融入MR技术，这也导致MR技术运用在培训教育中的教学方法少之又少。通过MR平台进行操作实训后，如何评估该学员能在真实设备上进行操作也是很重要问题，建立相应的评价体系也是后续需要研究的内容。

五、结束语

混合现实技术（MR）由于其自身的特点，在气象教育培训领域有极大的应用前景。本文对MR技术的特点和在气象教育培训中应用探索进心分析，为今后MR技术在气象教育培训中应用提供了思路和方法。虽然MR技术还不成熟，价格也比较昂贵，但是MR技术在气象培训中的探索不能停止，培训教师也应该在课程开发设计时，积极探索运用MR技术。未来，MR技术会为气象教育领域带来更多可能。

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