你與海底的距離,只隔一個VR—新聞—科學網

2020-12-20 科學網

海底VR展示系統界面

海底高清照片

海底VR 體驗圖

對於大部分人來說，海底是個無法親身到達的神秘世界。但現在藉助VR（虛擬實境）技術，科學家讓你足不出戶就能身臨其境，感受真實的海底世界。

■本報記者 張文靜

走進真實的海底世界

你與西太平洋海底之間的距離，可能只隔著一個VR頭盔和一副手柄。

戴上VR頭盔，你就「來到」了位於青島的中科院海洋研究所科考專用碼頭上。你「登上」的「科學」號科考船正在緩緩駛出碼頭。抵達海域後，你的耳邊會響起一個聲音，向你介紹此次航行會開展哪些工作任務。這時，你可以進入「科學」號的ROV（即深海纜控潛器）操控室，這裡的大屏幕上正播放著真實的深海科考影像。你可以通過手柄指揮ROV的行進，引導它前後左右運行，瀏覽海底地形地貌，並操控ROV機械臂開展深海生物和巖石取樣、原位探測等科學研究和實驗。這些操作與科學家在海上的科考實景一模一樣。

這樣的情景得以實現，是基於中科院海洋研究所的科學家們製作的兩套海底VR展示系統，包括了面向科研用途與科普用途（即中國科協虛擬實境科技館「龍宮探寶」項目）兩個部分。對海上科考實景的再現是「龍宮探寶」項目的一個版塊，該項目的另一個版塊是海底探秘活動互動體驗，包括西太平洋雅浦海山、南海冷泉和衝繩海槽熱液三種場景。

「在海底熱液場景，體驗者可以觀看熱液區生態群落的情況和地形地貌，觀察『海底黑煙囪』噴發熱液硫化物，可以利用手柄抓取探針測量熱液窗口的溫度。熱液區有著豐富的深海生物，你還可以通過機械臂等採樣裝置採集樣品。」中科院海洋研究所科普辦公室主任劉洋介紹說，在海山場景，體驗者可以操控ROV進行海底瀏覽，觀測海底地形地貌，並完成海底沉積物樣品採集和海綿、珊瑚兩種生物樣品採集任務；南海冷泉場景則包括甲烷氣體採集和鎧甲蝦抓取等任務。

科研用途的海底VR展示系統包括一個面積約達25400平方米的海底地形圖，圖中包含冷泉噴口和大量貽貝、鎧甲蝦的生長和分布情況以及科學家布放的深海著陸器、海底原位生物培養裝置和誘捕裝置等。

「海底VR科研系統也可以面向公眾進行科普活動。」中科院海洋研究所高級工程師欒振東介紹說，「與主要面向中小學生的『龍宮探寶』相比，這套科研系統更偏向於向高中生及以上程度的體驗者介紹海底生態環境、海洋研究的現狀等內容。」

「龍宮探寶」項目最早有望在今年5月在國內部分科技館亮相，兩套系統也會在國內一些展覽中向公眾展示。

必須保證內容的科學性

在這套海底VR展示系統背後，是近年來我國科學家取得的大量深海科考成果。

2016年，「科學」號科考船搭載的「發現」號深海纜控潛水器，在南海海底執行「深海近海底理化條件的現場觀測與分析」項目的三個潛次調查中，距離海底3米左右航行，採集了超過200G的調查資料，包括海底地形、地貌等，拍攝了57萬餘張高清照片，正是這些龐大的科考數據，為海底VR展示系統奠定了厚實的基礎。那個面積達25400平方米的海底地形圖，就是由這57萬多張高清圖片經過數據處理、拼接製作而成的。

「當時，無人潛水器下潛是國內首次利用了搭載的近海底地球物理探測系統、三維雷射影像系統與國產長基線定位系統配合作業，因此每張照片都有精確的水深和位置信息。」欒振東說，所以，在海底VR系統中的任何一個點，使用者也能精確識別其水深、位置和底質類型，這對未來實際科學考察過程中生物和地質樣品採集、深海原位設備布放、拖網調查區域的選取和生物定量研究方面都有著重要的實用意義。

「同時，對於科普體驗者來說，他們戴著VR頭盔所看到的海底環境都是完全真實的，包括高清的海底碳酸鹽巖和生物的分布情況、冷泉噴湧的場景等，與人搭乘潛水器下潛看到的場景是一樣的。」欒振東說。

「龍宮探寶」項目雖然考慮到趣味性等原因，加入了一些虛擬的內容，但其科學性也是最受重視的。「系統中所有的深海生物都請海洋分類學研究專家進行了鑑定，地形地貌請海洋地質學專家做了鑑定，虛擬科考船上的ROV機械手的抓取形態、船的構造等都請了相關專家一一確認。」劉洋說道。

海底VR展示系統的科學嚴謹性得以實現，離不開科研人員與VR技術人員之間的反覆溝通。「『龍宮探寶』項目製作開始時我們也走過彎路。」劉洋說，「一開始，技術人員做了一個版本，深海場景美輪美奐、晶瑩剔透，有很多漂亮的魚類，光線也非常充足，但科研人員一看就否定了，因為真正200米以下的深海環境是沒有光線的，深海生物也並不是都五顏六色的。所以這一版被完全推翻重做。就是這樣一點點溝通磨合，才能保證最大程度地還原真實的海底世界。」

讓海洋科考資源活起來

在劉洋看來，VR技術是非常適合與海洋科普相結合的。「VR技術引導人們以探索發現的視角來對深海環境進行感性的體驗，使用過這套海底VR展示系統的人們都說非常震撼。」

近年來，中國海洋科考不斷取得豐碩的成果，這為海洋科普提供了龐大的素材庫。

「過去我們看到的很多深海影像資料，包括奇特的物種和地貌等，都是國外拍攝的。這幾年，隨著『蛟龍』號、『科學』號等科考船有了潛入深海的能力，我們才能拍到這麼多珍貴的影像。而且，我們『科學』號上的ROV攝像頭是世界上最高清的，拍攝的影像效果非常震撼。這為海洋科普累積了豐富的資源。」劉洋說，同時，現在很多人對我國的海洋科考裝備、科考工作和研究成果等還不了解，海底VR系統也給了人們近距離接觸海洋科考工作的機會。

在欒振東看來，VR技術也許很快就不能滿足需要了，今年他們計劃把海底VR展示系統中的一部分內容改造成AR（增強現實）版本。「到時體驗者可以不用戴頭盔，也不同拿手柄，系統能夠自動識別人的手勢，人與系統的互動將更為輕鬆、靈敏和準確，深海生物對光線等條件變化的反應也能更好地得到體現。」

在海底VR展示系統中，不僅深海生物等得到了真實的展現，連海底環境中的汙染物也被真實還原。「比如，我們在深海中發現了玻璃瓶子等，在系統中也標記為『器物』，告訴人們即使在人類活動如此稀少的地方還是有汙染物存在，提醒大家要保護深海這片淨土。」欒振東說。

在劉洋看來，這幾年隨著國家對海洋戰略的重視，海洋科學研究的投入在逐漸增加，科普活動也比以前更加豐富。但與全民科普的空間探測研究等相比，海洋科普還遠遠不夠。「目前我國的海洋研究在近海生態、深海探測、裝備研究等方面都取得了很多成果，怎麼將這些資源轉化為科普產品，還需要更多人員、資金和時間的投入。比如，科考船出去後，是否也可以將船上的科考實驗、科考生活通過直播連線展現給公眾，各種科普形式都可以考慮。」

劉洋和欒振東在接受採訪時均表示，此次的海底VR展示系統只是將海洋科考資源轉化為科普產品的一次嘗試，未來還會融合更多研究成果，繼續開發相關的科普資源。

《中國科學報》 (2017-03-24 第5版 文化)

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