海底VR展示系统界面

海底高清照片

海底VR 体验图

  对于大部分人来说,海底是个无法亲身到达的神秘世界。但现在借助VR(虚拟现实)技术,科学家让你足不出户就能身临其境,感受真实的海底世界。

■本报记者 张文静

走进真实的海底世界

你与西太平洋海底之间的距离,可能只隔着一个VR头盔和一副手柄。

戴上VR头盔,你就“来到”了位于青岛的中科院海洋研究所科考专用码头上。你“登上”的“科学”号科考船正在缓缓驶出码头。抵达海域后,你的耳边会响起一个声音,向你介绍此次航行会开展哪些工作任务。这时,你可以进入“科学”号的ROV(即深海缆控潜器)操控室,这里的大屏幕上正播放着真实的深海科考影像。你可以通过手柄指挥ROV的行进,引导它前后左右运行,浏览海底地形地貌,并操控ROV机械臂开展深海生物和岩石取样、原位探测等科学研究和实验。这些操作与科学家在海上的科考实景一模一样。

这样的情景得以实现,是基于中科院海洋研究所的科学家们制作的两套海底VR展示系统,包括了面向科研用途与科普用途(即中国科协虚拟现实科技馆“龙宫探宝”项目)两个部分。对海上科考实景的再现是“龙宫探宝”项目的一个版块,该项目的另一个版块是海底探秘活动互动体验,包括西太平洋雅浦海山、南海冷泉和冲绳海槽热液三种场景。

“在海底热液场景,体验者可以观看热液区生态群落的情况和地形地貌,观察‘海底黑烟囱’喷发热液硫化物,可以利用手柄抓取探针测量热液窗口的温度。热液区有着丰富的深海生物,你还可以通过机械臂等采样装置采集样品。”中科院海洋研究所科普办公室主任刘洋介绍说,在海山场景,体验者可以操控ROV进行海底浏览,观测海底地形地貌,并完成海底沉积物样品采集和海绵、珊瑚两种生物样品采集任务;南海冷泉场景则包括甲烷气体采集和铠甲虾抓取等任务。

科研用途的海底VR展示系统包括一个面积约达25400平方米的海底地形图,图中包含冷泉喷口和大量贻贝、铠甲虾的生长和分布情况以及科学家布放的深海着陆器、海底原位生物培养装置和诱捕装置等。

“海底VR科研系统也可以面向公众进行科普活动。”中科院海洋研究所高级工程师栾振东介绍说,“与主要面向中小学生的‘龙宫探宝’相比,这套科研系统更偏向于向高中生及以上程度的体验者介绍海底生态环境、海洋研究的现状等内容。”

“龙宫探宝”项目最早有望在今年5月在国内部分科技馆亮相,两套系统也会在国内一些展览中向公众展示。

必须保证内容的科学性

在这套海底VR展示系统背后,是近年来我国科学家取得的大量深海科考成果。

2016年,“科学”号科考船搭载的“发现”号深海缆控潜水器,在南海海底执行“深海近海底理化条件的现场观测与分析”项目的三个潜次调查中,距离海底3米左右航行,采集了超过200G的调查资料,包括海底地形、地貌等,拍摄了57万余张高清照片,正是这些庞大的科考数据,为海底VR展示系统奠定了厚实的基础。那个面积达25400平方米的海底地形图,就是由这57万多张高清图片经过数据处理、拼接制作而成的。

“当时,无人潜水器下潜是国内首次利用了搭载的近海底地球物理探测系统、三维激光影像系统与国产长基线定位系统配合作业,因此每张照片都有精确的水深和位置信息。”栾振东说,所以,在海底VR系统中的任何一个点,使用者也能精确识别其水深、位置和底质类型,这对未来实际科学考察过程中生物和地质样品采集、深海原位设备布放、拖网调查区域的选取和生物定量研究方面都有着重要的实用意义。

“同时,对于科普体验者来说,他们戴着VR头盔所看到的海底环境都是完全真实的,包括高清的海底碳酸盐岩和生物的分布情况、冷泉喷涌的场景等,与人搭乘潜水器下潜看到的场景是一样的。”栾振东说。

“龙宫探宝”项目虽然考虑到趣味性等原因,加入了一些虚拟的内容,但其科学性也是最受重视的。“系统中所有的深海生物都请海洋分类学研究专家进行了鉴定,地形地貌请海洋地质学专家做了鉴定,虚拟科考船上的ROV机械手的抓取形态、船的构造等都请了相关专家一一确认。”刘洋说道。

海底VR展示系统的科学严谨性得以实现,离不开科研人员与VR技术人员之间的反复沟通。“‘龙宫探宝’项目制作开始时我们也走过弯路。”刘洋说,“一开始,技术人员做了一个版本,深海场景美轮美奂、晶莹剔透,有很多漂亮的鱼类,光线也非常充足,但科研人员一看就否定了,因为真正200米以下的深海环境是没有光线的,深海生物也并不是都五颜六色的。所以这一版被完全推翻重做。就是这样一点点沟通磨合,才能保证最大程度地还原真实的海底世界。”

让海洋科考资源活起来

在刘洋看来,VR技术是非常适合与海洋科普相结合的。“VR技术引导人们以探索发现的视角来对深海环境进行感性的体验,使用过这套海底VR展示系统的人们都说非常震撼。”

近年来,中国海洋科考不断取得丰硕的成果,这为海洋科普提供了庞大的素材库。

“过去我们看到的很多深海影像资料,包括奇特的物种和地貌等,都是国外拍摄的。这几年,随着‘蛟龙’号、‘科学’号等科考船有了潜入深海的能力,我们才能拍到这么多珍贵的影像。而且,我们‘科学’号上的ROV摄像头是世界上最高清的,拍摄的影像效果非常震撼。这为海洋科普累积了丰富的资源。”刘洋说,同时,现在很多人对我国的海洋科考装备、科考工作和研究成果等还不了解,海底VR系统也给了人们近距离接触海洋科考工作的机会。

在栾振东看来,VR技术也许很快就不能满足需要了,今年他们计划把海底VR展示系统中的一部分内容改造成AR(增强现实)版本。“到时体验者可以不用戴头盔,也不同拿手柄,系统能够自动识别人的手势,人与系统的互动将更为轻松、灵敏和准确,深海生物对光线等条件变化的反应也能更好地得到体现。”

在海底VR展示系统中,不仅深海生物等得到了真实的展现,连海底环境中的污染物也被真实还原。“比如,我们在深海中发现了玻璃瓶子等,在系统中也标记为‘器物’,告诉人们即使在人类活动如此稀少的地方还是有污染物存在,提醒大家要保护深海这片净土。”栾振东说。

在刘洋看来,这几年随着国家对海洋战略的重视,海洋科学研究的投入在逐渐增加,科普活动也比以前更加丰富。但与全民科普的空间探测研究等相比,海洋科普还远远不够。“目前我国的海洋研究在近海生态、深海探测、装备研究等方面都取得了很多成果,怎么将这些资源转化为科普产品,还需要更多人员、资金和时间的投入。比如,科考船出去后,是否也可以将船上的科考实验、科考生活通过直播连线展现给公众,各种科普形式都可以考虑。”

刘洋和栾振东在接受采访时均表示,此次的海底VR展示系统只是将海洋科考资源转化为科普产品的一次尝试,未来还会融合更多研究成果,继续开发相关的科普资源。