地球和太空可視化軟件輔助交互式教育

地球和太空可視化軟件輔助交互式教育

Programs Visualize Earth and Space for Interactive Education

受益于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）與其它部門合作開發(fā)的新技術(shù)，人們現(xiàn)在可以方便地看到世界各地甚至宇宙中的景色了。例如，僅需輕點(diǎn)幾下鼠標(biāo)，NASA的“看地球”（Eyes on the Earth）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件就可以帶我們像在地球衛(wèi)星上飛翔一樣觀看地球的景色；“看太陽(yáng)系”（Eyes on the Solar System）軟件則能讓我們感覺像是在太陽(yáng)系中遨游，并可以隨時(shí)駐足在所看到的星球或者飛船上；“看外星系”（Eyes on Exoplanets）則可以讓我們近距離地觀察銀河系中太陽(yáng)系外的其它星球。而這些畫面在過(guò)去只能靠想象。

故事始于2004年。NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室可視化技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)部的經(jīng)理凱文?赫西與同事聊天時(shí)，這位同事說(shuō)：“如果在飛船探索太空時(shí)，我們能隨著飛船看到太空未知的世界，會(huì)不會(huì)很酷？” 凱文?赫西立刻被這一想法所吸引。他開始與實(shí)驗(yàn)室的其他同事合作，開發(fā)這種軟件的原型，稱為“DirectX 9”，用以實(shí)時(shí)展示首個(gè)進(jìn)入土星軌道的飛船——“卡西尼”探測(cè)器上觀測(cè)到的景象。不久之后，凱文?赫西的團(tuán)隊(duì)采用一款名為“Unity3D”的游戲開發(fā)程序創(chuàng)建了視頻游戲風(fēng)格的內(nèi)容，以增強(qiáng)可視化效果，并融入了程序交互功能。在成功開發(fā)出“卡西尼土星”交互探險(xiǎn)軟件后，凱文?赫西接到了新的開發(fā)需求，首先是要將地球周圍的飛船都囊括進(jìn)去，然后是太陽(yáng)系的飛船。

經(jīng)過(guò)近10年的發(fā)展，目前，凱文?赫西的團(tuán)隊(duì)已擁有12名成員，專業(yè)開發(fā)探索太空的新途徑。在“好奇”號(hào)火星探測(cè)器著陸火星期間，在3天的時(shí)間里，世界各地約有120萬(wàn)名訪客登錄“看太陽(yáng)系”軟件，而在2013年小行星DA14掠過(guò)地球時(shí)，有35萬(wàn)名用戶登錄了“看地球”軟件，8.4萬(wàn)人登錄了“看太陽(yáng)系”軟件。

這些軟件擁有許多奇特的功能，其中之一是能夠?qū)崟r(shí)展示太空?qǐng)鼍?。利用飛船上獲得的信息，該團(tuán)隊(duì)采用游戲引擎技術(shù)來(lái)展示實(shí)時(shí)發(fā)生的事情。例如，對(duì)于“好奇”號(hào)火星探測(cè)器來(lái)說(shuō)，該實(shí)時(shí)可視化軟件基于預(yù)測(cè)的遙測(cè)技術(shù)，展示的“好奇”號(hào)火星探測(cè)器著陸場(chǎng)景與實(shí)際僅有不到1s的誤差。

2008年“看地球”軟件開發(fā)完成后，凱文?赫西接受了幫助重新設(shè)計(jì)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的管理大廳的任務(wù)。他的第一個(gè)想法就是利用投影圖像來(lái)創(chuàng)造一種太空體驗(yàn)。于是，他在網(wǎng)上查找了能幫他實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法的公司，最終找到了領(lǐng)英（Elumenati）公司。

凱文?赫西與領(lǐng)英公司取得了聯(lián)系，并與領(lǐng)英公司通訊部的主管希拉里?麥克維克爾進(jìn)行了交談。希拉里?麥克維克爾介紹了領(lǐng)英公司創(chuàng)造浸入式環(huán)境的軟硬件產(chǎn)品。其中，領(lǐng)英公司的光學(xué)專利產(chǎn)品可在任意形狀和尺寸的超寬屏幕上投影圖像、視頻和交互內(nèi)容，包括可營(yíng)造天文館體驗(yàn)感的全封閉拱形結(jié)構(gòu)，可模擬飛行和行星表面探索的全景裝置等。這些技術(shù)使得浸入式環(huán)境能非常有效地創(chuàng)造學(xué)習(xí)、合作對(duì)話的空間，以及良好的效果。

盡管凱文?赫西負(fù)責(zé)的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理大廳項(xiàng)目最終被取消了，但他們與領(lǐng)英公司的合作得以延續(xù)。凱文?赫西的團(tuán)隊(duì)與領(lǐng)英公司合作，基于領(lǐng)英公司Unity3D的Omnity插件改進(jìn)了“看地球”和“看太陽(yáng)系”軟件，使其能夠在拱頂和球體上進(jìn)行內(nèi)容的交互展示。

2009年，領(lǐng)英公司將其改進(jìn)的NASA軟件在美國(guó)科學(xué)技術(shù)中心協(xié)會(huì)的年會(huì)上進(jìn)行了展示，參與者利用視頻游戲手柄可在領(lǐng)英公司制造的地球拱頂上控制“看地球”軟件的操作，實(shí)現(xiàn)與軟件的互動(dòng)。

從噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室獲得軟件的授權(quán)之后，領(lǐng)英公司開始向不同的客戶提供不同版本的產(chǎn)品。目前，已有30多家客戶采用領(lǐng)英公司的地球拱頂網(wǎng)絡(luò)來(lái)開展互動(dòng)式地球和太空科學(xué)教育，并且使用人數(shù)還在增加。這是一種推廣“看地球”和“看太陽(yáng)系”軟件的有效方式。

在領(lǐng)英公司從NASA的技術(shù)獲益的同時(shí)，NASA也從領(lǐng)英公司的技術(shù)中獲得了回報(bào)。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室繼戈達(dá)德空間飛行中心和馬歇爾空間飛行中心之后成為第三個(gè)購(gòu)買領(lǐng)英公司地球拱頂來(lái)展示教育內(nèi)容的NASA研究中心。事實(shí)上，2009年，戈達(dá)德空間飛行中心就已經(jīng)將地球拱頂產(chǎn)品帶到白宮來(lái)參加國(guó)際天文年的慶典了。

領(lǐng)英公司于2012年啟動(dòng)了拱頂增強(qiáng)的“看地球”和“看太陽(yáng)系”產(chǎn)品，其用戶包括學(xué)校、博物館、科學(xué)中心，以及其它提供地球和太空科學(xué)教育的機(jī)構(gòu)。在領(lǐng)英地球拱頂產(chǎn)品中，人們可以獲得NASA任務(wù)中收集到的數(shù)據(jù)，并置身于環(huán)形動(dòng)畫環(huán)境中。利用交互式控制，人們可探索行星、小行星、衛(wèi)星，并可選擇在時(shí)空中“飛行”的速度。

在產(chǎn)品正式上市之前，領(lǐng)英公司將NASA的技術(shù)融入其“科學(xué)全景圖”產(chǎn)品中，參加了北卡羅來(lái)納州自然科學(xué)博物館自然研究中心的盛大開幕式，觀眾嘆為觀止。該公司“看”系列產(chǎn)品的最初用戶之一——亞利桑那州立大學(xué)地球與太空探索學(xué)院采用了1塊3.66m的全景觸摸屏幕。領(lǐng)英公司的地球拱頂網(wǎng)絡(luò)用戶還可參與“看地球”和“看太陽(yáng)系”產(chǎn)品的公眾和專業(yè)開發(fā)。（計(jì)劃從明尼蘇達(dá)州地區(qū)天文館網(wǎng)絡(luò)中的13個(gè)站點(diǎn)開始。）

NASA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)豐富了領(lǐng)英公司的產(chǎn)品類型，拓展了其業(yè)務(wù)，也激發(fā)了年輕人投身天文科學(xué)研究的熱情。 (楠 譯)