曾耀寰

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擴(kuò)增實(shí)境擴(kuò)增科普雜志

曾耀寰

臺(tái)灣中研院天文及天文物理所

近年來，隨著計(jì)算機(jī)科技的進(jìn)步，以及物聯(lián)網(wǎng)的興起，擴(kuò)增實(shí)境(Augmented Reality)技術(shù)正步入一般人的日常生活中。擴(kuò)增實(shí)境在科學(xué)教育上也起到了輔助作用，而平面科普雜志可利用這一技術(shù)，從而擴(kuò)增閱讀平面雜志的視野，讓一個(gè)靜態(tài)的平面媒體能活靈活現(xiàn)地傳播科學(xué)知識(shí)和內(nèi)容?！犊茖W(xué)月刊》作為一份經(jīng)營46年的科普傳播雜志，嘗試?yán)脭U(kuò)增實(shí)境技術(shù)為科普內(nèi)容加值，以翔實(shí)的科學(xué)內(nèi)容，輔以最新網(wǎng)絡(luò)科技，讓更多的人受惠。

科普傳播 科學(xué)教育 擴(kuò)增實(shí)境

1 前言

早期科學(xué)傳播媒體多以報(bào)紙和雜志居多，臺(tái)灣在日占據(jù)時(shí)代只有從日本本土輸入的科普刊物，光復(fù)以后，陸續(xù)出版科普刊物作為科學(xué)傳播的主要媒介。1951年元月，臺(tái)灣第一份科普刊物問世，大眾科學(xué)研究出版社發(fā)行《大眾科學(xué)》，之后有《科學(xué)匯報(bào)》《科學(xué)畫報(bào)》《科學(xué)教育》，1970年由海外留學(xué)生創(chuàng)辦《科學(xué)月刊》，將臺(tái)灣科普刊物帶入蓬勃發(fā)展的階段，后繼的《牛頓》和《科學(xué)人》雜志都有不錯(cuò)的成效。

另一平面媒體——報(bào)紙對(duì)科普傳播的主要內(nèi)容偏重在科學(xué)新聞，除偶有少數(shù)科學(xué)性專欄外 (例如《人間福報(bào)》的“遇見科學(xué)”專欄、《聯(lián)合報(bào)》的“新聞中的科學(xué)”專欄)，報(bào)紙對(duì)當(dāng)下發(fā)生的科學(xué)性議題，可以發(fā)揮實(shí)時(shí)報(bào)道的功能。此外，電視也能提供動(dòng)態(tài)的科學(xué)新知，有時(shí)電視臺(tái)制播科學(xué)性電視節(jié)目 (例如 Discovery channel和BBC的“The Earth”)，對(duì)科普傳播的功效卓著。但隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨，這些傳統(tǒng)平面媒體以及電視對(duì)科普傳播的能力受到影響。美國研究委員會(huì) (The Research Council，TRC)每兩年出版《科學(xué)與技術(shù)指標(biāo)》(Science and Technology Indicators)，在第七章的公眾態(tài)度中指出，比較2001年到2012年間美國人對(duì)實(shí)時(shí)新聞事件的接受來源分布(見圖1)，發(fā)現(xiàn)主要的來源是電視，其次是報(bào)紙，因特網(wǎng)在 2001年所占比例不到 10%，但卻是逐年增加，大約在 2007年間超越報(bào)紙，而電視的比例緩慢下降，估計(jì)不久就會(huì)被因特網(wǎng)超過。

若只針對(duì)科學(xué)和科技相關(guān)的新聞，因特網(wǎng)早在2003年就超過報(bào)紙，2010年超過電視 (見圖2)。若是特定的科學(xué)性議題，由于網(wǎng)絡(luò)搜尋的便利性，早就遙遙領(lǐng)先電視和報(bào)紙 (圖3)。值得注意的是科普雜志的接受率，根據(jù) 2014年的《科學(xué)與技術(shù)指標(biāo)》調(diào)查，對(duì)于科學(xué)與科技的信息只有 7%來自報(bào)紙，8%來自雜志，這不僅是科普雜志的困境，也是一般平面雜志共同面對(duì)的難題，平面媒體該如何在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代存活下來，并達(dá)到原有的目標(biāo)，科普雜志也面對(duì)相同的課題。

圖1 2001—2012年間，美國人對(duì)實(shí)時(shí)新聞事件的接受來源比例分析

圖2 2001—2012年間，美國人對(duì)科學(xué)與科技相關(guān)新聞的接受來源比例分析

圖3 2001—2012年間，美國人對(duì)特定科學(xué)議題的接受來源比例分析

通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)經(jīng)營科普傳播已有一些成功的例子，例如臺(tái)灣的泛科學(xué)(http://pansci.tw)以及大陸的果殼網(wǎng)(http:// www.guokr.com)。這些網(wǎng)站沒有定時(shí)刊登的實(shí)體刊物，完全通過因特網(wǎng)發(fā)布與科學(xué)相關(guān)的科普文章和評(píng)論，近來網(wǎng)站經(jīng)營結(jié)合臉書以及主動(dòng)推播工具，更增加該網(wǎng)站的普及程度。但網(wǎng)站對(duì)于文章內(nèi)容的字?jǐn)?shù)多寡有所限制，這也是網(wǎng)絡(luò)文章的主要不便之處，一般人較難在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上閱讀較多文字?jǐn)⑹龅奈恼隆€(gè)人認(rèn)為這可能是平面雜志還能繼續(xù)經(jīng)營的契機(jī)。

2 擴(kuò)增實(shí)境

網(wǎng)絡(luò)科技進(jìn)步神速，早年發(fā)展的全球信息網(wǎng)(World Wild Web)，可以通過超文字協(xié)議(Hyper Text Transfer Protocol， http)鏈接網(wǎng)絡(luò)上的各種資源，包括文字、影像、聲音和影片，借此達(dá)到多媒體信息的傳播，也包括科學(xué)知識(shí)信息的傳播。

幾年前，全球信息網(wǎng)甚至通過虛擬實(shí)境(Virtual Reality， VR)技術(shù)，可以讓使用者在網(wǎng)頁上互動(dòng)點(diǎn)選內(nèi)容，達(dá)到虛擬世界的境界，甚至可以自制硬紙板，搭配智慧手機(jī)達(dá)到 VR的效果。VR發(fā)展于上世紀(jì)50年代，人類可以通過各種感應(yīng)和顯示系統(tǒng)，做到與人造的虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)，令人印象深刻的例子是1999年好萊塢科幻電影《黑客任務(wù)》(Matrix)，一開始展現(xiàn) 1999年的人類世界，其次是 2199年機(jī)械世界的母體 (Matrix)所產(chǎn)生的虛擬世界，母體透過內(nèi)建的各種程序，借由和人體大腦神經(jīng)聯(lián)結(jié)的連接器，使視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、心理等信號(hào)傳遞到人類大腦時(shí)都彷佛是真實(shí)的，所有的人類都活在一個(gè)程控的虛擬世界。

20世紀(jì)60年代，美國的蘇澤蘭(Ivan Sutherland)及其哈佛大學(xué)、猶他大學(xué)學(xué)生共同開發(fā)出一套稱做擴(kuò)增實(shí)境(Augmented Reality，AR)的系統(tǒng)，20世紀(jì)70、80年代在美國空軍阿姆斯特朗實(shí)驗(yàn)室、NASA艾密斯研究中心、北卡大學(xué)教堂山分校等，有些人從事擴(kuò)增實(shí)境研究。1990年，波音創(chuàng)造擴(kuò)增實(shí)境（AR）這個(gè)名詞，開發(fā)出實(shí)驗(yàn)性的擴(kuò)增實(shí)境系統(tǒng)，協(xié)助工人裝配管線設(shè)備。擴(kuò)增實(shí)境是利用計(jì)算機(jī)收集或產(chǎn)生的信息，擴(kuò)增使用者的感官知覺。VR是像母體一樣，企圖將虛擬世界取代真實(shí)世界，擴(kuò)增實(shí)境則是在實(shí)境上填補(bǔ)數(shù)據(jù)。Google眼鏡就是擴(kuò)增實(shí)境的實(shí)例，它是一個(gè)可穿戴式的計(jì)算機(jī)，主要配件有顯示器、照相機(jī)和一些感測輸入器，能接收影像、加速度、方向、磁場等信息，并通過語音指令和因特網(wǎng)服務(wù)聯(lián)系溝通，并將所需數(shù)據(jù)輸出在小型顯示器，實(shí)時(shí)擴(kuò)增使用者的信息內(nèi)容。

擴(kuò)增實(shí)境也可運(yùn)用在科學(xué)教育上，將一些抽象的以及可實(shí)驗(yàn)操作的概念，借由擴(kuò)增實(shí)境的知覺回饋與互動(dòng)性輔助教學(xué)，尤其是近年來個(gè)人使用的行動(dòng)裝置盛行，大大增加了擴(kuò)增實(shí)境的普及性。根據(jù)臺(tái)灣發(fā)展計(jì)劃主管部門 2014年的個(gè)人家戶數(shù)字機(jī)會(huì)調(diào)查報(bào)告，臺(tái)灣12歲以上民眾當(dāng)中，曾經(jīng)上網(wǎng)民眾的比例有78%，2005年為62.7%。換算為人數(shù)，網(wǎng)絡(luò)族約1631萬人。此外，曾使用無線上網(wǎng)的比例達(dá)91.5%，相較于2013年的76.6%，一年間快速成長14.9個(gè)百分點(diǎn)。12歲以上網(wǎng)絡(luò)族 84.9%擁有智能型手機(jī)，智能型手機(jī)擁有率首年超越桌上型計(jì)算機(jī)(81.2%)。由此可見，行動(dòng)裝置上網(wǎng)成為民眾隨時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)獲取信息的重要工具，而隨著物聯(lián)網(wǎng)的來臨以及微機(jī)電產(chǎn)品的普及，手機(jī)的多感應(yīng)偵測器可成為擴(kuò)增實(shí)境的好工具。

擴(kuò)增實(shí)境的原理是將虛擬的二維、甚至三維的對(duì)象融合到真實(shí)的環(huán)境中，借由行動(dòng)裝置內(nèi)置的相機(jī)持續(xù)拍攝使用者觀看的影像，并與虛擬的對(duì)象結(jié)合，同時(shí)輸出到行動(dòng)裝置的顯示屏幕上，達(dá)到擴(kuò)增使用者的實(shí)際體驗(yàn)。2011年，臺(tái)灣師范大學(xué)科學(xué)教育研究所邱美虹教授所主導(dǎo)的高瞻計(jì)劃，與臺(tái)北市萬芳高中的自然科教師合作研發(fā)擴(kuò)增實(shí)境教具，內(nèi)容包含物理、化學(xué)、生物等自然學(xué)科，例如納米碳管輔助教具。納米碳管是直徑 5~30納米的細(xì)長管狀碳分子，屬于第四種碳原子的同素異性體。由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在教學(xué)上不易呈現(xiàn)，因此該研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)三種納米碳管的擴(kuò)增實(shí)境教材，讓學(xué)生借由手機(jī)，可從不同角度觀察納米碳管，并比較它們的結(jié)構(gòu)差異 (如圖4)，幫助學(xué)習(xí)。

3 擴(kuò)增實(shí)境與平面科普雜志

由于擴(kuò)增實(shí)境的特有功能，可以在已有的實(shí)際環(huán)境中融合更多的信息，可以讓學(xué)習(xí)不僅限于校園、教室，甚至課本當(dāng)中，此外也可用在博物館和戶外教學(xué)?，F(xiàn)市面上已有一些結(jié)合擴(kuò)增實(shí)境的教育性書籍，例如 Carlton Books Ltd出版的《iSolar System》、《iDinosaur》以及《Jurassic World: Where Dinosaurs Come to Life》，讓平面的書籍呈現(xiàn)出三維世界，擴(kuò)增了書籍所能呈現(xiàn)的空間和信息。根據(jù)這個(gè)想法，《科學(xué)月刊》也從2015年8月首次嘗試在平面科普雜志增加擴(kuò)增實(shí)境的內(nèi)容。

圖4 邱美虹團(tuán)隊(duì)研發(fā)納米碳管立體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)增實(shí)境

《科學(xué)月刊》創(chuàng)刊至今已有 45年，是臺(tái)灣持續(xù)經(jīng)營較久的科普刊物，因應(yīng)市場以及閱讀習(xí)慣的需求，從2015年元月開始全面改版，不僅有更活潑生動(dòng)的彩色編排，更將原有專欄改成以輔助高中科學(xué)教育內(nèi)容為導(dǎo)向，為十二年高中科學(xué)教育盡一份心力。除此之外，《科學(xué)月刊》也與邱美虹教授團(tuán)隊(duì)合作，打算針對(duì)擴(kuò)增實(shí)境的高中自然科輔助教具，連續(xù)刊登相關(guān)教學(xué)課程內(nèi)容，分享給其他有需要的學(xué)校和自然科老師。不僅專欄內(nèi)容，我們也將該團(tuán)隊(duì)陳怡宏老師的化學(xué)擴(kuò)增實(shí)境成果放到《科學(xué)月刊》(如圖5)，讀者可從雜志當(dāng)中的特定圖卡，自行操作觀看三維立體結(jié)構(gòu)的化學(xué)分子，甚至可以選擇不同的呈現(xiàn)方式觀看其分子結(jié)構(gòu)。

圖5 由萬芳高中陳怡宏老師制作的甲烷擴(kuò)增實(shí)境

4 討論與結(jié)論

屬于傳統(tǒng)平面媒體的報(bào)紙、科普雜志和書籍都是實(shí)體，提供科學(xué)知識(shí)，這些平面媒體講求的是內(nèi)容正確、有趣、富科學(xué)教育意義，在美編上力求美觀、可讀性，甚至能讓讀者目不轉(zhuǎn)睛。而網(wǎng)絡(luò)媒體則是應(yīng)用快速的網(wǎng)絡(luò)鏈接以及互動(dòng)性，幾乎將所有的數(shù)據(jù)內(nèi)容全部收集呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上。但近年來手持裝置的全面普及，在 3G/4G網(wǎng)絡(luò)通訊下，任何人可以在大多數(shù)的地點(diǎn)隨時(shí)獲取想要的信息，個(gè)人認(rèn)為正可成為傳統(tǒng)平面媒體和網(wǎng)絡(luò)媒體相互連結(jié)的橋梁。

網(wǎng)絡(luò)媒體講求的是快速和大量信息來源，但也限制了單一信息的內(nèi)容量，從手機(jī)上讀取一份長達(dá)3000字的訊息，不僅有礙快速讀取，閱讀者也沒有耐心用小小的方寸屏幕閱讀。但為了科普傳播和科學(xué)教育的目標(biāo)，現(xiàn)今人類的閱讀習(xí)慣還是得靠平面媒體來達(dá)成，因此手持裝置 (手機(jī)或平板計(jì)算機(jī) )可以大大擴(kuò)增科普雜志的范圍，不僅可以讓三維的虛擬對(duì)象從二維的科普雜志跳躍出來，甚至可以借由通訊網(wǎng)路的輔助，擴(kuò)增科普內(nèi)容。8月號(hào)《科學(xué)月刊》的擴(kuò)增實(shí)境是實(shí)體平面雜志和虛擬立體空間的首次相遇，也希望未來能持續(xù)結(jié)合高科技數(shù)字技術(shù)，讓更多人能坐下來仔細(xì)閱讀科學(xué)！

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