沙盘游戏效果，沙盘模拟视频教程

想象一下这个场景:

一名学生在一个4×3英尺的盒子里用耙子刮沙子，形成山丘和山谷。在它的上方，一个微软Kinect摄像头会自动测量与沙子的距离，并在沙盘上投影轮廓和颜色——冷色是凹陷，暖色是峰。

随着学生不断在山峰周围推沙，颜色开始变化，形成绿色和橙色的岛屿和蓝色的海洋。当学生将手掌放在山顶时，虚拟的雨就会倾泻而下。他们终于穿过了高峰，流入了蓝色。

在这个增强现实沙盒的帮助下，许多巨大、缓慢、复杂的地理过程可以变得更加明显和有形。

该学生使用了LakeViz3D项目专门设计的增强现实沙箱，该项目旨在培养公众对淡水生态系统管理的意识。与让用户沉浸在数字生成环境中的虚拟现实不同，增强现实将视觉、声音和其他数字效果叠加在现实世界的场景上，允许用户进行操作。

其结果是这个地理科学教育和科学交流的互动工具。地理上的难题之一是虚拟化发生在更大的空和时间尺度上。然而，在这个“塑造我们的世界AR沙盒”(以下简称“增强现实沙盒”)的帮助下，许多巨大、缓慢和复杂的地理过程可以变得更加明显和有形。

什么是增强现实沙盒？

增强现实沙盘结合了探索性学习的力量，允许用户使用与地理相关的数字成像来塑造沙堆，并通过独立创建地形模型来获得动觉体验。

增强现实沙箱使用电脑跌落仪器和安装在沙箱上方的动态跟踪设备(如微软的Kinect摄像头)。当用户在沙盘上画出一个沙子的图形时，相机会测量与下面沙子的距离。3D模型的沙面用于投影等高线和颜色编码的高度图，以表示沙面上的相应地形。当用户移动沙子时，相机会注意到这种变化，投影的颜色和轮廓也会随之改变。

当摄像头检测到沙盘表面一定高度的物体(比如手)时，物体下方会出现虚拟雨，沙子上的蓝色纹理也会动态变化。根据运动规律和沙子的形状，虚拟的雨落在沙子上，然后慢慢渗入土壤。用户也可以选择按下电脑上的一个按钮，虚拟雨就会快速排出。

虚拟现实沙盘的原型是由加州大学戴维斯分校的KeckCAVES开发的。该项目最初是受捷克研究人员开发的Sandy Station项目的启发。

根据多学科国家科学基金会(NSF)资助的LakeViz3D项目，虚拟沙盘原型已经转变为科学教育的交互式公共展览。科学家、科学教育工作者、评估者、博物馆专家和媒体开发人员共同创建了一个3D系统，以帮助公众了解淡水生态系统管理。前四个增强现实沙盘设置在LakeViz3D合作伙伴科学中心:凯克洞穴，加州伯克利的劳伦斯科学博物馆，内华达州的太浩环境研究中心，佛蒙特州尚普兰湖的莱希生态、文化、历史和机会中心。

增强现实沙盒中使用的软件由KeckCAVES开发，使用开源的增强现实开发工具VRUI。流动可视化基于圣维南浅水方程，它也是纳维尔-斯托克斯流体流动方程的深度集成版本。

积极参与和适应地球科学研究。

增强现实沙盒于2012年首次从博物馆发布。从那时起，该设备已被全球150多所大学、研究中心、会议、政府组织和学校采用。应用范围涵盖各类地球科学课题和学习环境。

无论年龄，无论背景，人们总是喜欢探索和学习。增强现实沙箱提供的有形交互和各种查询提高了用户的参与度。用户最初被明亮的颜色和视觉水流所吸引。当他们发现自己的动作不仅能变换沙子的形状，还能控制视觉内容时，他们就会真正上瘾。

在LakeViz3D的沙盒中，用户通常可以在沙盒前停留20分钟以上(有时甚至超过数小时)，这远远超过了其他单个展品所花费的时间。此外，用户经常合作设置任务，尤其是在用沙子堆积特殊地貌时。

教育工作者可以使用增强现实沙盒来展示一系列交互式地球科学概念。例如，他们可以展示或鼓励学生在表面构建各种地貌特征，并解释这些地貌特征是如何通过各种变化产生的，如洪水、侵蚀、地质结构和冰河时期。

美国地质调查局瀑布火山观测站在其报告中表示，“增强现实沙盒是一种令人着迷的讲故事设备。”他们用沙盘向游客展示复合火山(如1980年爆发的索圣海伦斯火山)是如何形成的，以及熔岩可以流动多远。

教育工作者使用增强现实沙盘成功地向大学水平的学生教授了关于地理分支图、水文学和地形学的知识。在加州大学戴维斯分校，地质结构课程的大四学生在出门到野外之前，会用增强现实沙盘构思地下结构。

来自东卡罗莱纳大学的教师报告说，增强现实沙盘帮助学生解释地质实验室中的等高线和可视化的3D景观，这些往往在地图中被描述为线，让学生感到无所适从。此外，来自东卡罗莱纳大学的学生在沙盘上建立了一个模型，以预测和探索水是否可以从一个盆地的表面自然流向相邻的盆地。

在雷德兰兹大学，地质学和自然灾害的导师们发现，闪存盘减少了空之间的学习障碍，可以帮助学生发展他们理解地形及其应用的直觉。

基于以上积极的结果，我们建议增强现实沙盘应该在大学地理研究中得到更广泛的应用。

作为科学交流和研究工具的增强现实沙盘

除了提高用户参与度和学习收获，科学家还可以通过增强现实闪存驱动器向政策制定者、资助机构和公众展示他们的研究成果。

最近，一个增强现实沙盒出现在美国科学促进会的年会上。此外，增强现实沙盘还在吸引了30多万人的美国科学与工程节和白宫水峰会上展出。这个特殊的沙盘后来被安装在霍华德大学校园数学与科学中学的六年级教室里。

在这些场合，增强现实沙盒提供的可视化功能已经成为一种强大的宣传和交流工具，它为政治家、合作者、学生和投资者提供了围绕大数据的更深入的交流材料，涉及不断变化的本地和全球系统。例如，土地管理和规划部门可以在增强现实沙盘中测试环境变化，完成相关的自然灾害规划决策。

事实上，英国纽卡斯尔大学的研究人员正在使用增强现实沙盘来学习和交流洪水风险。鹤峰教育基金会的教育工作者正在使用闪存驱动器构建波士顿地形模型，以探索海平面上升和风暴潮的场景。地球科学研究人员还可以利用增强现实沙盘将各种对地观测数据投影到三维地形模型上，从而更好地可视化和理解空之间的环境数据的模型是如何影响地形的。

打造下一代学习沙盘

开发者、科学家和教育工作者被邀请来进一步改进沙盒的功能并扩展软件模型。制作增强现实沙盘的3D软件是开源软件，沙盘蓝图和帮助指南可以在网上免费获取。此外，还有一个公众论坛，公众可以在那里提问和交流想法。

外媒期待看到增强现实沙盒应用的诸多创新。我们期待其他人探索沙盘，并扩大其在地球科学教育、政策和研究中的应用。

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