還記得小時候在沙坑裡挖的護城河及城堡嗎？透過IT技術，玩沙也能玩出大學問！今年水保60週年巡迴特展中的擴增實境沙箱 (Augment Reality (AR) Sandbox，以下簡稱AR沙箱) 就是一款結合童趣又能學習及動手體驗新知的新教具。AR沙箱讓使用者能隨心所欲地創造地形，並透過感測器與投影機在沙堆表面即時投影出對應的等高線，同時還能模擬降雨逕流的過程，讓使用者自行動手體驗學習等高線的原理及水文系統的特性。本期電子報將介紹JBA trust這個前幾期電子報曾經介紹過的獨立公益組織，如何使用AR沙箱來示範地形與不同型態的集水區對下游所產生的影響。

擴增實境沙箱(AR沙箱) 是一種3D 動態互動式工具，藉由不同顏色的立體等高線地圖，以視覺化方式輔助使用者快速了解地形、流域以及自然災害！ AR 沙箱使用安裝在沙箱上方的投影機和動態感測輸入裝置 (例如，Microsoft Kinect 3D 相機) ，當使用者在沙箱裡塑造沙堆地形時，鏡頭會自動偵測其與沙堆之間的距離，並將相應地形的顏色編碼 (colored code) 高程圖投影到由沙堆上。當使用者撥動沙堆時，相機會即時偵測到地形變化，並立即改變投影在沙堆表面的顏色和等高線。

AR 沙箱除了可即時呈現沙堆的地形顏色區塊及等高線圖，也提供虛擬降雨讓使用者能模擬集水區內的水流變化。當相機在沙箱上方指定高度感測到其他物體（例如手）時，虛擬降雨會在沙堆上產生模擬水流的動態藍色紋理。流量模型係根據運動定律 (law of motion) 和沙堆的形狀提供出邊界條件，使水流過沙箱景觀。虛擬雨水會隨著運算後水對土壤的滲透率逐漸消失，亦可按下沙箱外的按鈕使其加速排出。

AR沙箱被廣泛地用於調查及不同主題的教材，包括地質學、土壤科學、水文學、能源和礦產勘探、林業、地震學、軍事行動、海岸工程、區域規劃和防災 (Tyler Esser，2021) 。全球已經有超過150個機構、學校按照原始的 LakeViz3D 模型開發出各種不同型式的 AR 沙箱模型。例如美國地質調查局USGS的喀斯開火山觀測站 (Cascades Volcano Observatory) ，即利用AR沙箱為到訪的遊客模擬1980年聖海倫斯火山 (Mount St. Helens) 噴發期間的樣貌，以及火山爆發後的火山泥流動變化。此外，土地利用與管理的相關機構更可藉由 AR 沙箱分析環境情境變化，為該區域可能遭受到的自然災害相關提供重要的防災資訊 (Reed, S. et al，2016) 。

JBA trust拍攝的AR沙箱教學影片，模擬了兩種不同型態集水區之降雨逕流情形，並實際示範如何於上下游使用不同工程方法以減緩洪水風險。影片中的示範人員建立了二個上下游高程差相同的集水區(如圖6) ，左側集水區之流路平直陡峭且植生稀疏，右側集水區則流路蜿蜒平緩且植生密集，並於坡面上設有許多截流與窪蓄。當降雨落於左側集水區時，逕流快速往下游匯集，並造成聚落淹水；而在相同的降雨情境，右側集水區之逕流則需要更長時間才能流至下游，大部分的降雨都被保留在上游區。同時，影片也分別示範於左側集水區下游加強防洪設施，以及於上游增加植生及截流與窪蓄區所達成的減災效果。

最後，透過教學影片總結重點如下：
1. 流路蜿蜒平緩且植生密集的集水區能有效將雨水逕流保存在上游，亦可維持基流量。
2. 截流與窪蓄等設施能延緩降雨逕流至下游區域。
3. 善用適合的工程設施或方法能降低下游洪水的風險。

原訂目前於臺中國立公共資訊圖書館舉行的「淼垚众-水保60巡迴展」，很遺憾因疫情無法到讓大家至展館親自體驗AR沙箱，現在就讓我們透過影片帶您一探AR沙箱應用於水土保持的神秘面紗！

全文詳見相關連結
https://www.youtube.com/watch?v=ZC91dfr_OrA

1.　JBA Trust (2020). “JBA Trust AR sandbox – how topography affects water moving through a river basin. (Full video)” YouTube, uploaded by JBA Trust. Jan 17, 2020. https://www.youtube.com/watch?v=ZC91dfr_OrA
2.　JBA Trust (2020). Augmented Reality (AR) Sandbox. JBA Trust. https://www.jbatrust.org/how-we-help/physical-models/ar-sandbox/
3.　Reed, S., S. Hsi, O. Kreylos, M. B. Yikilmaz, L. H. Kellogg, S. G. Schladow, H. Segale, and L. Chan (2016), Augmented reality turns a sandbox into a geoscience lesson, Eos, 97, https://doi.org/10.1029/2016EO056135
4.　The University of California (2016). Augmented Reality Sandbox. The University of California. https://arsandbox.ucdavis.edu/