XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Образование – это фундамент процветающего общества, ведь передача наний всегда была приоритетом для его развития. В эпоху цифровых устройств и новых технологий виртуальная реальность в образовании становится настоящим открытием для нового витка эволюции

Виртуальная реальность - созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие.

Первое устройство виртуальной реальности появилось еще в 60-е годы прошлого столетия. К сожалению, сначала технология не получила должного внимания и ее развитие остановилось. Виртуальная реальность получила широкое распространение и развитие только с интеграцией специальных шлемов, которые изначально использовались для игровой индустрии.

Еще несколько лет назад виртуальная реальность была очень далека от образования. Было сложно даже представить, что VR технологии могут быть интегрированы в образовательный процесс. Такая задумка казалась слишком футуристичной задачей. Более того, все усложняла стоимость технологий: далеко не каждая школа, среднее профессиональное учебное заведение или ВУЗ могли бы себе позволить использовать виртуальную реальность для улучшения образовательного процесса.

Сегодня VR технологии в образовании имеют большие перспективы. VR представляет информацию таким образом, что учащиеся могут воспринимать полноценную трехмерную модель необходимого материала. VR особенно полезна тогда, когда обучающимся нужно усвоить большой объем информации. Использовать виртуальную реальность в образовании можно по-разному. Например, с ее помощью можно создавать идеальную среду для обучения таким образом, чтобы выпустить высококлассных специалистов в таких узких областях, как энергетика, медицина, машиностроение, авиация и т. д.

Методические аспекты использования технологии виртуальной реальности в образовании

Возможности использования технологии виртуальной реальности в образовательных целях

Использование виртуальной реальности открывает много новых возможностей в обучении и образовании, которые слишком сложны, затратны по времени или дороги при традиционных подходах, если не всё одновременно. Можно выделить пять основных достоинств применения VR технологий в образовании.

1. Наглядность.

Используя 3D-графику, можно детализированно показать химические процессы вплоть до атомного уровня. Причем ничто не запрещает углубиться еще дальше и показать, как внутри самого атома происходит деление ядра перед ядерным взрывом. Виртуальная реальность способна не только дать сведения о самом явлении, но и продемонстрировать его с любой степенью детализации.

2. Безопасность.

Операция на сердце, управление сверхскоростным поездом, монтаж электрической схемы, процесс сварки металлов, обработка на металлорежущем станке, техника безопасности при пожаре – можно погрузить зрителя в любое из этих обстоятельств без малейших угроз для жизни.

3. Вовлечение.

Виртуальная реальность позволяет менять сценарии, влиять на ход эксперимента или решать математическую задачу в игровой и доступной для понимания форме. Во время виртуального урока можно увидеть мир прошлого глазами исторического персонажа, отправиться в путешествие по человеческому организму в микрокапсуле или выбрать верный курс самолёта.

4. Фокусировка.

Виртуальный мир, который окружит зрителя со всех сторон на все 360 градусов, позволит целиком сосредоточиться на материале и не отвлекаться на внешние раздражители.

5. Виртуальные занятия. Вид от первого лица и ощущение своего присутствия в виртуальном мире – одна из главных особенностей виртуальной реальности. Это позволяет проводить занятия целиком в виртуальной реальности.

Виртуальные технологии предлагают интересные возможности для передачи эмпирического материала. В данном случае классический формат обучения не искажается, так как каждое занятие дополняется 5–7-минутным погружением. Может быть использован сценарий, при котором виртуальный урок делится на несколько сцен, которые включаются в нужные моменты занятия. Лекция остается, как и прежде, структурообразующим элементом урока. Такой формат позволяет модернизировать урок, вовлечь обучающихся в учебный процесс, наглядно иллюстрировать и закрепить материал.

Однако пока использование технологий и сами устройства не будут максимально «отточены», будут существовать минусы и потенциальные проблемы использования виртуальной реальности в образовании. Обозначим главные из проблем.

1. Объем.

Любая дисциплина довольно объемна, что требует больших ресурсов для создания контента на каждую тему урока – в виде полного курса или десятков и сотен небольших приложений. Компании, которые будут создавать такие материалы, должны быть готовы заниматься разработкой довольно продолжительное время без возможности ее окупить до выхода полноценных наборов уроков.

2. Стоимость.

В случае с дистанционным обучением нагрузка по покупке устройства виртуальной реальности ложится на пользователя, или этим устройством может быть его телефон. Но образовательным учреждениям понадобится закупать комплекты оборудования для классов, в которых будут проходить занятия, что также требует существенных инвестиций.

3. Функциональность.

Виртуальная реальность, как и любая технология, требует использования своего, специфического языка. Важно найти верные инструменты для того, чтобы сделать контент наглядным и вовлекающим. К сожалению, многие попытки создания обучающих VR-приложений не используют все возможности виртуальной реальности и, как следствие, не выполняют своей функции.

На сегодняшний день образование считается одним из наиболее перспективных направлений для развития и внедрения технологий виртуальной реальности.

Реализация возможностей технологии «Виртуальная реальность» в образовании

Состав и устройство системы «Виртуальная реальность»

Контакт пользователя с системой «Виртуальная реальность» осуществляется любо при помощи голосового управления, либо при помощи специального устройства – джойстринга, обеспечивающего эффект обратной связи, а так же с помощью очков-телемониторов.

Управление голосом является достаточно сложным и при его реализации возникают трудности. Для этого вида управления требуется специальное программное обеспечение, которое должно распознавать голосовые команды пользователя. Но голоса людей отличаются так же, как их отпечатки пальцев. Поэтому написать программу распознавания голоса достаточно сложно и в «Виртуальной реальности» такой способ управления используется только тогда, когда невозможно использовать все остальные способы управления.

Более универсальный способ управления - это джойстринг. Это специальное устройство которое создает эффект обратной связи. Самым распространённым видом джойстринга является «интерфейс-перчатка». Это устройство позволяет при помощи жестов позволяет управлять виртуальными объектами на экране компьютера или же экранах очков-телемониторов.

Но «интерфейс-перчатка» не всегда могут оправдать запросы пользователей. Встречаются случаи, когда пользователю необходимо чтобы имитировалось положения тела в пространстве. Для таких целей используется специальный костюм виртуальной реальности. Такие костюмы могут передавать пространственное положение тела и тактильные ощущения.

Все эти устройства воздействуют на органы чувств человека, поэтому эффекты не всегда те которые нужны, а зачастую эффекта нет вообще. Например, если человек слеп от рождения, то очки виртуальной реальности будут бесполезны. Поэтому был разработан специальный способ, который позволит взять под контроль всю нервную систему человека и полностью погрузить его в мир виртуальной реальности, независимо от его органов чувств. Это метод прямого подключения к мозгу человека, при помощи специального интерфейса и программ распознавания мозговой активности. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности.

Все представленные способы управления виртуальной реальностью являются одними из возможных. Технология «виртуальная реальность» очень активно развивается и элементы управления так же быстро сменяют друг друга.

Возможности систем, реализующих технологию «Виртуальная реальность»

Профессиональный интерес к развитию технологии «Виртуальная реальность» и ее приложениям проявляют специалисты почти всех активно развивающихся научно-технических предметных областей, сферы культуры, образования, досуга и пр. Это специалисты в сфере профессионального и индустриального тренинга; разработчики и пользователи автоматизированных систем управления и проектирования, инженеры в области автоматизации управления, инженеры автоматических и контрольных систем; инженеры и дизайнеры в области аэропространств, аэрокосмические инженеры и дизайнеры; дизайнеры систем мультимедиа, дизайнеры в области симуляции; директора музеев и галерей искусств; художники в области цифрового видео; специалисты по программному и техническому обеспечению в сфере компьютерной графики; разработчики и пользователи имитаторов и тренажеров; специалисты в области инженерного производства и робототехники; специалисты интерфейсов человек-компьютер; специалисты в области систем искусственного интеллекта; разработчики систем безопасности, специалисты по военным системам; исследователи и инженеры в области вычислительной техники, дисплейной технологии, телекоммуникаций и сетей; исследователи таких облаете, как научная визуализация в области хирургии, архитектуры, искусства; специалисты в области применения компьютерных баз интерактивного мультимедиа и их интеграции с системами виртуальной реальности, применяемых в клиниках физиологии и психотерапии; специалисты в области восполнения, коррекции недостатков у инвалидов; разработчики и издатели компьютерных игр и видеоигр; ученые, специалисты в области информатики и средств визуализации; компании по производству телепродукции, кино, видео; специалисты в области интерпретирующих инструментов, визуализации абстрактных данных финансовой отрасли.

Такой повышенный интерес к технологии «Виртуальная реальность» различными специалистами вызван многими причинами. Главная причина – это возможность виртуальной реальности воспроизводить практически любые процессы. Также на основе технологии «Виртуальная реальность» можно создавать модели любой сложности и управлять ими напрямую. Но есть и другие причины:

возможность компьютерной генерации;

возможность реализации четырехмерного пространства (трехмерное пространство плюс время);

возможность представления объектов и их взаимодействий с аудиовизуальной и тактильной поддержкой;

возможность осуществления информационного взаимодействия с виртуальными объектами;

возможность легко и эффективно пользоваться интегрированной проектирующей средой.

Эффективность исследовательской и практической деятельности возрастает, если есть возможность любому пользователю создавать собственные «виртуальные миры», работать с этими мирами, изменять их. Человек может на время погрузиться в мир виртуальной реальности и работать в нем, но он всегда может вернуться за свое рабочее место и отдохнуть от «виртуальной реальности».

Основной проблемой «виртуальных миров» является неудобное оборудование и сенсорная задержка, появляющиеся из-за задержки во времени на обработку огромного количества сенсорной информации. Даже современные компьютеры не справляются с такими объемами информации.

Для того чтобы «виртуальная реальность» обеспечивала высокую работоспособность, она должна обладать следующими свойствами:

1) Поврежденность. Виртуальная реальность продуцируется активностью какой-либо другой реальности, внешней по отношению к ней.

2) Актуальность. Виртуальная реальность существует актуально, только «здесь и теперь», только пока активна порождающая реальность.

3) Автономность. В виртуальной реальности свое время, пространство и законы существования. В виртуальной реальности для человека, в ней находящегося, нет внеположного прошлого и будущего.

4) Интерактивность. Виртуальная реальность может взаимодействовать со всеми реальностями, в том числе и с порождающей, как онтологически независимая от них.

Применение технологии «Виртуальная реальность» в учебном процессе может быть рекомендовано при решении конструктивно-графических, художественных и других задач, при изучении графических методов моделирования в курсах инженерной и компьютерной графики, при организации тренировки специалистов в условиях максимально приближенных к реальной действительности и др.

Из известных подходов реализации ВР целесообразен подход, реализующий трёхмерное представление пространства виртуального мира на экране компьютера, и подход, реализующий взаимодействие с объектами виртуального мира «третьим лицом», представленным движущимся изображением на экране.

Причин распространения технологий виртуальной реальности на сферу образования можно выделить несколько:

1 Снижение цены на техническое оснащение. За последние несколько лет цены на современные VR-устройства, предназначенные для домашнего и профессионального использования, успели существенно снизиться, сделав их более доступными.

2 Стремительный рост количества программного обеспечения под VR. На сегодняшний день существует уже несколько тысяч самых разнообразных приложений под VR и их количество увеличивается каждый день.

3 Рост объема инвестиций в VR – более 2,5 млрд долларов в год. Эта цифра постоянно растет с 2012 года и, судя по всему, не планирует существенно останавливать свой рост в ближайшее время.

4 Увеличение числа крупных компаний, работающих в сфере VR. На европейском рынке их уже более 300, а такие гиганты, как Oculus, HTC, Sony, Microsoft, Samsung и многие другие уже давно внедряют свои технологии в этой области.

5 Внедрение VR-технологий в ряде сфер: нефтегазовая промышленность, машиностроение, энергетика, металлургия, телекоммуникации, реклама и многое другое.

Виртуальная реальность уже давно перестала быть только игровой историей и активно внедряется во все сферы деятельности человека.

Список использованных источников

1. Роберт И.В.- Теория и методика информатизации образования (психолого-педагогический и технологический аспекты) // 2-е издание, дополненное. – М.:ИИО РАО, 2008. – 274с.

2. Педагогика. Учебное пособие для студентов педагогических ву-зов и педагогических колледжей // Под ред. П.И. Пидкасистого. - М: Педагогическое общество России, 1998. - 640 с.

3. В. А. Трайнев, И. В. Трайнев. - Информационные коммуникаци-онные педагогические технологии (обобщения и рекомендации): Учебное пособие /– 4-е изд. – М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К », 2009. – 280 с.

4. Архитектура виртуальных миров [Текст] / Под ред. М.Б. Игнатьева, А.В. Никитина, А.Е. Войскунского. - СПб.: Изд-во ГУАП, 2009. – 287 с.

5. Информационные и коммуникационные технологии в дистанци-онном образовании: Майкл Г. Мур, Уэйн Макинтош, Линда Блэк и др - Специализированный учебный курс / пер. с англ. /. – М.: Издательский дом «Обучение–Сервис», 2006. с. 632.

Код для цитирования: Скопировать