Гриншкун А.В. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ДОПОЛНЕНИЯ ВИРТУАЛЬНОСТИ В ШКОЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ

24 ноября 2021 // Елена Андрейкина

В данной статье рассматриваются промежуточные результаты исследования по проекту РФФИ №19-29-14153, в котором были выделены различные подходы к дополнению виртуальности реальными объектами, а также сферами их наиболее эффективного применения

В настоящее время технология дополненной виртуальности получила очень
малое распространение, в том числе в сфере образования. При этом несмотря на то, что
технология обладает большим образовательным потенциалом она зачастую
применяется без учета специфики, из-за чего эффективность такого обучения может не
только не возрастать, но даже падать.
Примером применения дополненной виртуальности, приводящей к падению
эффективности обучения, может являться «перенос» рук пользователя в виртуальное
пространство, где часто применяется небольшой ассортимент виртуальных
инструментов. При этом реальное изображение рук пользователя будет существенно 
отличаться от виртуального окружения, что может существенно снижать уровень
погружения учащегося.
Кроме того, из-за невозможности передать (с текущим уровнем технологий)
некоторую тактильную обратную связь (прикосновения, вибрации, вес, особенности
органов управления и т. д.) удобство и эффективность взаимодействия с виртуальным
пространством может существенно падать. В таком случае системы виртуальной
реальности предпочтительней, за счет использования специализированных
контроллеров.
Для решения подобных проблем целесообразно выделить различные виды
дополнения виртуальности и определить области применимости в сфере образования
для каждого из них. В процессе анализа была предложена следующая классификация
технологий дополнения виртуальности по видам перенесения реальных объектов в
виртуальное пространство:
Перенос – это «буквальное» отображение какого-либо реального объекта в
виртуальном пространстве: частей тела, человека, инструментов, устройств, изучаемых
объектов и т. д. При этом пользователь одновременно видит как виртуальное
окружение, так и определенные реальные объекты. Такое отображение может быть
реализовано различными способами:
 При использовании шлемов виртуальной реальности
o Трансляция видеосигнала через внешние камеры, переносящее
«вырезанный» из реального окружения объект в виртуальное пространство.
o Создание высокоточной виртуальной копии объекта на основе
технологии 3D-сканирования. Внешний вид реального объекта и виртуальной
копии должны максимально совпадать. Виртуальная копия должна повторять
положение и состояние оригинала в реальном времени.
 При использовании очков дополненной реальности
o Система дополненной реальности выстраивает на прозрачном дисплее
виртуальный мир, оставляя прозрачными области занятыми реальными
объектами.
 При использовании комнаты дополненной виртуальности
o Пользователь видит виртуальное окружение вокруг с помощью
проекционной технологии или экранов и одновременно взаимодействует с
реальными объектами и людьми поблизости.
Как было отмечено ранее, перенос может существенно снизить эффект
погружения в виртуальную среду, за счет существенной визуальной разницей между
реальными и виртуальными объектами. Однако он может быть полезен, если
необходимо очень точно продемонстрировать что-либо из реального мира в
виртуальном пространстве. К примеру, передать точно мимику и движения человека.
Кроме того, данная технология полезна при отсутствии виртуального образа реального
объекта, его текстурированной 3D-модели. Перенос используется как правило тогда,
когда большинство объектов, с которыми пользователь должен взаимодействовать в
реальности есть в наличии, но необходимо показать недоступное окружение –
лабораторию, музей, раскопки, далекие страны и т. д.
Копия – это замена реального объекта его виртуальной копией без
функциональных изменений, представленной в виде 3D-модели. При этом
пользователь видит только виртуальное пространство, но часть объектов в виртуальном
мире тесно связаны с реальными объектами, полностью повторяя большинство
состояний друг друга, включая положение в пространстве, отчасти внешний вид, ряд
состояний, размер и т. д.
Такой вид дополнения виртуальности, по сравнению с технологией виртуальной
реальности, позволяет предоставить более реалистичную тактильную обратную связь,
так как пользователь взаимодействует сразу с реальными объектами и с виртуальным
пространством. В отличие от переноса копия не «разрушает» эффект погружения, так
как все объекты выглядят единообразно.
В качестве реальных объектов при копии целесообразно использовать
настоящие объекты – инструменты, приборы и т. д., либо точно сделанные моделизаменители, в которых присутствуют все детали для реализации полноценной
тактильной обратной связи.
Наиболее эффективно копия может быть применена, когда необходимо
поместить обучающегося в виртуальное пространство с возможностью
взаимодействовать с различными объектами, с которыми особенно важно получать
обратную тактильную связь, но при котором можно снизить точность его
визуализации. При этом обязательным условием для работы с таким видом дополнения
виртуальности является наличие настоящих объектов.
Модифицированный перенос – это вид дополнения виртуальности, при
котором одновременно помимо виртуального окружения пользователь может
наблюдать и взаимодействовать с рядом реальных объектов, также, как и в переносе,
однако система добавляет новые свойства такому объекту: показания приборов,
динамическая инструкция, эмуляция неисправностей, различные эффекты, явления,
изменение одежды и т. д.
Наиболее целесообразно модифицированный перенос применять в тех случаях,
когда стоит образовательная задача в демонстрации недоступного окружения, а также
высокоточной интегрированной демонстрации какого-либо объекта, который есть в
наличии, но не обладающий всеми необходимыми свойствами. В таком случае, с
помощью модификации требуемое свойство добавляется в виртуальной среде.
Модифицированная копия – это вид дополнения виртуальности, при котором
пользователь наблюдает только виртуальное пространство, однако ряд объектов в
виртуальном мире, как и в копии, тесно связаны с реальными объектами, полностью
повторяя часть состояний друг друга. Обязательным «связанным» свойством является
положение в пространстве, однако другие качества могут быть изменены с помощью
модификации. Таким образом, можно повысить уровень тактильной обратной связи, по
отношению к обычной виртуальной реальности, даже если нет полноценных настоящих
объектов, но есть реальные модели-заменители, напоминающие настоящий объект по
форме, весу, текстуре, органам управления и т. д. В роли таких моделей-заменителей
могут выступать предметы, напечатанные на 3D-принтере, собранные с помощью
различных конструкторов, изготовленные из дерева болванки, в виде папье-маше из
бумаги или картона и т. д.
Наиболее целесообразно модифицированную копию применять в тех случаях,
когда существует потребность в проведении лабораторной работы или демонстрации с
недоступным в классе оборудованием и окружением и при этом стоит задача
выработать базовые практические навыки по определенной работе. Система в таком
случае будет работать аналогично классической виртуальной реальности, но с
улучшенной тактильной обратной связи за счет наличия физических моделейзаменителей. Однако такой способ малоприменим, когда необходимо много общаться
внутри системы между друг-другом, так как виртуальные копии плохо передают
эмоции и жестикуляцию за счет относительно низкой детализации 3D-моделей.
Таким образом, в процессе формирования различных видов дополнения
виртуальности и определения областей их применимости в сфере образования можно
выделить – какой из способов подходит для тех или иных образовательных задач
лучше всего:
Перенос – работа с людьми, наличие настоящих объектов.
Копия – максимальное погружение, точные взаимодействия.
Модифицированный перенос – виртуальные экскурсии с реальным
экскурсоводом и максимальными погружением, частичное наличие настоящих
объектов, необходимость демонстрации физических явлений с реальными объектами.
Модифицированная копия – отсутствие настоящих объектов, выработка
практических навыков.
Предложенная классификация и выделенные преимущества, недостатки и сферы
использования позволяют производить разработку и использование виртуальных
моделей-образцов для обучения школьников с помощью технологии дополненной
виртуальности наиболее эффективно

Проект

Другие публикации автора

Поделиться:

Комментарии

Войдите, чтобы оставить комментарий.
Icon