Виртуальная и дополненная реальность в образовании
статья

ВИРТУАЛЬНАЯ И ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В ОБРАЗОВАНИИ

Развитие информационных технологий существенно меняет список востребованных компетенций и навыков, создавая новые профессии будущего. Одной из таких профессий является умение работать с технологиями виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальности.

Принято считать, что развитие виртуальной реальности началось в 1961 году, когда компания Philco Corporation разработала первые шлемы виртуальной реальности Headsight для военных целей, и это стало первым применением технологии в реальной жизни. Но опираясь на сегодняшнюю классификацию, систему, скорее, отнесли бы к AR-технологиям. Термин «виртуальная реальность» – это один из профессиональных и научных терминов, получивших широкое распространение, но пока еще не имеющий общепризнанного чёткого значения. Авторство термина «виртуальная реальность» принадлежит Джарону Ланье (1989г.), изначально определившему VR как компьютерную иллюзию. Термин «дополненная реальность» впервые предложил Том Коделл.

Под термином «дополненная реальность» (Augmented Reality) понимают расширенное восприятие действительности. Реальный мир воспринимается по-прежнему, образуя основу для нового образа. С помощью технологических средств на него накладывается дополнительный, искусственно создаваемый слой. Реальный мир «дополняется» программно- смоделированными объектами. В основном это сведения о только что увиденном.

Для того чтобы расширить реальность дополнительной информацией потребуется смартфон и соответствующие приложения, которым будет нужен доступ к камере телефона для распознавания окружающих предметов.

Сегодня виртуальная реальность обозначает трёхмерное компьютерное моделирование, создающее эффект реальности без ее реального физического качества. Один из вариантов использования виртуальной реальности (AR) – это так называемые «очки дополненной реальности». Например, HoloLens от Microsoft могут создавать голографические предметы в вашей гостиной. Все больше производителей выводят на рынок технические устройства дополненной реальности, например: гаджеты Google Glass или Sony Smart Eyeglass.

Термин «виртуальная реальность» (Virtual Reality) характеризует компьютерный, несуществующий мир. Вход в виртуальную реальность возможен с помощью специальных VR-очков, таких как Oculus Rift или HTC Vive. Эти очки закрывают глаза полностью – реальная действительность визуально уже не воспринимается и остается за пределами виртуального мира. В трехмерной окружающей действительности, которую генерирует компьютер можно начать с ней взаимодействие. Часто смартфон выполняет функцию компьютера (в этом случае телефон просто вставляется в очки). Датчики в очках отслеживают движения пользователя: если человек поворачиваете голову, то картинка в виртуальной реальности дополняется соответствующей новой. Виртуальная реальность в режиме реального времени подстраивается под ваши движения, создавая так называемый круговой обзор.

Новые технологии зачастую активно проникают во многие сферы нашей жизни. То же самое сегодня происходит и виртуальной и дополненной реальностью. В наши дни технология виртуальной реальности начинает использоваться во многих сферах жизнедеятельности общества. В первую очередь, это сфера развлечений, компьютерные игры. Приведём несколько примеров. «AR-ассистент» – помощь в изучении производственных процессов, проектировании сложных механизмов (нефтегазовая отрасль, строительство, проектирование комплексных технологических объектов и сооружений и т.п.). «Серьезные игры» – моделирование и симуляция чрезвычайных ситуаций (военное дело, разработка месторождений, МЧС и т.д.). «Удаленный контроль» – ремонт сложного оборудования (авиапром, автопром, коммуникации, строительство и т.п.). «AR-лаборатория» – виртуальные операционные, реабилитационные центры, симуляция физических и химических процессов, экспериментальная, НИР и ОКР деятельность и т.п. Маркетинг и реклама – объяснение сложных концепций простым визуальным языком, эмоциональный маркетинг, мобильные приложения, виртуальные примерочные, выставочный маркетинг, инновационные презентации на большой сцене, новые методики вовлечения, «оживающие» каталоги и прочее. Игры – мобильные игровые приложения, игры и игрушки в дополненной реальности (раскраски, кубики, паззлы, книги и пр.), тренинги персонала, бизнес-игры и симуляции, AR-квесты и др.

Однако сейчас виртуальная реальность начинает активно применяться и в образовании. Во время обучения в условиях образовательной VR позволяет моделировать сложную визуально-пространственно-слуховую среду, со множеством стимулов и возможностью погружения в транслируемый с различными воплощениями материал, с возможностью осуществления действий с виртуальными предметами и объектами, содействующими получению сложного опыта.

Технологии виртуальной реальности позволяют в полной мере использовать особенности восприятия с помощью органов чувств для повышения эффективности образовательного процесса, т.е. данная технология может являться очень действенным методом обучения в школах и университетах. Особое значение обучение с помощью технологий виртуальной реальности приобретает для обучения профессиям, где эксплуатация реальных устройств и механизмов связана с повышенным риском либо связана с большими затратами: пилот самолёта, машинист поезда, диспетчер, а также процесс обучения вождению в автошколах и т.п. Здесь следует уделять особое внимание качеству системы визуализации, так как картинка должна быть абсолютно достоверной.

Технологии виртуальной реальности имеют преимущество перед обычными презентациями на интерактивной доске, и обучающими фильмами. При использовании технологий виртуальной ученик видит информацию от первого лица, лучше запоминает информацию, вовлечён в процесс. В виртуальной реальности есть возможность взаимодействовать с окружающими предметами, что позволяет быстро разобраться в информации. Сегодня технология виртуальной реальности достаточно хорошо развита, и графика выглядит реалистичной, что позволяет снизить затраты на симуляцию реальных событий. Технология виртуальной реальности может дополнять как традиционные занятия в школах и вузах, так и помогать более эффективно реализовывать дистанционное обучение. Практические занятия будут более интересны учащимся, кроме того, виртуальная реальность открывает огромные возможности для тех, кто хочет заняться самообразованием, в интернете можно найти огромное количество виртуальных лекций, интерактивных фильмов, и симуляторов.

Пользуясь приложениями с дополненной реальностью, ученики могут управлять объектами дополненной реальности (AR): перемещать их, поворачивать, изменять масштаб, рассматривать с разных сторон – другими словами, взаимодействовать с различными интерактивными элементами. Это дает большой импульс к развитию пространственного мышления, повышает качество получаемой информации и её усвоения, делает изучаемый предмет более привлекательным, способствует увеличению уровня познания. Благодаря синхронному объединению визуальной и аудиальной информации, которая происходит в реальности, создается полное погружение в информационную среду и активизируется интерес к ее восприятию. Ученики могут с равной степенью достоверности восприятия увидеть во всех подробностях известные музейные экспонаты, увидеть опасные физические и химические явления, провести экпериментально-практические работы на виртуальном оборудовании, которые в реальных условиях проблематично осуществить.

Селиванов В. В. выделяет три типа технологической продукции, способной реализовать высший уровень виртуальной реальности.

1. Широкодоступные мониторы персональных компьютеров, демонстрирующие изображение, сгенерированное с высокой степенью анимации, при том, что все или частично объекты изображений реальных предметов выполнены в 3D-формате (например, созданные в мультиплатформенном инструменте Unity, пригодном для формирования 3D-изображений).

2. Портативный шлем или очки VR (HMD – HeadMountedDisplay). Разработаны три типа HMD-систем, в числе которых: с подачей изображения сгенерированного только компьютером; с подачей видеоизображения реального мира; с подачей комбинированного изображения, сгенерированного компьютером в комбинации с реальным видеоизображением. Данный тип относится к дополненной VR, отличающейся тем, что параллельно с демонстрацией реальной ситуации проецируются не существующие в зрительном поле дополнительные объекты.

3. Комнаты VR-CAVE (Cave Automatic Virtual Environment). Данный вид VR, называемый CAVE-реальность, характеризуется тем, что формирует у пользователя иллюзию объемного объекта посредством вывода на несколько экранов особым образом сформированные проекции виртуальных объектов, задействуется зрительный механизм восприятия объемного изображения параллакс движения (Motion Parallax). Данная технология позволяет моделировать широкий спектр сложных динамических виртуальных сцен, способствует достижению более глубокого погружения в виртуальную среду, в отличие от технологии с системой HMD.

CAVE-системы отличаются тем, что являются уникальными в каждом отдельном случае, спроектированными с учетом потребностей заказчика. Комнаты представляют из себя три стены и пол, являющиеся мониторами с транслируемым изображением, создавая более высокий эффект присутствия за счет пересчета стерео-сцен в режиме реального времени. CAVE-система автоматически подстраивается под индивидуальные параметры пользователя, устанавливая интерактивное взаимодействие с виртуальными объектами. Дополнительно в CAVE-системах имеются специальные устройства, носимые в руках пользователя, позволяющие ему дотрагиваться до виртуальных объектов и манипулировать ими.

Преимущества виртуальной реальности и дополненной реальности в образовании: улучшенное сохранение знаний через личный опыт, активизация участия за счет пересмотра учебных заданий, расширение доступа к опыту для учащихся всех возрастов. Кроме того, виртуальная и дополненная реальность становятся доступнее, ведь в настоящий период для их использования необходимо иметь только современный смартфон. Внедрение информационных технологий в сферу образования позволяет качественно изменить содержание, методы и формы обучения, сделать его более интересным и эффективным.

Исследователи поднимают вопросы, отвечающие на негативное отношение к методу преподавания с использованием технологий виртуальной реальности, и формируют доказательную базу данных в пользу того, что современное цифровое оборудование отвечает самым высоким требованиям экологической безопасности, как со стороны психологических проблем, так и по техническим характеристикам используемых устройств. Экспериментальные исследования позволили изучить личностные особенности пользователей, степень их влияния на успеваемость.

Разработаны форма обучения и методологические инструменты, способствующие повышению учебной мотивации и более эффективному освоению учебного материала. В то же время стоимость современных цифровых продуктов виртуальной реальности все еще высока, и они недоступны широкому потреблению. Можно предположить, что будущее образовательной виртуальной реальности во многом будет определяться тем, насколько быстро виртуальная и дополненная реальность будут становиться общедоступным технологическим образовательным продуктом.

Используемые источники:

• Новости виртуальной реальности – https://vrdigest.ru/articles/
• Портал о реальной и дополненной реальности – https://vr-j.ru/
• Барабанщиков В.А., Селиванов В.В. Взаимодействие субъекта и виртуальной реальности: психическое развитие и личностная детерминация  – http://www.psychlib.ru/inc/absid.php?absid=392124
• ЦПК: виртуальные 3D-тренажеры разрабатывают для подготовки космонавтов – https://ria.ru/20150305/1051150617.html
• Центр визуализации и виртуальной реальности для науки и образования – http://ve-group.ru/3dvr-resheniya/obrazovanie-i-nauka/
• В чем разница между VR и AR? – https://www.rbc.ru/trends/industry/5db179279a79472d7aa9e58a
• Дополненная и виртуальная реальность – https://3dday.ru/services/dopolnennaya-i-virtualnaya-realnost/
• Когда виртуальная реальность придёт во все школы и сколько это будет стоить – https://mel.fm/shkola_budushchego/2406517-vr_education
• Дополненная реальность (AR): перспективы и будущее технологии – https://www.kp.ru/putevoditel/tekhnologii/dopolnennaya-realnost/