CC BY
4
УДК 004.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-177-178
ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ОБУЧАЮЩИХ
ТРЕНАЖЕРОВ В UNITY 3D
П.А. Кулаков, А.С. Еремин
В статье представлен обзор ключевых аспектов создания компьютерных обучающих тренажеров в среде разработки Unity 3D. Авторы рассматривают все этапы процесса создания тренажеров с использованием современных технологий, включая физический движок и средства визуализации. В ходе статьи рассматриваются этапы разработки, начиная от определения целей и требований, проектирования сценариев и уровней, до реализации механики, взаимодействия с пользователями и создания графического интерфейса. Обсуждаются трудности, с которыми разработчики могут столкнуться, такие как интеграция систем обратной связи и оптимизация производительности. Статья также подчеркивает пользу компьютерных тренажеров, обеспечивающих эффективное обучение и практику в безопасных и контролируемых условиях. Рассматриваются преимущества, такие как повышение эффективности обучения, индивидуализация процесса и улучшение усвоения сложных навыков.
Ключевые слова: Unity 3d, сценарий, компьютерный тренажер, MVC.
В современном обществе, находящемся в состоянии постоянного технологического развития, компьютерные тренажеры приобретают все большую актуальность и значимость. Эти виртуальные обучающие системы предоставляют уникальные возможности для обучения и развития в различных областях.
В отличие от традиционных подходов в обучении компьютерные тренажеры предоставляют учащимся и специалистам доступ к инновационным методам обучения. Виртуальная реальность (VR), дополненная реальность (AR) и другие технологии позволяют создавать интерактивные и захватывающие среды для обучения, что обогащает опыт обучения и повышает его эффективность. Использование компьютерных тренажеров позволяет создавать сценарии обучения, максимально соответствующие реальным ситуациям. Такой подход способствует лучшему усвоению материала, улучшает понимание сложных концепций и позволяет проводить тренировки в условиях, максимально приближенных к реальным.
Компьютерные тренажеры могут быть адаптированы для обучения в различных областях, начиная от медицины и авиации, и заканчивая инженерными науками и менеджментом. Это делает тренажеры весьма универсальными и позволяет обучать специалистов в различных отраслях, снижая издержки и повышая эффективность.
Для некоторых профессий, таких как пилоты, врачи, специалисты нефтегазовой отрасли или военные, безопасное обучение в реальных условиях может быть сложным и опасным. Компьютерные тренажеры позволяют проводить обучение в сложных сценариях без риска для жизни и здоровья, обеспечивая возможность ошибаться и извлекать уроки без реальных последствий. Пример разработанного тренажера показан на рис. 1.
Благодаря технологическому прогрессу, компьютерные тренажеры могут легко обновляться и улучшаться, следуя за изменениями в предметной области и нормативной документации. Это обеспечивает актуальность содержания и соответствие требованиям современной практики.
Компьютерные тренажеры позволяют адаптировать учебный процесс под индивидуальные потребности студентов или обучаемых. Это поддерживает более эффективное усвоение материала и позволяет каждому обучающемуся двигаться вперед в своем темпе.
Рис. 1. Пример сцены тренажера «Анализ рисков при работе на высоте»
Основные этапы в разработке тренажеров. Для разработки тренажера необходимо выполнить ряд шагов:
1. Определение целей и требований. Разработав более 20 тренажеров и лабораторных работ, авторы пришли к выводу, что это наиболее важный и ответственный этап. Четкое понимание того, кто и как будет в дальнейшем использовать разрабатываемый тренажер, какие проблемы решает - сокращает сроки согласования, разработки и уточнения всех последующих этапов до двух раз.
2. Проектирование сценариев и уровней. Большинство тренажеров и лабораторных работ для обучения работе с оборудованием имеют либо линейную, либо древовидную структуру, часть тренажеров, например, как серия тренажеров в области анализа рисков при обеспечении охраны труда могут иметь смешанную структуру - то есть пользователь может взаимодействовать с различными нарушениями и рисками в произвольном порядке.
3. Зная, что необходимо сделать можно переходить к следующим этапам:
- выбор графического движка, например, Unity 3D, выбор среды создания 3D-моделей объектов и сцен разработки, такие как Blender или Maya;
- реализация механики взаимодействия с объектами в Unity. Сюда входят скрипты для перемещения, вращения, масштабирования и других манипуляций с объектами;
- решение о необходимости применения VR или AR;
- использования движка физики и анимации.
Здесь необходимо остановиться на целевой платформе - если тренажер будет работать в Web интерфейсе, то требования и возможности для разработки существенно жестче (например, оптимизация производительности для обеспечения плавного и эффективного взаимодействия пользователя с тренажером), чем для локальных продуктов.
4. Большое внимание необходимо уделить разработка графического интерфейса (GUI) и системы обратной связи. Сюда входят текстовые подсказки, звуковые эффекты или визуальные индикаторы.
5. Заключительный этап - это распространение и обновление. Если работа происходит с LMS системами и тренажеры используются сразу в нескольких курсах, то наиболее эффективный подход встраивания тренажеров в виде ссылок.
Подходы к разработке тренажеров. На рис. 2 в виде схемы показан наиболее популярный подход к разработке информационных систем применительно к задаче разработки компьютерных тренажеров.
Рис. 2. Схема взаимодействия модулей в компьютерном тренажере
Важной особенностью разработки тренажеров является то, что, меняя целевую систему работы тренажера, мы не можем изменить только блок View. Во многих случаях модули физики или визуализации работают только под конкретные целевые системы.
Перспективы развития компьютерных обучающих систем в будущем. В
будущем компьютерные обучающие системы обещают продолжать эволюционировать, учитывая технологические, социальные и образовательные тенденции.
Развитие искусственного интеллекта позволит создавать более продвинутые системы обучения, способные адаптироваться к индивидуальным потребностям учащихся, предоставлять персонализированные материалы и оценивать профессиональные навыки.
Продолжится интеграция виртуальной и дополненной реальности в обучение, создавая более реалистичные и интерактивные среды для обучения. Это особенно актуально в сферах, где практика в реальных условиях сложна или опасна.
Наиболее популярный тренд - геймификации обучения, где игровые элементы внедряются в учебные процессы для увлекательности, мотивации и улучшения усвоения материала может наиболее широко продвинуться именно в компьютерных обучающих системах.
Применение искусственного интеллекта при анализе больших данных позволит моделировать сложные технические и технологические ситуации, а также производить персонализацию обучения, прогнозирования потребностей студентов и улучшения методов преподавания.
Также активно будут развиваться Системы умного тьюторства (персонализированная обратная связь и дополнительные материалы для более эффективного обучения), Обучение на рабочем месте (интеграция обучения на рабочем месте с использованием технологий, что позволит обучающимся применять полученные знания непосредственно в своей рабочей среде) и конечно же возможность уделять большее внимание к этическим вопросам и социокультурным аспектам обучения, в том числе учет культурных различий и разнообразия при создании образовательного контента.
Выводы. В статье рассмотрены основные этапы процесса разработки, начиная от определения целей и требований, заканчивая оптимизацией производительности и обновлением контента.
Освещены технологические инновации, такие как использование виртуальной и дополненной реальности, а также геймификации для создания более эффективных и интересных образовательных сред. Также отмечается важность индивидуализации обучения и учета этических и социокультурных аспектов при создании контента.
Подчеркивается роль компьютерных тренажеров в обеспечении безопасного и эффективного обучения, особенно в сферах, где практика в реальных условиях может быть сложной или опасной. В статье выделяется перспектива развития обучающих систем, включая использование искусственного интеллекта, усиление глобальной доступности образования и более тесную интеграцию обучения на рабочем месте.
Общий вывод заключается в том, что компьютерные тренажеры в Unity представляют собой перспективное направление в образовании и тренировке, обогащая обучающий опыт и обеспечивая эффективные инструменты для различных областей и профессий.
Список литературы
1. Говорухин А.Д., Волобуева Т.Ф., Кулак С.А., Новикова А.С., Боброва Е.В., Любарский А.А. Технология автоматизированного производства образовательных тренажеров в виртуальной реальности на базе отечественного ПО VR CONCEPT // International Journal of Open Information Technologies. 2023. № 7. С. 109 - 117.
2. Половинко Е.В., Ботвинева Н.Ю., Чебоксаров А.Б. Использование виртуальной (VR) и дополненной (AR) реальностей в современном школьном образовании // Проблемы современного педагогического образования. 2023. № 79-2. С. 324 - 327.
3. Воронин Д.М., Воронина Е.Г. Использование инструментов расширенной реальности в образовательном процессе // Проблемы современного педагогического образования. 2022. № 74-3. С. 51 - 54.
4. Трофимова Н.Н. Современные инструменты для организации электронного, дистанционного, проектного и смешанного обучения в целях создания цифрового образовательного пространства // Инновационные аспекты развития науки и техники. 2021. № 2. С. 194 - 204.
5. Зарипов Е.А., Плотников С.Б. Интеграция динамической концепции изменения знаний в геймифицированных виртуальных образовательных средах // International Journal of Open Information Technologies. 2022. № 7. С. 65 - 73.
6. Дрождин В.В., Володин А.М. Эволюционная разработка информационных систем // Программные продукты и системы. 2007. № 3. С. 47 - 48.
7. Нагорский А.С. Анализ методов разработки информационных систем // StudNet. 2020. № 9. С. 1256 - 1263.
8. Параскевов А.В., Махлушев Д.А., Ахлёстова А.А. Необходимость внедрения информационных технологий // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2022. № 183(09).
9. Афзалова А.Н. Тренды образовательных технологий в современном мире // Педагогико-психологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта. 2022. № 4. С. 165 - 169.
10. Дерюгин А.А., Крижановская Г.Н., Сальников В.П., Захарцев С.И., Виноградова Е.В. Практика и инструменты эффективного внедрения в образовательную деятельность военных образовательных организаций высшего образования элементов гей-мификации // Образование и право. 2022. № 10. С. 209 - 222.
Кулаков Петр Алексеевич, канд. техн. наук, доцент, kulakov.p. aamail. ru, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет,
Еремин Александр Сергеевич, бакалавр, alereminamail. ru, Россия, Уфа, Уфимский государственный нефтяной технический университет
PECULIARITIES OF DEVELOPMENT OF COMPUTER TRAINING SIMULATORS IN UNITY 3D
P.A. Kulakov, A.S. Eremin
The article presents an overview of the key aspects of creating computer-based training simulators in the Unity 3D development environment. The authors consider all stages of the process of creating simulators using modern technologies, including the physics engine and visualization tools. The article covers the stages of development, from defining goals and requirements, designing scenarios and levels, to implementing mechanics, interacting with users, and creating a graphical interface. Challenges that developers may encounter, such as integrating feedback systems and optimizing performance, are discussed. The article also emphasizes the benefits of computer-based simulators that provide effective training and practice in a safe and controlled environment. Benefits such as increased learning efficiency, personalization of the process, and improved learning of complex skills are discussed.
Key words: Unity 3d, script, computer simulator, MVC.
Kulakov Peter Alekseyevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technological University,
Eremin Alexander Sergeevich, undergraduate, [email protected], Russia, Ufa, Ufa State Petroleum Technological University
