CC BY
12УДК 004.58, 004.588
VIRTUAL REALITY - TODAY AND TOMORROW. CAN AUGMENTED REALITY PLAY A LEADING ROLE IN EDUCATION
FIRDUS ELNARE
Lecturer of Mechanics and Mathematics Department, Western Caspian University
Azerbaijan, Baku
RUSTAMOVA DURDANA FARHAD
Chairman of Mechanics and Mathematics Department, Western Caspian University
Azerbaijan, Baku
ALIYEV VEYIS KAMAL Master M651a4, Azerbaijan Technical University Azerbaijan, Baku
TALIBOV ZAUR AZAD Student 229PM, Western Caspian University Azerbaijan, Baku
Summary: Annotation: The article discusses the latest areas of computer application - in virtual reality and augmented reality. The connection between a person and the world created by him in a computer, as well as the relationship between the real and virtual worlds, is revealed. The article contains ideas about technologies, virtual and augmented reality peripherals, and their applications. Issues related to the value of augmented reality in various fields, such as astronautics, medicine, military industry, and education are being explored. A virtual program for teaching schoolchildren is being considered
The purpose of the article: to reveal the development of VR virtual reality application development in education, where students can acquire knowledge and share this information with others. Show the significance and prospects of using modern augmented reality technologies for teaching in the school curriculum
Keywords: augmented virtual reality, virtual reality, "markerless" technology, "marker" technology.
ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ - СЕГОДНЯ И ЗАВТРА. СМОЖЕТ ЛИ ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ СЫГРАТЬ ВЕДУЩУЮ РОЛЬ В ОБРАЗОВАНИИ
ФИРДУС ЭЛЬНАРА
Преподаватель кафедры Механики и Математики, Западно - Каспийский Университет
Азербайджан, Баку
РУСТАМОВА ДУРДАНА ФАРХАД
Заведующий кафедры Механики и Математики, Западно - Каспийский Университет
Азербайджан, Баку
АЛИЕВ ВЕЙС ЕЛМАЛ
Магистр группы M651a4, Азербайджанский Технический Университет
Азербайджан, Баку
ТАЛЫБОВ ЗАУР АЗАД
Студент группы 229PMR, Западно - Каспийский Университет
Азербайджан, Баку
Аннотация: В статье рассматриваются новейшие направления применения ЭВМ - в виртуальной реальности и дополненной реальности. Раскрывается связь между человеком и созданным им миром в компьютере, а также взаимосвязь между реальным и виртуальным мирами. Статья содержит идеи о технологиях, периферийных устройствах виртуальной и дополненной реальности и об их применении. Исследуются вопросы, связанные со значением дополненной реальности в различных сферах, таких как космонавтика, медицина, военная промышленность и учеба. Рассматривается виртуальная программа для обучения школьников
Цель статьи: раскрыть развитие разработки приложений виртуальной реальности VR в обучении, где школьники смогут приобрести знания и делиться этой информацией с другими. Показать значимость и перспективы использования современных технологий дополненной реальности для обучения в школьной программе.
Ключевые слова: дополненная виртуальная реальность, виртуальная реальность, «без маркерная» технология, «маркерная» технология.
Введение
Человек всегда стремится к тому, чтобы имитировать с максимальной точностью окружающую его реальность, в которой он живет, передавать свои ощущения, различные звуки и изображения. К примеру, так были созданы виртуальные игры. Виртуальную реальность изображающейся в виртуальных компьютерных играх многими из нас воспринимается как развлечение для получения какого-то адреналина. Но на самом же деле это является ошибочным утверждением. Ведь если понимать, что виртуальная реальность (virtual reality, VR) - если это реальность, искусственно воссозданная с помощью технических средств, воздействующих на органы чувств человека (зрение, слух, обоняние, осязание и др.), то и объекты виртуальной реальности ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности. В настоящее время виртуальная реальность используется в образовании, в медицине, в архитектуре, авиации в военной технике и т. д. [5].
Технология виртуальной дополненной реальности - это наше настоящее и будущее, которая позволяет решать многие нерешенные вопросы, сохранять жизнь людей, уберечь дорогостоящую технику, устранять возникшие проблемы, получив нужные знания и навыки проводить сложные операции в самых труднодоступных местах планеты, в открытом космосе, обучаться профессиям связанных с опасными условиями работы, с повышенным риском для человека, то есть, быть готовым к экстремальным случаям жизни. Воспользовавшись компьютерной технологией, можно создать мир в мире [1,2,5]
Виртуальная и дополненная реальность
Виртуальная реальность, таким образом это созданная человеком трехмерная среда с помощью компьютерных технологий, где изображения различаются в зависимости от области применения виртуальной реальности: дополненной (AR) или смешанной (MR). Это мир, где реальные объекты взаимодействуют с объектами виртуального мира [1], другими словами - это «искусственная реальная или фантастическая среда» ощутимая человеком через компьютер с помощью видео и звуков.
Дополненная реальность - это взаимодействие человека и компьютера. В ней совмещаются два независимых пространства: мир вокруг нас - то есть реальные объекты, и мир, воссозданный на компьютере - виртуальный [1].
Принимая нашу реальность и изменив ее путем наложения запрограммированных виртуальных объектов поверх видеосигнала с камеры, образуется новая виртуальная среда, которая путем использования специальных маркеров становится интерактивной.
Технология дополненной реальности - это программное обеспечение, где специальные математические алгоритмы связывают камеру, метки и компьютер в единую интерактивную систему. Камера в окружающем пространстве с помощью математических алгоритмов распознает и определяет метку и совмещает с виртуальной моделью. Таким образом, виртуальный объект повторяет любые движения реальной метки. «Глазами» этой системы является - камера, а «руками» - маркеры, то есть распознанный камерой реальный мир «переносится» в виртуальную среду, накладывая один слой реальности на другой и создавая мир дополненной реальности. То есть, говоря проще по снимку, полученному с помощью камеры определяется положение реальной метки.
Процесс распознавания происходит по следующим этапам.
1. Снимаются изображения с камеры.
2. Распознаются пятна на каждом кадре с помощью программы для поиска заданного шаблона - рамки метки.
3. Определяется изображение внутри рамки.
4. Строится виртуальная 3D модель в двухмерной системе координат изображения камеры.
5. Привязывается к метке и в итоге движение метки в реальном пространстве, передвигает и виртуальную 3D модель, которая точно следует за меткой.
Технологии дополненной реальности
Существуют «безмаркерные», «маркерные» и «пространственные» технологии дополненной реальности. Каждая технология имеет свои преимущества и недостатки [6].
1. «Безмаркерная» технология. Преимуществом этой технологии является то, что, маркерами объектов реального мира являются сами же объекты, так как снятый камерой ландшафт делится на виртуальную «сетку» и с помощью программного алгоритма находятся опорные точки. Так определяются точные места виртуальной модели.
2. «Маркерная» технология. Преимущество этой технологии заключается в том, что она работает без сбоев поэтому надежнее «безмаркерной» технологии. Так как распознавание камерой меток или маркеров прост, а привязка к месту виртуальной модели жестче.
3. «Пространственная» технология. В этой технологии используются данные, встроенные в мобильный телефон, такие как - GPS/ГЛОНАСС, гироскоп и компас. Таким образом, с помощью пространственных координат определяется место виртуального объекта, а активация программы происходит только после того, как координаты, заложенной в программе и координаты пользователя совпадают.
Компонентами необходимых для работы с технологией дополненной реальности являются следующие:
- компьютер, то есть графическая станция;
- дисплей;
- камера, для получения «слепка» реального мира;
- метки, или маркеры;
- программное обеспечение, с помощью которого накладываются виртуальные объекты на «слепок» реального мира.
Технологии виртуальной реальности приоткрывают завесу возможностей человека, оказывают влияния на промышленность и таким образом, повышают качество нашей жизни. Технологии виртуальной реальности оказывают влияние на развитие определенных отраслей,
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
направлений научно - исследовательской деятельности, затрагивают разные аспекты жизни общества.
Применение технологии виртуальной реальности
Применяя на практике новые идеи и подходы, создавая симуляторы и тренажеры виртуальной реальности решаются проблемы в военной промышленности, космонавтике, медицине и в других сферах. Применяя технологии виртуальной реальности в обучении профессиям связанными с опасными условиями работ, с повышенным риском для здоровья человека, либо с большими затратами можно получить нужные навыки и знания и с помощью тренировок. При этом в виртуальной дополненной реальности нужно быть готовым к экстремальным случаям жизни.
Применение технологии виртуальной реальности в военной промышленности.
Уже сегодня военные США используют технологии виртуальной и дополненной реальности для подготовки личного военного состава и для обучения новичков и формирования первичных навыков, также для поддержания квалификации у опытных специалистов. В 2012 году США официально утвердили программу использования VR и AR - оборудования для обучения военных летчиков, механиков - водителей, моряков, медиков и рядовых солдат.
[7]
С помощью симуляции боевых действий, отработки первой медицинской помощи в экстремальных условиях персонал в условиях максимально приближенных к реальным приобретает необходимые навыки. Тренажеры для отработки навыков обслуживания техники - для тренировок пилотов позволяют, не отправляя самолет в воздух управлять им, обучаться, ошибаясь в дополненной реальности. Симуляторы для подготовки сухопутных войск для базового обучения новобранцев - стационарных стрелковых тренажеров для отработки навыков стрельбы из разных типов оружия (виртуальные тиры), тренажеры для прыжков с парашюта, также многие другие виртуальные приборы и техника позволяют сократить затраты расходов на обслуживания и ремонта военной техники, сохранить здоровье и жизнь военному персоналу, снижая риск появления ошибок в реальных ситуациях.
К примеру виртуальная среда Marine Tactical Decision Kit, для прохождения военной симуляции боевых действий точно повторяет зону боевых действий; тактическая система дополненной реальности Tactical Augmented Reality, созданная в США - подсвечивает цели, отображает местоположение бойца на карте, показывает расстояние до мишени, выводит на экран подсказки; шлем предназначенный для моряков - артиллеристов - GunnAR, также разработанный научно - исследовательским управлением ВМС США - помогает прицелиться, скорректировать наводку, отображать данные о количестве боеприпасов в обойме и в запасе, транслирует приказы командира; экзоскелет - симулирующий ранения, позволяющий ощутить подобие дискомфорта и боли и т.д.
Применение технологии виртуальной реальности в медицине [11].
В медицине технологии виртуальной реальности используются для подготовки и проведения операций. Для этого, с помощью компьютерной и магнитно - резонансной томографии получаются трехмерные данные и создаются модели пациента и в виртуальной реальности проводятся операции. Таким образом, врачи готовятся к всевозможным проблемам и учитывают все риски и летальные случаи. Например, созданной в 2013 году итальянскими учеными система технологии «Руки Бога», предназначенная для внедрения на космических летательных аппаратах, используются медиками для обучения интернов и контроля операций.
Тренажеры, симуляторы виртуальной реальности повышают уверенность у пациентов после инсульта и травм в своих силах, также способствуют процессам ускорению
восстановления тела и снимают боли. Шлемы или очки виртуальной реальности могут частично или полностью восстановить подвижность конечностей у людей с проблемами. В настоящее время проводится тестирование методов и процедур с использованием технологий виртуальной реальности для снижения болевых ощущений, поражения нервной системы и психических расстройств также для борьбы с фобиями и поствоенного синдрома, для проверки остроты зрения, для помощи слепым и нарушенной ориентацией движения, плохо - идущим, для диагностики заболеваний и имитации разных состояний и заболеваний, для эстетической медицины и т. д.
Благодаря технологиям виртуальной реальности удается лучше понять ощущения пациентов, их боли и реакции в различных ситуациях, увидеть возможные изменения во внешности, также пациенты, страдающие фобией ощущая виртуальные тревожащие моменты или прикоснувшись к предметам своего страха могут избавиться от своих недугов.
Применение технологии виртуальной реальности в космонавтике
В настоящее время виртуальная реальность используется также в космонавтике. Чтобы стать квалифицированным космонавтом, в партнёрстве Космического агентства NASA с Epic Games была построена симулятор работы на Международной космической станции, с помощью которого кандидаты проходят двухлетнюю интенсивную тренировку. Вследствие чего кандидаты привыкают к техническому окружению МКС и транспортных кораблей, оказанию неотложной медицинской помощи друг другу в условиях, приближенных к невесомости. Таким образом, будущие космонавты улучшают свои навыки в убедительной симуляции.
Созданная итальянскими учеными В 2013 году технология «Руки Бога» с помощью очков позволяет отслеживать движения, направлять и корректировать руки космонавта, указывая и попутно исправляя ошибки и манипуляции астронавтов. Система нынче эффективно используется специалистами из земной станции управления полетом для оказания помощи в экстренных ситуациях - в хирургических операциях, при выходе из строя сложной электроники, для сварки в открытом космосе.
Применения технологии виртуальной реальности в обучение [2].
Для того чтобы стать квалифицированным специалистом в любой области целесообразно, чтобы обучение к выбранному ремеслу начать с ранних лет. Ведь мечтой каждого родителя является в будущем увидеть в своем ребенке достойного гражданина, настоящего патриота, умного, просвещенного человека. Бесспорно, для этого одного воспитания, полученного в семье недостаточно и следовательно, у ребёнка нужно вызывать интерес к учебе и к знаниям, создать среду, где бы он стремился к этому сам, а не под принуждением. Как мы замечаем почти все дети даже, и взрослые очень интересуются виртуальными играми. Следовательно, лучше было бы использовать этот интерес детей и молодежи в направлении обучения и создать виртуальные учебные программы для школ и вузов.
Первые шаги в этом направлении уже сделаны. В работе доктора психологических наук, профессора Селиванова В. В. и кандидата педагогических наук, доцента Селивановой Л. Н. Смоленского государственного университета «Виртуальная реальность как метод и средство обучения» раскрываются положительные и негативные влияния виртуальной дополненной реальности в учебе. В работе представлены экспериментальные обучающие программы в виртуальной реальности в качестве особой информационной среды, в трех измерениях, где присутствует анимация и изменения изображений в режиме реального времени и переживания эффекта присутствия и прослеживается их влияния на мышление и психологические состояния личности [3].
Полученные результаты исследования были следующими - обучающие программы в ВР улучшают ответы по тестам по соответствующим темам, у слабо успевающих учеников на 40-50 %, у отличников и талантливых - в 2 и более раза (100%). Были получены следующие заключения.
1. Обучающие программы, созданные в ВР, формируют специфические познавательные мотивации, интересы к обучению и созданию позитивных, гармоничных психических состояний.
2. Имеют широкую возможность для осуществления действий с предметами, эффектом присутствия, интерактивностью ситуации, осуществлением визуализации абстрактных моделей и др.
3. "У^ используемая в образовании, выступает в качестве метода, средства и технологии обучения.
Но в то же время проявляется и негативные моменты использование VR в обучении:
а) обучающие виртуальные программы не полностью заменяют преподавание в учебных заведениях.
б) целесообразнее использовать их при изучении наиболее сложных тем различных предметов
г) использовать для тренинга профессиональных навыков в различных видах деятельности.
Даже несмотря на определенные недостатки можно сделать следующие выводы виртуальная обучающая программа необходима. Эта программа должна быть комплексно собрана из школьных предметов. С помощью этой программы ученики смогут получить информации о каждом предмете в виртуально дополненной среде.
В специально созданных виртуальных классах оснащённых компьютерами и очками они смогут изучить поверхность и глубинные слои Земли, её природные ресурсы, ископаемые, расположения океан и материков, морей и рек, пустынь и джунглей, стран, о разных растениях, животных, их среду обитания, эволюцию, о микроскопических живых организмов, о материи, её структуре, движении и правил трансформации, о веществах их составов и строений, об элементах их свойств и превращении и многом другом.
Эта программа безопасна так как без риска для жизни и здоровья учеников можно проводить любые химические реакции, проследить соединения элементов и изменения структурных связей, побывать в космосе, в глубине океана, под землей, изучить опасных животных и растений, посетить разные страны, даже участвовать в исторических битвах и сражениях не выходя из класса.
Но при этом нельзя забывать о негативном влиянии виртуальной реальности на человека. Несмотря на то при экспериментах проводимых В. В. Селивановым и Л. Н Селивановой не было указано на этот факт - «Можно ли использовать ВР в педагогике, в частности, в дидактике? На сегодня нам точно не известны все систематические разработки в данной области. Публикации, которые существуют, носят обзорный, теоретический характер, в них априори возможность использования технологий ВР в обучении признается целесообразным»
[3].
Просмотрим различия относительно измененных состояний сознания и состояния основы ВР. А.Е. Войскунским было показано - пребывание в ВР в отличие от ИСС (вызванных гипнозом, химическими препаратами и др.) не вызывает неадекватности мышления, не снижает степень рефлексии, не характеризуется наличием ощущения раздвоенности, «отчуждения собственного Я», «выхода из тела», «разделения тела и души», не приводит к утрате произвольности и целенаправленности деятельности, не обеспечивает чувства фиктивного обретения собеседника, ощущения присутствия «другого», «высшего разума», «космической информационной воли». Эти и другие особенности ВР свидетельствуют о ее
преимуществах возможности использования в обучении, тренингах навыков и др. сферах, начиная с младшего школьного возраста [4].
Но несмотря на вышесказанные утверждения можно указать на определенные моменты ссылаясь на различные источники [4, 8, 9, 10]:
- не нужно увлекаться и не нужно создавать мир с «эффектом полного погружения» в виртуальную реальность. Ребенок еще мал, и он может потерять ощущение реальности. У него могут появиться симптомы - головокружения, тошноты, головная боль, которая вызываются гормонами стресса, вырабатываемых организмом. Так как виртуальное переживание сильно отличается от реальных и создавая учебники нужно учесть это.
- компьютеризированное обучение - это виртуальная реальность, основой чего является достижение «сверх стимуляции» органов чувств человека. Но при этом нужно учесть способ взаимодействия между учителем и учащимся. То есть создавая виртуальные занятия нужно комбинировать традиционные методы обучения с современными.
- исследовать способ взаимодействия между учителем и учащимся и их действиями.
- учесть содержание образования
- изучить способы усвоения материала.
Заключение
Возможно ли применение виртуальной реальности в процессе обучения? В настоящее время есть ли необходимость в изучении технологий виртуальной реальности? Учитывая повышенный интерес к современным технологиям качественного процесса обучения на эти вопросы, можно ответить однозначно положительно. Но в то же время, не забывая о его отрицательных влияниях и учитывая их.
Виртуальная дополненная реальность в обучении — это наше будущее. Ведь участвуя в детском и юношеском возрасте человек в виртуальном дополненном мире в войнах или в боевых действиях, непосредственно виртуально соприкоснувшись с нищетой и болезнями, становившись виртуальным зрителем последствий применения ядерной бомбы, Чернобыльской аварии у него непременно возникнет чувства милосердия, желания помочь, защитить, самое главное бороться за мир. Увиденные землетрясения, наводнения, пожары, катаклизмы приведут к мысли о том, как эффективно создать более устойчивые конструкции, сооружения, здания. Он также научиться не боясь, без риска для здоровья и жизни ставить различные опыты и реакции и учиться на своих ошибках. Также получить много информаций, побывать в разных странах, спуститься как Жюль Верньские герои в недра Земли, в глубину океана, полетать в космос, попутешествовать уже не за 80 дней вокруг света, а за 80 секунд. Будущее поколение может поучаствовать в первой и второй мировой войне, карабахской войне не по наслышке и не по учебникам, а своими глазами может увидеть весь ужас, происходящий при ведении боевых действий.
Используя виртуальную реальность для создания учебной программы, мы еще с ранних лет можем обучать наших детей к милосердию, к анализу, к желанию творить и создавать, стремлению к знаниям, готовности к экстремальным случаям, к предупреждениям фатальных исходов.
Учебная программа виртуальной дополненной реальности — это наше будущее, но будущее, где нужно жить реальной и полной жизнью, получать знания и творить, не погружаясь в нее полностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рахматуллаев А. Н., Иманбек Р.К., Рахымова А. Р. Технология виртуальной реальности 8 ст. Молодой ученый Международный научный журнал № 18 (360) / 202
2. «Виртуальная реальность» компьютерные инструменты в образовании. Изд -во ЦПО ''Информатизация образования'', 2006, N5, С. 51-55
3. проф. Селиванов В. В., доц. Селиванова Л. Н. «Виртуальная реальность как метод и средство обучения» электронная библиотека КиберЛенинка (cyberleninka.ru)
4. Войскунский А.Е. «Психология и интернет» - М.: Акрополь, 2010. - 439 с.
5. «Виртуальная реальность» Март 30, 2021 https://www.ferra.ru/experts/computers/virtualnaya - realnost -htc.htm
6. Как работает технология дополненной реальности AR, описание, примеры приложений (funreality.ru)
7. Применение дополненной реальности в военной промышленности (make -3d.ru)
8. Полное погружение в виртуальную реальность: настоящее и будущее / Хабр (habr.com)
9. Так реально, что опасно: какие неприятности поджидают в виртуальной реальности? (ichip.ru)
10. Возможно ли полное погружение в виртуальную реальность (igate.com.ua)
11. Дополненная реальность в медицине | VR-JOURNAL
