Научная статья на тему 'Виртуальная реальность и профессиональные технологии визуализации'

Виртуальная реальность и профессиональные технологии визуализации Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
4694
781
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМЫ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ / ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ / ВИРТУАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ КУРСЫ / ИНТЕРАКТИВНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ И СИМУЛЯТОРЫ / МУЛЬТИМЕДИЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / ИНТЕРАКТИВНОЕ ОБУЧЕНИЕ / 3D ГРАФИКА / 3D ИНТЕРНЕТ / ОБУЧАЮЩИЕ ИГРЫ / ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ / ВИРТУАЛЬНЫЕ КОММУНИКАЦИИ / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ВИРТУАЛЬНОЕ ПРОТОТИПИРОВАНИЕ / ВИРТУАЛЬНЫЙ ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ / VIRTUAL REALITY SYSTEMS / VIRTUAL LABS / VIRTUAL COMPUTER COURSES / INTERACTIVE COMPUTER TRAINERS AND SIMULATORS / MULTIMEDIA TECHNOLOGY / INTERACTIVE TRAINING / 3D GRAPHICS / 3D INTERNET / EDUCATIONAL GAMES / DISTANCE LEARNING / VIRTUAL COMMUNICATION / SIMULATION / VIRTUAL PROTOTYPING / VIRTUAL OPERATING EXPERIENCE

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Князева Галина Викторовна

В статье приводится обзор основных профессиональных технологий и средств виртуальной визуализации, применяемых для интерактивного и/или дистанционного обучения. Основное назначение описанных средств и методов повысить эффективность учебного процесса с использованием мультимедийных технологий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Князева Галина Викторовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

In this article there is an overview of the basic professional technology and virtual imaging, used for interactive and/or distance learning. The main purpose of the described means and methods is to improve the effectiveness of the learning process using multimedia technologies.

Текст научной работы на тему «Виртуальная реальность и профессиональные технологии визуализации»

Г.В. Князева

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ И ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Galina Knyazeva

VIRTUAL REALITY AND PROFESSIONAL VISUALIZATION TECHNOLOGIES

Ключевые слова: системы виртуальной реальности, виртуальные лабораторные работы, виртуальные компьютерные курсы, интерактивные компьютерные тренажеры и симуляторы, мультимедийные технологии, интерактивное обучение, 3D графика, 3D интернет, обучающие игры, дистанционное обучение, виртуальные коммуникации, имитационное моделирование, виртуальное прототипирование, виртуальный опыт эксплуатации.

Key words: Virtual reality systems, virtual labs, virtual computer courses, interactive computer trainers and simulators, multimedia technology, interactive training, 3D graphics, 3D Internet, educational games, distance learning, virtual communication, simulation, virtual prototyping, virtual operating experience.

Аннотация

В статье приводится обзор основных профессиональных технологий и средств виртуальной визуализации, применяемых для интерактивного и/или дистанционного обучения. Основное назначение описанных средств и методов - повысить эффективность учебного процесса с использованием мультимедийных технологий.

Abstract

In this article there is an overview of the basic professional technology and virtual imaging, used for interactive and/or distance learning. The main purpose of the described means and methods is to improve the effectiveness of the learning process using multimedia technologies.

Виртуальная реальность - применяется в тех областях деятельности, где человеку для эффективного восприятия требуется не просто трехмерное изображение наблюдаемого объекта (это можно сделать и на плоском экране монитора - например, 3D игры, дизайнерские и архитектурные пакеты), а необходимо погружение наблюдателя в мир изучаемой модели для более эффективного восприятия и взаимодействия с ней: там, где наблюдаемые объекты и данные очень сложны либо очень важна реальность восприятия объектов. Виртуальное окружение позволяет человеку почувствовать себя частью исследуемого мира, исключая по возможности все взаимодействия с настоящим, реальным миром (эффект погружения). Этот эффект является специфическим отличием от обычных систем трехмерной графики, широко доступных на персональных компьютерах. Недолгое пребывание внутри установки ВР высокого погружения (подобные системы будут описаны ниже) оказывает неизгладимое впечатление на пользователя.

Современные технологии позволяют имитировать настоящую реальность с помощью различных мультимедийных устройств, задействующих слух, зрение, обоняние и прочие ощущения. Погружение в виртуальную реальность может производиться с помощью совершенно различных устройств, однако наиболее эффективным средством является компоновка проекционных систем, называющаяся комнатой виртуальной реальности (CAVE). На стены такой комнаты в реальном времени проецируется 3D стерео изображение. Кроме того, пользователь подобной системой может взаимодействовать с виртуальной средой с помощью различных устройств, отслеживающих движения (Tracking). Таким образом, производится достаточно сильное погружение в виртуальное окружение.

Также активно используются современные акустические системы. Среди устройств для взаимодействия с виртуальным окружением, существуют такие, как перчатки виртуальной реальности, отслеживающие движения руки и способные передавать тактильные ощу-

щения и даже целые костюмы, позволяющие передавать тактильные ощущения не только рукам, но и другим частям тела.

Системы виртуальной реальности активно используются совершенно в различных отраслях. В науке такие системы позволяют производить различные исследования. В производстве проработать дизайн продукции, а также протестировать её, симулируя реальные физические законы. Также такие системы активно применяются для создания различных тренажёров (например, военных) и даже для проведения виртуальных лабораторных работ.

Благодаря инновационным технологиям обучения, появилась уникальная возможность в значительной степени усовершенствовать современные методы обучения. Таким образом, пользователи могут самостоятельно обучаться тем или иным навыкам, с помощью компьютера. В процессе интерактивного обучения пользователи не только читают и слушают учебный материал, но и взаимодействуют с ним, как с настоящим учителем. Это позволяет обучаемому произвольно определять время и объём обучения.

Виртуальные лабораторные работы. Используя системы виртуальной реальности, а также различные мультимедийные технологии и программное обеспечение, можно проводить различные виртуальные лабораторные работы. У виртуальных лабораторных работ есть множество преимуществ перед реальными. Во-первых, они абсолютно безопасны. Во-вторых, для их проведения требуется только техническая база, и не нужно расходовать какие-либо иные ресурсы. В-третьих, пользователи могут самостоятельно их проводить, без помощи преподавателя, используя инструкции, получаемые с помощью программного обеспечения.

Предметы, в которых применимы виртуальные лабораторные работы, совершенно различны. Это может быть химия, физика, биология или любой другой предмет. Компьютерные технологии позволяют воспроизвести как простые, так и совершенно немыслимые эксперименты в виртуальной среде. Чаще всего виртуальные лабораторные работы применяются наряду с виртуальными курсами.

Виртуальные компьютерные курсы служат отличной альтернативной формой обучения. Такая форма обучения имеет множество преимуществ. И прежде всего это возможность интерактивного обучения в реальном времени независимо от дистанции. То есть учитель и ученики могут находиться хоть на разных концах света. При этом они могут общаться друг с другом голосом, видеть друг друга, используя веб-камеры, а также взаимодействовать друг с другом с помощью различных сетевых приложений.

Другим не менее важным преимуществом данного метода обучения является то, что учебный материал может преподноситься в более доступной и эффективной форме. В частности, при дистанционном обучении возможно активное применение 3D графики и прочих мультимедийных технологий, что, в свою очередь, существенно усиливает усваиваемость учебного материала. Более сложной реализацией виртуальных курсов являются виртуальные тренажёры.

Виртуальный тренажер. Многие профессиональные навыки требуют их отработки, перед применением на деле. И для этого, как правило, используются тренажёры. Однако создание тренажёров на основе тех или иных реальных объектов (например, самолётов или ядерных установок) может обойтись в приличную сумму, а доверять молодым специалистам управление действующей аппаратурой - мероприятие весьма рискованное. Для того чтобы позволить таким специалистам отрабатывать свои профессиональные навыки, в современном мире активно применяются виртуальные тренажёры.

Виртуальные интерактивные тренажёры ничем не уступают обычным тренажёрам, однако позволяют отработать те или иные профессиональные навыки без различных рисков и больших затрат. В них активно применяются различные современные мультимедийные технологии, технологии виртуального окружения и 3D графика, что позволяет с наибольшей эффективностью симулировать условия и законы реальной жизни в виртуальной реальности.

Интерактивные тренажёры дают люди возможность тренировать и вырабатывать те или иные специальные навыки, будь-то разговор на иностранном языке, вождение автомобиля или управление оборудованием нефтеперерабатывающего завода. Такие тренажёры могут представлять собой как приложение для компьютера со стандартной конфигурацией, так и

целые комплексы программного обеспечения, требующие наличия мощных компьютеров и другого специального оборудования.

Как правило, тренировка происходит в автоматическом режиме, то есть обучаемый может самостоятельно, без посторонней помощи, проходить обучение. При взаимодействии с компьютерным тренажёром обучаемому передаются различные инструкции в виде обычного текста, звуковых или видеозаписей. В отдельных случаях возможно применение виртуальных 3D учителей, наделённых искусственным интеллектом и помогающим наиболее комфортно проходить обучение.

Компьютерный тренажер. По мере развития компьютерных технологий они стали активно применяться для отработки различных специальных навыков. Сегодня обычный компьютер может позволить реализовать как простые, так и достаточно сложные компьютерные тренажёры с использованием специального оборудования, мультимедийных технологий и 3D графики. Таким образом, может производиться интерактивное обучение, когда пользователи могут самостоятельно изучать те или иные материалы и отрабатывать свои специальные навыки.

Примеров компьютерных тренажёров можно привести достаточно много. Но одной из самых распространенных областей в этом направлении является обучение школьников и студентов различным предметам. Это может быть лингвистика, физика, химия, математика -в принципе что угодно, тут всё зависит от поставленных целей и фантазии разработчика. Немаловажно то, что разработка компьютерных тренажёров и симуляторов в современном мире не требует наличия большого количества специалистов, так как необходимые технологии получили достаточно широкое распространение.

Разработка тренажеров и симуляторов. Для разработки тренажёров и симуляторов, как правило, используются различные компьютерные и мультимедийные технологии, а также технологии виртуальной реальности. Требования к современным тренажерным системам и комплексам в настоящее время весьма жесткие и перекрыть все имеющиеся нужды средствами одной лишь компьютерной графики невозможно. Более того, ряд тренажерных систем и симуляторов просто необходимо комплектовать симуляторами перегрузок (ускорений, действующих на тело обучаемого). Это весьма очевидно, поэтому законченная современная тренажерная система должна включать в себя помимо средств «зрительной симуляции» средства «чувствительной (перегрузочной) симуляции». Любая реальная обстановка - будь-то для водителя, пилота, космонавта, танкиста или игрока звездных войн. Если обучаешь кого-нибудь на чисто компьютерных тренажерах, всегда есть и будет опасность подготовки не реальных, а «виртуальных специалистов», не способных к профессиональному выполнению реальных задач. Поэтому, например, использование устройств с обратной тактильной связью часто просто незаменимо.

Немалую роль при производстве тренажёров и симуляторов также играет и программное обеспечение. В основном используется тоже программное обеспечение, что используется при создании современных компьютерных игр. Требования к качеству графики могут быть различны и зависят от конкретного проекта. Однако всё же немалую роль играет поддержка 3D графики на современном уровне, а также возможность использования 3D моделей, созданных в популярных программах. Также с помощью программного обеспечения могут имитироваться реальные физические законы, что позволяет существенно расширить спектр возможного применения тренажёров и симуляторов в мире.

Производство тренажеров и симуляторов требует наличия достаточно опытных специалистов, а также хорошей осведомлённости в сфере технологий виртуальной реальности и специального программного обеспечения. Чаще всего они базируются на стандартном программно-техническом комплексе и уже дополняются специальным оборудованием. Программное же обеспечение создаётся, как правило, индивидуально, в зависимости от поставленной задачи. Время и стоимость реализации тренажёров и симуляторов также зависят от конкретного проекта.

В производстве могут использоваться как стандартные интерфейсы типа клавиатуры и мыши, так и более сложные, например джойстики с системой обратной отдачи или даже перчатки и шлемы виртуальной реальности. Степень и качество визуализации в программных приложениях могут быть достаточно сложными и реалистичными, при необходимости и обычно базируются на OpenGL. При разработке могут быть использованы сетевые технологии, позволяющие создавать комплексные тренажёры и симуляторы, на базе которых можно проводить обучение сразу нескольких специалистов, например работающих в команде одновременно в едином виртуальном пространстве.

Комплексный тренажер - это программно-технический комплекс, который позволяет проводить профессиональное обучение группы людей в определённом количестве по совместной работе с объектом, требующим одновременного управления более чем одним человеком. Например, это может быть корабль, самолёт или даже космическая станция, масштаб не имеет значения. Экономия при использовании таких тренажёров в процессе обучения, повышения квалификации и тренировки сотрудников очевидна. Ведь, как правило, такие комплексы стоят в сотни раз дешевле, нежели реальные объекты. Кроме того, ошибки при использовании комплексных тренажёров не критичны и не ведут к каким-либо реальным негативным последствиям.

Благодаря современным графическим 3d приложениям и технологиям виртуального окружения можно симулировать практически любые условия, интерфейсы и ситуации. Взаимодействие между программно-техническими комплексами осуществляется с помощью стандартных сетевых решений (ЦОР/ТСР-1Р), позволяющих передавать достаточно большой объём информации в реальном времени, на высокой скорости. Комплексные тренажеры также могут быть использованы в качестве функциональных тренажёров для отработки совместных операций.

Функциональный тренажер - это вид тренажёра, позволяющего вырабатывать и совершенствовать профессиональные навыки по использованию аппаратуры и интерфейсов, осуществляющих те или иные функции по управлению. Такие тренажёры, как и обычные, разрабатываются на базе стандартного компьютерного оборудования и программного обеспечения. Однако возможно также применение интерактивной 3d графики, которая позволяет воспроизводить те или иные реальные элементы и объекты в виртуальной среде.

Кроме того, благодаря технологиям виртуального окружения возможно увеличение реалистичности при использовании функционального тренажёра. Таким образом, обучаемые специалисты могут добавиться большего эффекта при отработке своих профессиональных навыков на тренажёрах. Так, например, возможно воссоздание кабины самолёта, в которой пользователь может перемещаться, смотреть в разные стороны и управлять с помощью того или иного интерфейса и виртуальных панелей управления различными функциями виртуального самолёта. Часто функциональные тренажёры пересекаются по назначению с процедурными тренажёрами.

Процедурные тренажеры - позволяют отрабатывать профессиональные навыки по проведению тех или иных процедур. Такие тренажёры очень выгодны в использовании, так как позволяют не рисковать в процессе тренировки, какими-либо реальными ресурсами. Степень реалистичности и погружения при тренировке достаточно высока, поэтому такой метод обучения имеет высокую эффективность.

Для достижения реалистичности используются графические 3d приложения и технологии виртуальной реальности. Для взаимодействия с виртуальными объектами могут использоваться устройства с обратной отдачей, позволяющие симулировать физическое взаимодействие с виртуальной реальностью. Области применения процедурных тренажёров достаточно широки. Так, например, они активно используются в медицине и позволяют отрабатывать сложные операции на виртуальных пациентах, с помощью виртуальной аппаратуры. Выгода в данном примере очевидна, ведь нет ничего ценнее человеческой жизни, и это то, чем меньше всего стоит рисковать. Нередко процедурные тренажёры используются также для проведения интерактивного обучения.

Интерактивное обучение - это метод обучения, как правило, базирующийся на программно-техническом комплексе. Основная особенность и преимущество такого метода в том, что пользователь может самостоятельно проходить обучение, закреплять и проверять свои знания с помощью компьютерных тестов. Кроме того, интерактивного обучения, как правило, значительно экономичнее классического, за счёт того, что пользователь может использовать тот или иной учебно-программный комплекс на базе собственного компьютерного оборудования, присутствия преподавателя при этом также необязательно.

Особую роль при разработке программ для проведения интерактивного обучения играют современные мультимедийные технологии, позволяющие сделать его более увлекательным и интересным. Особенно это важно, когда речь идёт об обучении молодых людей, которые чаще всего проявляют небольшой интерес к обучению. Однако благодаря интерактивным методам обучения стало возможным обучать их с большей степенью эффективности.

Интерактивные методы обучения - позволяют проводить обучение тем или иным навыкам с большой степенью эффективности. Благодаря современным мультимедийным технологиям, такие методы могут использоваться в рамках интерактивных компьютерных обучающих программ. Такие программные решения позволяют сделать обучение более понятным и интересным, что, в свою очередь, даёт очень положительный результат.

При создании приложений для интерактивного обучения могут использоваться как стандартные мультимедийные 3d приложения, так и сложные - такие, как 3d графика. Кроме того, в отдельных случаях возможно применение нестандартных интерфейсов, таких как, например, джойстики. При использовании технологий интерактивного обучения необязательно наличие преподавателя, так как, используя компьютерные технологии, пользователь может самостоятельно взаимодействовать с программным комплексом, проходить обучение и тестировать полученные знания.

Технологии интерактивного обучения - на сегодняшний день достаточно разнообразны и обширны. Однако ведущую роль в данном направлении играют технологии виртуального окружения, позволяющие проводить интерактивное обучение с наибольшей степенью эффективности. При создании приложения для проведения обучения используются современные мультимедийные технологии, которые дают возможность создавать настоящие виртуальные миры, с которыми пользователи могут взаимодействовать с небольшими ограничениями.

Область применения технологий интерактивного обучения достаточно широка. В принципе они могут быть использованы для обучения практически любым навыкам - будь то вождение автомобиля или высшая физика. В обоих случаях пользователь, имеющий доступ к необходимой программно-технической базе, может самостоятельно проходить обучение с высокой степенью усвоения материала. Достаточно популярной разновидностью применения технологий интерактивного обучения - является игровое обучение.

Игровое обучение - это метод, который позволяет обучать тем или иным специальным навыком в процессе взаимодействия с компьютерной интерактивной игрой. Основное преимущество такого метода заключается в том, что он позволяет достичь положительного результата с наименьшими усилиями благодаря его привлекательной форме. Кроме того, пользователь может проходить обучение в такой форме самостоятельно, без посторонней помощи.

Компьютерные обучающие игры технически не отличаются от обычных. Однако их главное отличие заключается в том, что в игре заложены определённые элементы, позволяющие передать игроку ту или иную информацию в неявной форме. Таким образом, игровые методы обучения являются отличным дополнением к классическим методам обучения.

Игровые методы обучения достаточно разнообразны. Однако наибольшего внимания заслуживают методы игрового обучения на базе современных мультимедийных и компьютерных технологий. Благодаря им стало возможным создание интерактивных обучающих игр, в которых используются красочная графика и звуковое оформление. Такая форма подачи информации позволяет сделать образовательный процесс более эффективным.

Для реализации компьютерных обучаемых программ используются всевозможные доступные компьютерные технологии. Это могут быть как простые, так и достаточно сложные графические приложения с использованием реалистичной 3d графики. Также при реализации таких программ могут использовать технологии виртуальной реальности.

Технологии игрового обучения, игротехника - позволяют обучать пользователей тем или иным профессиональным навыкам и чаще всего реализуются на базе программнотехнических комплексов. Основное преимущество таких методов обучения заключается в их наглядности и доступности для широкой аудитории. Немаловажным фактором является и общая привлекательность такой формы обучения, особенно для молодых пользователей.

Благодаря современным мультимедийным технологиям игровое обучение приобретает всё новые, более качественные и интерактивные формы. В процессе такого обучения ученики могут самостоятельно взаимодействовать с компьютерной обучающей игрой, а также взаимодействовать друг с другом по сети, выполняя те или иные роли. Таким образом, степень погружения в виртуальные мир достаточно велика, что позволяет передавать достаточно большой объём информации потенциальным пользователям и вырабатывать у них те или иные навыки. Более серьёзной формой развития игрового обучения являются имитационные игры на базе компьютерных технологий.

Имитационные игры - представляют собой процесс, в котором пользователи играют те или иные роли и, взаимодействуя, стремятся совместно достигнуть той или иной цели. Благодаря компьютерным технологиям стало возможным проводить имитационные игры в виртуальных мирах. При этом пользователи также могут взаимодействовать друг с другом посредством виртуальных персонажей, а также с помощью голосовой связи.

Создание таких виртуальных миров возможно благодаря высокому уровню развития сетевых технологий и 3d графике. Такая реализация имитационных игр имеет ряд существенных преимуществ. Прежде всего, люди могут находиться на достаточно отдалённом расстоянии (это может использоваться наряду с технологиями дистанционного обучения). В виртуальном мире могут симулироваться практически любые реальные условия и ситуации, при этом нет необходимости расходовать какие-либо ресурсы для их создания в реальной среде. Для большей степени погружения в виртуальный мир могут быть использованы технологии виртуальной окружения.

Технологии дистанционного обучения достаточно разнообразны. В них используются различные программные комплексы и технологии, такие как передача голоса, видео, текста, различных изображений и интерактивных тестов. Основная особенность такой формы обучения в том, что учитель и ученики находятся на достаточно отдалённой дистанции друг от друга, в разных городах или даже странах. Такая форма обучения позволяет сэкономить как средства при обучении, сделав его более доступным для людей, так и время, так как обучаемые могут параллельно заниматься какой-либо другой деятельностью, а учиться в свободное время. Благодаря развитию сетевых технологий технологии дистанционного обучения стали достаточно популярны.

А благодаря современным мультимедийным технологиям и 3d графике технологии дистанционного обучения приобрели качественно новый уровень. Используя графические 3d приложения, преподаватель может в интерактивном режиме по сети передавать различную информацию обучаемым людям (такой вид взаимодействия также называют 3d E-Lerning). Так, например, он может, управляя своим 3d аватаром, проводить лабораторные работы, демонстрировать те или иные сцены - всё что угодно. Ведь современные интерактивные 3д приложения позволяют достичь достаточно большой функциональности и качества без каких либо существенных ограничений.

3D e-learning - это форма обучения, в которой активно используются программнотехнические комплексы и 3d графика. Современные мультимедийные технологии и графические приложения позволяют воссоздать практически любые условия и ситуации в виртуальной среде. Они позволяют создавать интерактивных и реалистичных 3d персонажей, симу-

лировать физические условия, создавать фотореалистичные сцены. Всё это в сумме даёт широкую базу для обучения тем или иным профессиональным навыкам.

Также в такой обучающей системе могут активно использоваться сетевые технологии. Таким образом, можно сформировать систему дистанционного обучения, при которой учитель и ученики могут взаимодействовать друг с другом независимо от расстояния. 3Б е-1еагшп§ активно используется в странах Запада и Европы как в школьном и высшем образом, так и при повышении квалификации сотрудников той или иной компании.

Обучающие системы. Сегодня существует множество обучающих систем, однако использование в них интерактивной 3d графики и технологий виртуального окружения даёт существенное преимущество. Во-первых, это даёт большую свободу в реализации тех или иных задач и симуляции реальных жизненный условий. Во-вторых, существенно увеличивается степень погружения обучаемых людей в то или иное виртуальное пространство. В-третьих, сама эффективность такого обучения значительно выше, так как пользователь усваивает визуальный материал гораздо лучше. На рисунке 1 представлена общая блок-схема компьютерных обучающих систем.

Модели органов управления, индикайии объекта н нк визуальное представление

П

Органы управления и индикации на

реальном объекте

База данных Математическая

учебных и 1 модель объекта 1

тренировочных V (виртуальный V

заданий объект)

И

Визу а льни представление виртуального объекта

Система |

протоколирования [■ состояний \

виртуального объекта I

Я

Система анализа ошибок обучаемых и формирования оценок

Рисунок 1 - Общая блок-схема компьютерных обучающих систем

Спектр применения таких обучающих систем достаточно широк. Таким образом, можно, например, обучать школьников таблице Менделеева, схемам поведения в экстремальных ситуациях или даже можно обучать профессионалов работе на атомных станциях. Масштаб здесь не играет какой-либо роли. Таким образом, применение 3d графики и технологий виртуального окружения в обучающих системах переводит их на качественно новый уровень. На базе таких обучающих систем могут производиться автоматизированные обучающие системы (АОС, ИАОС).

Автоматизированные обучающие системы, АОС, ИАОС - это комплексы, как правило, основанные на программном обеспечении и компьютерных технологиях, которые позволяют проводить обучение в автоматическом режиме с большой степенью эффективности. Использование современных мультимедийных технологий и 3d графики позволяют в значительной степени увеличить эффективность обучения и сделать его более понятным и интуитивным для обучаемого персонала. Кроме того, в таких системах могут использоваться всевозможные технологии виртуального окружения, позволяющие увеличить степень погружения и интерактивности.

Пользователи автоматизированных систем обучения могут самостоятельно обучаться тем или иным навыкам и контролировать свои достижения. Чаще всего такая форма обучения совмещается с помощью реального инструктора, отвечающего на те или иные дополнительные вопросы и помогающего освоиться с интерактивной системой обучения.

Автоматизированная система обучения (АСО) - автоматизированная информационная система, которая включает в себя преподавателя, студентов, комплекс учебнометодических и дидактических материалов, автоматизированную систему обработки данных. Предназначена для поддержки процесса обучения в виртуальных классах с целью повышения его эффективности.

Автоматизированные системы обучения (АСО) и тренажеры моделируют работу соответствующих объектов в различных режимах работы и представляют обучаемому возможность самостоятельного управления объектами в диалоге с программой.

Достоинства автоматизированных систем обучения:

- адекватность математических моделей;

- хорошая визуализация органов управления, индикации и самого моделируемого объекта;

- в демонстрационном режиме визуальных инструкций обучение можно проводить в форме лекций.

Визуальные инструкции, visual simulation - помогают представить те или иные схемы действий в более понятном для аудитории виде, нежели обычное устное или текстовое инструктирование. Они могут быть представлены как инструктором, так и существовать в виде отдельного приложения, которое пользователи используют по необходимости.

Благодаря применению современных мультимедийных технологий и 3d графике, визуальные инструкции стали более понятными. Используя 3d графику, можно продемонстрировать те или иные сценарии в более понятном для пользователей виде. Степень свободы в реализации различных представлений при этом достаточно высока. Также визуальные инструкции могут быть представлены с помощью 3d интернета.

3D web, 3D internet - это будущее веб-технологий. Благодаря современным компьютерным технологиям и широкополосному интернету стало возможным отображать полноценные 3D приложения прямо в окне интернет-браузера. Пользователи могут взаимодействовать с такими сайтами, так же как с обычными, при этом расходуется небольшое количество интернет-трафика. Системные требования зависят от конкретного приложения, но в среднем также не велики.

3D сайты могут иметь значительно большую функциональность, нежели обычные, благодаря широким мультимедийным возможностям. Кроме того, они позволяют создавать различные инновационные интерфейсы. Также при их создании могут использоваться 3D звуковое оформление, сетевые технологии (например, для создания виртуальных коммуникаций), анимационные персонажи и многое другое, что в сумме даёт огромную базу и возможности для реализации проектов различного профиля.

Виртуальные коммуникации, UCC - это взаимодействие в том или ином в виде, посредством компьютерных технологий. Благодаря им стало возможным взаимодействовать через компьютерные интернет-сети, с помощью специального программного обеспечения. Таким образом, можно, например, проводить виртуальные встречи, конференции или какие-либо совместные работы.

Современные мультимедийные технологии существенно расширили возможности виртуальных коммуникаций, и теперь стало возможным передавать на расстоянии не только какую-либо текстовую информацию, но и звуковые сообщения, то есть общаться голосом. Кроме того, могут активно использовать 3d технологии, которые также расширяют спектр возможных видов виртуальной коммуникации. В частности, пользователи могут взаимодействовать с помощью виртуальных 3d персонажей, перемещаясь и общаясь с помощью них в виртуальном пространстве. На сегодняшний день существуют множество программных приложений, в которых реализован подобный вид коммуникаций, и они доступны широкой аудитории. В данной среде могут быть реализованы виртуальные классы.

Виртуальный класс - это комплекс, основанный на компьютерных технологиях и различном программном обеспечении и позволяющий проводить дистанционное обучение незави-

симо от количества обучаемых людей. Благодаря современным компьютерным технологиям стало возможно усовершенствовать виртуальные классы, и сделать их более реалистичными.

Виртуальные классы могут быть реализованы с помощью 3d графики, где класс будет представлен в виде виртуальной 3d комнаты, а люди в виде 3d персонажей. Пользователи могут управлять своими 3d персонажами, выражая различные эмоции, общаясь по сети (голосом или текстом). Также они могут взаимодействовать с виртуальной интерактивной средой. Например, учитель может продемонстрировать то или иное видео или даже провести лабораторную работу (которая может включать имитационное моделирование) прямо в виртуальном классе. Таким образом, используя современные 3d и сетевые технологии, стало возможным перевести дистанционное обучение и виртуальные классы на качественно новый уровень.

Имитационное моделирование - это метод, позволяющий моделировать те или иные процессы в соответствии с реальными условиями. Благодарю ему можно тестировать эти процессы с заданными параметрами неограниченное количество раз, тем самым проводя необходимый анализ. Для его реализации используются мощные компьютерные технологии и специальное программное обеспечение.

Имитационное моделирование активно используется в производстве наряду с виртуальным прототипированием и позволяет сэкономить большое количество ресурсов, благодаря тому что для тестирования тех или иных процессов не нужно тратить каких-либо реальных материалов и достаточно стандартного компьютерного оборудования. Большинство процессов моделируются с помощью 3d графики. Также возможно использование технологий виртуального окружения.

Виртуальное прототипирование, виртуальный опыт эксплуатации. Благодаря виртуальному прототипированию стало возможным смоделировать жизненный цикл того или иного изделия и определить наилучший путь для достижения положительного результата при его производстве, стало также возможным получать виртуальный опыт эксплуатации изделия, так как будто оно уже изготовлено. В сумме это даёт существенную экономию ресурсов, потому что те или иные ошибки и недочёты можно обнаружить ещё на стадии виртуального прототипирования и опыта эксплуатации. При прототипировании используется специальное программное обеспечение для создания виртуальных 3d моделей, а также программное обеспечение для симуляции тех или иных реальных условий. Для того чтобы обеспечить получение виртуального опыта эксплуатации, используются различные технологии виртуальной реальности.

Литература

1. Петрова Н.П. Виртуальная реальность для школьников и начинающих пользователей. Серия: От игры к делу. - М.: Аквариум ЛТД, 2008. - 256 с.

2. Шапиро Д.И. Виртуальная реальность и проблемы нейрокомпьютинга. - М.: РФК -Имидж Лаб, 2008. - 454 с.

3. Шапиро Д.И. Основы технологии виртуальной реальности. - М.: РФК - Имидж Лаб, 2003. - 268 с.

4. http://www.ve-sim.ru/simulation16.html - Технологии интерактивного обучения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.