Применение VR и AR в образовании

Применение VR и AR в образовании

1 Используемые термины

1.1 Общие определения

• Иммерсивные технологии (immersive – погружать) - технологии полного или частичного погружения в виртуальный мир или различные виды смешения реальной и виртуальной реальности.
• RR (real reality) - объективная реальность, в которой мы находимся и которую воспринимаем органами чувств.
• VR (virtual reality) - виртуальная реальность - полностью смоделированная реальность с применением современных технологий.
• AR (augmented reality) - дополненная (добавленная) реальность. Добавление в нашу реальную реальность (RR) элементы виртуальной реальности.
• MR (mixed reality) - смешанная реальность - проприетарный термин Microsoft для Windows Mixed Reality. По сути это AR с применением Hololens.
• XR (extended reality) - расширенная реальность - общее название для AR- и VR-технологий.
• 360-фото, видео - контент, состоящий из одной 360°- или нескольких сшитых фото и видео. Распространены также 360°-видеотрансляции.

1.2 Глубина иммерсивных технологий

• Глубокие иммерсивные технологии — использование всех возможных (возможно не нужных) виртуальных элементов.
• Специализированные иммерсивные технологии — использование только принципиально важных виртуальных элементов.

2 Технологии

2.1 Виртуальная реальность

2.1.1 Определение

• Под виртуальной реальностью понимается созданный техническими

средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие. В зависимости от количества используемых органов чувств определяется глубина реализации виртуальной реальности. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для большей убедительности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени. Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности.

2.1.2 Возможности реализации

• Типы приложений
  • Приложения для компьютеров, реализующие взаимодействие с виртуальными приборами.
• Интерфейс взаимодействия
  • Мобильный телефон со специальным VR-приложением, который вставляется в специальный футляр с линзами.
  • Трекинговые системы. Позволяют перемещать пользователя в виртуальное пространство.
  • Специальные перчатки вместо джойстика.
  • Мобильные VR-шлемы со встроенными мониторами. Такие устройства более оптимизированы для работы в VR по сравнению с футлярами для смартфонов, у них качественная графика, есть интегрированный звук и джойстик для управления.
  • Шлемы глубокой VR (например, Oculus Rift). Обработанная графика передается на шлем по проводам от игрового компьютера с мощной видеокартой. Необходимость связи с ПК создает ограничения для использования, но при этом у шлемов тяжёлого VR более качественная графика и богаче потенциальный пользовательский опыт. Трекинговые камеры фиксируют положение джойстика и положение человека, погружая его в виртуальную реальность более реалистично. Также в комплекте с такими шлемами идут контроллеры.

2.1.3 Варианты использования

• Тренажёры для управления транспортными средствами, производственными системами. Позволяют удешевить процесс обучения.
• Виртуальные лаборатории. Реализуют возможность проведения опытов с оборудованием, доступ к которому ограничен.
• Виртуальные экскурсии.

2.1.4 Текущее состояние

• Специфическое оборудование для виртуальной реальности находится в экспериментальном состоянии. Возможно его применение для игровых проектов.
• Наиболее оптимальным представляется использование компьютерных симуляторов, используя доступ к ним через стандартные устройства: клавиатуру, мышку, монитор, планшет, звуковую подсистему.

2.2 Дополненная реальность

2.2.1 Определение

• Является результатом введения в зрительное поле любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и изменения восприятия окружающей среды.

2.2.2 Прагматика применения

• Интенсификация взаимодействия человека с компьютером.

2.2.3 Возможности реализации

• Типы приложений
  • Проецирование виртуального объекта в реальный мир.
• Интерфейс взаимодействия
  • Мобильный телефон со специальным AR-приложением.
  • Очки дополненной реальности.
  • Проецирование информации на стекло транспортного средства.

2.2.4 Варианты использования

• Игровые проекты, типа Pokemon Go.
• Обучение взаимодействию с реальными объектами.
• Наложения картинок в прямом эфире телеканалов.
• Использование интерактивных мониторов.
• Виртуальный гид.

2.2.5 Текущее состояние

• Специфическое оборудование для дополненной реальности находится в экспериментальном состоянии. Возможно его применение для игровых проектов (высокая степень условности).
• Наиболее оптимальным представляется использование взаимодействия через мобильный телефон или компьютер со стандартными устройствами.

3 Текущее состояние иммерсивных технологий

3.1 Достоинства и недостатки иммерсивных технологий

3.1.1 Преимущества иммерсивного подхода

• Наглядность. Виртуальное пространство позволяет детально рассмотреть объекты и процессы, которые невозможно или очень сложно проследить в реальном мире. Например, анатомические особенности человеческого тела, работу различных механизмов.
• Сосредоточенность. В виртуальном мире на человека практически не воздействуют внешние раздражители. Он может сконцентрироваться на материале и лучше усваивать его.
• Вовлечение. Сценарий процесса обучения можно с высокой точностью запрограммировать и контролировать.
• Безопасность. В виртуальной реальности можно без каких-либо рисков проводить сложные операции, оттачивать навыки управления транспортом, экспериментировать, изучать работу в опасных условиях.

3.1.2 Недостатки иммерсивных технологий

• Дороговизна оборудования.
• Оборудование находится в стадии экспериментального развития. Существует большая вероятность его быстрого устаревания.
• Дороговизна разработки программ.
• Отсутствие серьёзных программных продуктов, реализующих глубокие иммерсивные технологии.
• Возможные трудности адаптации к иммерсивным технологиям. Не все люди одинаково хорошо их воспринимают.
• Необходимость существенно менять программу обучения. Чтобы сделать технологию полноценной частью учебного процесса, нужно кардинально работать над программами обучения в школах и университетах.
• На данный момент иммерсивные технологии выполняют по преимуществу развлекательные функции.
• Понижают профессиональные и статусные ожидания от учебного заведения («Образование для бедных»).

3.2 Программы учебных заведений по иммерсивным технологиям

3.2.1 Высшая школа экономики

• Программа ДПО «Основы создания игр» https://hsbi.hse.ru/distance_learning/osnovy-sozdaniya-igr/.
• Программа ДПО «Менеджмент игровых проектов» https://hsbi.hse.ru/programs/vocational_retraining/menedzhment-igrovykh-internet-proektov/.

3.3 Программные продукты для образования

3.3.1 SIKE

• https://e-learn.sike.ru/
• Разрабатывает электронные учебные курсы с элементами VR для промышленности.
• Тематика курсов: гидравлика, горное дело, материаловедение, металлургия, метизное производство, охрана труда и промышленная безопасность, поварское дело, сварочное дело, графический дизайн
• Уровень курсов: средне-специальное образование.

3.3.2 PRAXISVR

• https://praxisvr.net/.
• Разрабатывает электронные учебные курсы на основе VR.
• Тематика курсов: виртуальный хирург, тренажёр коммуникативных навыков, виртуальная клиника, тренажер по сборке оборудования, обучение менеджеров по продажам.
• Уровень курсов: средне-специальное образование, бакалавриат.

3.3.3 МедВиАр

• https://www.medvr.pro/.
• Разработка VR-решений для симуляционной и практической медицины.
• Уровень курсов: средне-специальное образование, бакалавриат.

3.3.4 Модум Лаб

• https://modumlab.com/.
• Судя по всему стартап https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F:%D0%9C%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BC_%D0%9B%D0%B0%D0%B1_(Modum_Lab).
• Уровень курсов: начальное, среднее, средне-специальное образование.
• На многих курсах возможен только предзаказ.

4 Использование иммерсивных технологий в учебном процессе

4.1 Рекомендации по использованию иммерсивных технологий в учебном процессе

4.1.1 Типы иммерсивных технологий

• В учебном процессе предлагается применение специализированных иммерсивных технологий. Специализированные иммерсивные технологии реализуют только необходимые для обучения или работы элементы системы. В качестве примера можно привести программные симуляторы физических и инженерных систем. В них реализуются минимально необходимые элементы, необходимые для продуктивной работы или обучения. Применение глубоких иммерсивных технологий в данном подходе представляется неоправданным.
• При том, что иммерсивные технологии вполне пригодны для формирования умений, формирование навыков обычно не происходит (за исключением специальных случаев, например, для симуляции работы с компьютерным оборудованием).
• Использование специализированных аппаратных средств на данный момент не представляется оправданным в связи с примитивностью и быстрым устареванием. В текущих условиях пользователь специализированных аппаратных средств становится бесплатным тестером.

4.1.2 Уровень применимости

• Существующие иммерсивные технологии в текущем состоянии являются крайне примитивными. При обучении их применение направлено в основном на освоение умений. В связи с этим предполагается, что наиболее оправдано их применение на уровне бакалавриата.
• Использование иммерсивных программных средств на уровне магистратуры представляется не оправданным.

4.2 Примеры использования в обучении

4.2.1 Компьютерные науки

• Использование иммерсивных программных продуктов в виде программных симуляторов.
• Cisco Packet Tracer - симулятор сети передачи данных, выпускаемый фирмой Cisco Systems. Позволяет делать работоспособные модели сети, настраивать (командами Cisco IOS) маршрутизаторы и коммутаторы, взаимодействовать между несколькими пользователями.
• Поскольку симуляция практически эквивалентна реальной профессиональной деятельности, то тренируются не только умения, но и навыки.

4.2.2 Химия, Физика, Медицина

• Симуляторы химической лаборатории.
• Симуляторы физической лаборатории.
• Симуляторы медицинской практики.

1. Элемент профессиональной деятельности

   • Не тренируют навыки.
   • Практически бесполезны в обучении.

2. Общая дисциплина

   • Навыки не нужны. Достаточно умений.
   • Полезны при невозможности (или нецелесообразности) использовать реальное лабораторное оборудование.
   • Понижают профессиональные ожидания от учебного заведения.
   • Понижают статусные ожидания от учебного заведения.