Віртуальна реальність в освітньому процесі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Віртуальна реальність в освітньому процесі

В останні роки розвиток інформаційних технологій дозволив створити технічні і психологічні феномени сприйняття і переживань людини, які в популярній та науковій літературі отримали назву «віртуальної реальності» [2; 12].

У віртуальній реальності можуть бути інші об'єкти або інші люди, а людина може з ними взаємодіяти. Сьогодні технології віртуальної реальності стали доступними і кожен може організувати у себе вдома «портал» у нереальні світи [3; 9].

Було б доцільним розглянути можливості віртуальної реальності як нової перспективної моделі навчання, яка базується на використанні сучасних програмних та технічних засобів.

ВР - новий рівень розвитку інформаційних технологій

Віртуальна реальність це високорозвинена форма комп' ютерного моделювання, яка дозволяє користувачу заглибитися у штучний світ і безпосередньо діяти в ньому за допомогою спеціальних сенсорних пристроїв, які зв'язують його з аудіовізуальними ефектами. При цьому зорові, слухові, моторні відчуття користувача замінюються їхньою імітацією, яка генерується комп'ютером. Спрощуючи, віртуальною реальністю можна вважати штучний світ, що існує «в комп'ютері». Моделі об'єктів, які функціонують в середині цього світу (наприклад, електронний прототип нового літака або автомобіля в електронній аеродинамічній трубі), можуть взаємодіяти не тільки між собою, а й з людиною або групою людей [5-6].

Види віртуальної реальності.

Прийнято розрізняти наступні типи віртуальної реальності:

комп'ютерне моделювання та імітація;

мережева уявна дійсність;

апаратні засоби кіберпростору.

У сучасному світі є безліч великомасштабних установок, які прийнято використовувати в різних сферах науки і техніки, займаючись вирішенням завдань не тільки фундаментальних, а й наукових дисциплін.

Основна особливість ВР-моделей - це створювана для користувача ілюзія його присутності в модельованому комп'ютерному середовищі яке називають дистанційною присутністю. Відчуття дистанційної присутності найбільш залежить від того, наскільки реалістично відтворюються рухи і наскільки переконливо ВР-модель реагує при взаємодії з користувачем. Зокрема, при відповідній технічній забезпеченості модель може адекватно реагувати на поворот голови і навіть рух очей.

Основними ознаками, за якими система 3D візуалізації може бути віднесена до класу «віртуальна реальність», є наступні: зображення являється [9]: стереоскопічним;

зображення погоджено з координатами зорових сенсорів;

система оснащена двонаправленим інтерфейсом (вхід - координати здорових сенсорів, вихід - зображення);

час обновлення зображення у відповідь на зміни координат сенсорів не перевищує 1/16 секунди.

Найбільш досконалі системи віртуальної реальності дозволяють реалізувати ілюзію «повного заглиблення» у віртуальне середовище.

Взаємодіючи з об'єктами основної діяльності (виготовлення виробів, управління виробничою діяльністю, бізнес-процеси, інтегрована логістична підтримка виробів та інше), віртуальні технології забезпечують ефективну реалізацію в єдиному інформаційному просторі за рахунок інтеграції і оптимізації інформаційної взаємодії учасників життєвого циклу виробу [12].

До поняття основних віртуальних технологій відносяться:

технологія комплексної комп'ютеризації усіх сфер промислового виробництва, яка має за мету уніфікацію і стандартизацію сертифікацій (проектна, технологічна, виробнича, маркетингова, експлуатаційна документація) промислової продукції на всіх етапах її життєвого циклу;

технологія і організація процесів розробки виробництва, після продажного сервісу, експлуатації виробів шляхом інформаційної підтримки процесів їх життєвого циклу на основі стандартизації методів представлення даних на кожній стадії життєвого циклу та без паперового електронного обміну даними;

технологія наскрізної обробки прикладних даних в інформаційній системі - створення і вибір стандартів представлення електронного опису виробу, способів і програмно-технічних засобів опису, підготовки, обробки, передачі та управління даними, розробка прикладних протоколів взаємодії програмних компонентів цифрових виробничих систем;

технологія взаємодії функціональних груп користувачів - реалізація технологій в заданому програмно-технічному просторі з урахуванням технологій наскрізної обробки прикладних даних й створення електронного опису виробу;

технологія управління цільовими й цифровими проектами; багаторазове підвищення складності цільових проектів і створення виробу через його електронний опис вимагають переходу до автоматизованої системи формалізованого управління цільовими та цифровими проектами;

технологія опису бізнес-проектів на різних етапах життєвого циклу виробу; найбільш відповідальні етапи проектування, створення, модернізації науково ємних виробів в силу їх надвисокої складності і величезного потенціалу для оптимізації.

Сьогодні технології віртуальної реальності широко застосовуються в різних сферах діяльності: проектуванні й дизайні, видобутку корисних копалин, військових технологіях, будівництві, тренажерах і симуляторах, маркетингу й рекламі, індустрії розваг. Об'єм ринку технологій віртуальної реальності оцінюється більш ніж п'ятнадцять млрд. доларів на рік [9].

Відеоігри - віртуальна реальність повністю занурює користувача в ігровий світ, на відміну від доповненої, яка лише вносить деякі зміни в реальний світ.

Заходи в прямому ефірі - одна з ключових сфер розвитку технологій віртуальної реальності. З її допомогою користувачі зможуть відчути ефект особистої присутності на масових заходах - найцікавіших матчах та концертах, сидячи в зручному кріслі у вітальні.

Кіно і серіали - використання технологій віртуальної реальності зможуть повністю занурювати користувача в фільм.

Продаж - за допомогою технологій віртуальної реальності покупці зможуть оцінити дизайн квартири, обрати конфігурацію автомобіля. Магазини одягу використовуватимуть примірочні, обладнані технологіями віртуальної або доповненої реальності, щоб клієнти могли приміряти речі, не торкаючись до них.

Продаж нерухомості - технології ВР привернуть покупців в сферу продажу нерухомості. Нововведення серйозно змінить цей масштабний ринок. Ріелтори будуть залучати потенційних клієнтів новими технологіями. Покупці зможуть самостійно вивчати ринок нерухомості.

Охорона здоров' я - варіанти застосування віртуальної і доповненої реальності в галузі охорони здоров'я: полегшення роботи медиків, лікування фобій і психічних розладів, проведення віртуальних прийомів:

Військова сфера - можливо буде здійснювати підготовку кадрів за допомогою технологій віртуальної реальності в умовах, максимально наближених до бойових, без будь-якої небезпеки для життя і здоров'я.

Віртуальна реальність в освіті

Одним з найбільш популярних напрямків розвитку віртуальної реальності є освіта, яка із застосуванням технологій віртуальної і доповненої реальності учні середніх і вищих навчальних закладів зможуть взаємодіяти з предметами в віртуальному просторі або брати участь у важливих історичних подіях [1].

Технологія віртуальної реальності містить у собі можливості створення високоякісних засобів стереозображень, 3D електронних освітніх ресурсів, презентаційних та інформаційних матеріалів, віртуальних лабораторій і практикумів тощо. У процесі професійної підготовки студентів можна використовувати як віртуальні лабораторії, практикуми, моделюючи середовища, так і цілі віртуальні світи [3].

Як відомо [4; 6: 9] існують різні типи ВР-систем, розмежування яких лежить у площині способів і режимів їхньої взаємодії з користувачем:

а) системи типу «Вікно в світ» використовують сучасні комп'ютерні монітори для відображення візуальної частини кіберсвіту;

б) відеонакладання - за допомогою відеокамери силует користувача накладається на двовимірне зображення, створюване комп'ютером, у результаті чого користувач дивиться на екран і бачить свій силует, своє віртуальне тіло у кіберпросторі, яке взаємодіє з віртуальним світом;

в) системи занурення - досконалі ВР-системи, що повністю занурюють користувача у віртуальний світ, створюючи при цьому відчуття присутності;

г) системи дистанційної присутності - є з'єднання віддалених сенсорів, розташованих на будь-якому об'єкті в реальному світі з оператором - людиною;

д) змішана реальність - об'єднання систем дистанційної присутності й системи, що ґрунтується на віртуальній реальності, комп'ютерне зображення якої генерується, виходячи з інформації, виведеної датчиками систем дистанційної присутності.

Технологія віртуальної реальності дозволяє користувачеві з особливими потребами мати доступ і використовувати такі ж самі навчальні матеріали з дому, як і у реальному навчальному закладі. Можна визначити великий освітній потенціал технологій віртуальної реальності для навчального процесу [1; 10-11], зокрема:

підвищення ефективності навчання;

зростає рівень навчальної мотивації;

надано нові можливості для навчання людей з обмеженими можливостями;

значно прискорюється процес засвоєння навчального матеріалу;

безперечне розширення можливостей для відпрацювання необхідних практичних навичок у найрізноманітніших галузях.

Віртуалізація системи освіти активно здійснюється в розвинених країнах протягом останнього десятиліття. Стимулами для цього є три основні чинники:

підвищення вимог до рівня кваліфікації робочої сили у зв'язку з технологічним удосконаленням сучасного виробництва і сфери обслуговування населення;

перехід промисловості на дрібносерійне виробництво при швидкій змінюваності моделей, що вимагає оперативної перепідготовки персоналу багатьох компаній;

усе більше усвідомлення в суспільстві цінності якісної освіти як особистого і національного надбання.

Тому в системі освіти почався пошук нових форм навчання. Однією з них стало дистанційне навчання з використанням елементів ВР. Віртуалі - зація освіти відкриває принципово нові можливості для вирішення двох найважливіших і актуальніших проблем сучасності:

підвищення доступності якісної освіти (у тому числі для осіб з обмеженими фізичними можливостями);

безперервності процесу освіти протягом усього людського життя, що вже сьогодні є загальновизнаною вимогою, яка проголошена в документах ЮНЕСКО.

Можна виділити п' ять основних переваг застосування ВР технологій в освіті.

Наочність. Використовуючи 3D-графіку, можна деталізовано показати хімічні процеси аж до атомного рівня. Причому ніщо не забороняє заглибитися ще далі і показати, як всередині самого атома відбувається поділ ядра перед ядерним вибухом. Віртуальна реальність здатна не тільки дати відомості про саме явище, а й продемонструвати його з будь-яким ступенем деталізації.

Безпека. Операція на серці, управління надшвидкісним поїздом, космічним шатлом, техніка безпеки під час пожежі - можна занурити глядача в будь-яке з цих обставин без найменших загроз для життя.

Залучення. Віртуальна реальність дозволяє змінювати сценарії, впливати на хід експерименту або вирішувати задачку в ігровій та доступній для розуміння формі. Під час віртуального уроку можна побачити світ минулого очима історичного персонажа або відправитися в подорож по людському організму в мікрокапсулі.

Фокусування. Віртуальний світ, який оточить глядача з усіх боків на всі 360 градусів, дозволить цілком зосередитися на матеріалі і не відволікатися на зовнішніх подразників.

Віртуальні уроки. Вид від першої особи і відчуття своєї присутності в намальованому світі - одна з головних особливостей віртуальної реальності. Це дозволяє проводити уроки цілком у віртуальній реальності.

Формати ВР в освіті:

Денна освіта - передача емпіричного матеріалу через ВР в семантичному навчанні;

дистанційна освіта - групове заняття з ефектом наявності соціальної взаємодії;

змішана освіта - можливість віддалено знаходитися в класі, бачити те що відбувається, взаємодіяти з реальними учнями та викладачем;

самоосвіта - будь-який з розроблених освітніх курсів може бути адаптований для самостійного вивчення.

Віртуальна реальність в освіті дозволяє: проводити телемости, відеоконференції; створювати 3D електронні освітні ресурси; створювати 3D презентаційні та інформаційні матеріали;

створювати музеї, лабораторії, планетарії; візуалізувати складніші об'єкти, фізичні явища. Різновиди елементів віртуальної реальності: Кіберпростір - інтерактивне інформаційне середовище, яке функціонує за допомогою

комп'ютерних систем;

тривимірна графіка - зображення, які включають побудову геометричної проекції тривимірної моделі;

симуляція - режим створення проекту який, вимагає залучення користувача, додає блоки для натиснення маніпулятором миші, додає написи відображення поточного стану користувача, також додає написи і з підказками;

3D-тур - сукупність декількох віртуальних панорам, між якими можна переміщатися, використовуючи спеціальні переходи. Відвідувачеві віртуального тура дається можливість переходити з одного приміщення в інше, орієнтуючись за картою (навігатором), де він перебуває в цей момент;

віртуальна панорама - фотореалістичний спосіб подання реальності, що дозволяє користувачеві переміщатися у віртуальному просторі. Віртуальна панорама створює ілюзію присутності в тривимірному просторі.

Доповнена реальність - додавання до відчуттів, що надійшли з реального світу, уявних об' єктів, зазвичай з допоміжно-інформативними властивостями [12].

Імітація тактильних відчуттів застосовуються для рішення завдань віртуального прототипування й ергономічного проектування, створення різних тренажерів, медичних тренажерів, дистанційного керування роботами, у тому числі, мікро- й наносистемах створення віртуальних скульптур.

Симуляція як елемент ВР

Симуляція - це розміщення людей в «фіктивні, що імітують реальні» ситуації для навчання або одержання оцінки виконаної роботи, інакше це навчання дією або в дії. Цей режим створення проекту не записує рухів маніпулятора миші [8].

Симуляцію в освітньому процесі розрізняють за такими видами:

когнітивна інтеграція; інтеграція психомоторна; швидке прийняття рішень; закріплення навичок через повторення; дозволяє розібрати ситуацію по частинами; навчання через навчання інших.

Освітня симуляція - це структурований сценарій з детально розробленою системою правил, завдань і стратегій, які створені з певною метою: сформувати специфічні компетенції, які можуть бути безпосередньо перенесені в реальний світ.

Комп'ютерні симуляції - це моделювання навчальної ситуації і послідовне її виконання з метою вирішення на комп' ютері.

Симуляції представляють деяку частину навколишньої дійсності, вони дозволяють вивчати ті аспекти дійсності, які не можуть бути вивчені іншим способом з міркувань безпеки, етики, високої вартості, необхідного технічного забезпечення або масштабу досліджуваного явища. Симуляції допомагають наочно уявити абстрактні поняття. Студенти розуміють суть досліджуваного явища завдяки можливості маніпуляції з його параметрами.

Комп'ютерна симуляція як інтерактивна форма навчання володіє величезними можливостями:

створює образ реальних атрибутів діяльності; виступає як віртуальний аналог реального взаємодії;

створює умови заміщення реального виконання соціальних або професійних ролей;

є формою контролю ефективності професійного навчання.

В комп'ютерній симуляції виділяються основні компоненти:

робоча модель професійного середовища або структурно-організаційна схема, в якій закладені можливі варіанти поведінки і взаємодії людей один з одним;

сценарій (сюжет) процесу симуляції, спрямований на застосування знань, розвиток інтуїції, пошуку альтернативного нестандартного шляху вирішення проблеми.

Одним із сильних переваг комп'ютерних симуляцій полягає в тому, що вони можуть давати точну оцінку конкретних дій учня, т.к. технологія контролю вбудована в інструментальні засоби симуляцій.

Комп'ютерне моделювання, яке застосовується в освіті, може бути розділено на наступні категорії: комп'ютерні текстові симулятори; комп'ютерні графічні симулятори; симулятори з використанням манекенів; симулятор віртуальної реальності.

Комп'ютерні текстові симулятори створюють словесний опис ситуації, в якій користувач вибирає один з декількох готових відповідей. Ґрунтуючись на отриманій відповіді, комп'ютер генерує наступну ситуацію. Отримавши інформацію про дії студента, програма створює наступний бланк, де може бути представлено вже набагато більше варіантів подальшого вибору.

Графічні симулятори відтворюють на дисплеї графічне зображення ситуації. Хоча такі симуляції сприяють розумінню і засвоєнню матеріалу зазвичай вони не розвивають у студентів практичних навичок. Головна мета їх використання полягає в поясненні якихось абстрактних понять у доступній і недорогий формі.

Симулятори з використанням манекенів можуть бути виконані з різним ступенем складності та реалістичності, але зазвичай завжди дорогі.

Основу для створення симуляцій як елементу віртуальної реальності складають сценарії завдань, які б потім користувач мультимедійного навчального комплексу без труднощів міг виконати і засвоїти.

Сценарій - це детально розроблений план виконання будь якого завдання у віртуальному середовищі. Він складається зі списку дій та відповідних ним віртуальних сцен (зображень). Чим більший список, тим реальніше виглядає віртуальна реальність, але тим самим ускладняється процес створення симуляцій.

Коли робота над проектом завершується, його «публікують» - зберігають у вигляді кліпу.

Віртуальна реальність на сучасному етапі може стати необхідною формою, яка може значно підвищувати ефективність навчального процесу. Під час розробки та впровадження елементів віртуальної реальності у мультимедійні навчальні комплекси необхідно враховувати можливості закладу вищої освіти, професійний рівень розробників та час, відведений на реалізацію віртуальної реальності у навчальний процес.

На сучасному етапі найбільш просто можна реалізувати елементи віртуальної реальності у мультимедійних навчальних комплексах у вигляді симуляцій моделей професійного середовища або структурно-організаційних схем.

Основу симуляцій складають технологічні сценарії, які в свою чергу базуються на педагогічних сценаріях.

Список літератури

віртуальний освіта реальність інформаційний

1. Березовский В.С. Создание электронных учебных ресурсов и онлайновое обучение: учеб. пособ. / В.С. Березовский, И.В. Стеценко. - К.: Изд. группа BHV, 2013. - 176 с.

2. Виртуальная реальность: Энциклопедия социологии / А.А. Грицанов, В.Л. Абушенко, Г.М. Евелькин, Г.Н. Соколова, О.В. Терещенко. - Мн.: Книжный Дом, 2003. - 1312 с.

3. Неводник Л.О. Виртуальная экскурсия как одна из эффективных форм организации учебного процесса. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://osvita.ua/school/lessons_summary/education/36910/.

4. Всероссийская научно-методическая конференция «Виртуальная и дополненная реальность-2016: состояние и перспективы»: мат-лы конф. - М., 2016. - 385 с.

5. Технологии виртуальной реальности: методологические аспекты, достижения и перспективы / Ю.П. Зинченко, Г.Я. Меньшикова, Ю.М. Баяковский, А.М. Черноризов, А.Е. Войскунский // Национальный психологический журнал. - 2010. - №1 (3). - С. 54-62.

6. Круглов М. Основные принципы систем Виртуальной Реальности / М. Круглов. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://nestor.minsk.by/kg/1999/ 23/kg92305.html.

7. Пушкар О.І. Технології комп'ютерного дизайну: навч. посіб. для студентів напряму підготовки 0515 «Видавничо-поліграфічна справа» / О.І. Пушкар, В.Є. Климнюк, В.В. Браткевич. - Х.: ВД «ІНЖЕК», 2013. - 168 с.

8. Симуляторы - ситуационное моделирование [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://forecast-ing.ru/ simulation case modeling.html.

9. Фореман Н. Прошлое и будущее 3-D технологий виртуальной реальности / Н. Фореман, Л. Коралло // Научнотехнический вестник ИТМО. - 2014. - №6 (94). - С. 1-8.

10. Monaha T. Virtual Reality for Collaborative E-learning / T. Monaha // Computers & Education, - 2008. - 50 (4) - С. 1339-1353.

11. Thakral S. Virtual Reality and M-Learning / S. Thakral, P. Manhas, C. Kumar // International Journal of Electronic Engineering Research. - 2010. - Vol. 2. - No. 5. - P. 659-661.

12. Virtual Reality Desktops for Vive, Rift, and Windows VR Compared / [Електронний ресурс] / Dominic Brennan. Jan 3, 2018 - Режим доступу: https://roadtovr.com /virtual-reality-desktop-compared-oculus-rift-htc-vive/.

Размещено на Allbest.ru