ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

№58-2,

Физико-математические науки

В статье предлагается альтернативная инновационная методика обучения будущих спасателей и пожарных. Усовершенствование учебного процесса достигается за счёт применения очков виртуальной реальности. Разработка разнопланового программного обеспечения для VR-очков позволит оптимизировать изучение многих учебных предметов.

Похожие материалы

В вузовском учебном процессе обучающие информационные системы, использующие компьютерные технологии, играют весьма важную роль, так как их применение повышает эффективность процесса обучения. Подготовка профессиональных пожарных и спасателей требует особенных методов и технологий, эффективность которых следует постоянно совершенствовать. Моделирование учебных тренировочных площадок и центров позволяет отработать основные навыки ликвидации чрезвычайных ситуаций, но такие комплексы очень дороги и имеют узкую направленность. Построить наглядную физическую модель масштабной ЧС невозможно. Внедрение в процесс подготовки альтернативных методик является порой единственным выходом и позволяет сэкономить денежные средства.

В качестве одного из перспективных методов в образовательном процессе современные информационные технологии предлагают новую образовательную среду – виртуальную реальность. Виртуальная реальность моделируется компьютером и рассматривается в качестве особой информационной среды, в которой все объекты представлены в трех измерениях. Отличительной чертой этой среды является изменение изображений в режиме реального времени и переживание эффекта присутствия. Она имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. В образовательном процессе виртуальная реальность может служить методом, средством и технологией обучения одновременно.

Среди устройств, имитирующих виртуальную реальность (очки, шлем, перчатки, 3D-мыши и т.д.), очки самые доступные. Они представляют собой дисплей с собственным процессором и программным обеспечением. После того, как человек надевает на себя такие очки, все, что он видит – это виртуальный мир.

К массовому выпуску очков виртуальной реальности отечественные и зарубежные компании приступили в 2014 году. Один вариант исполнения – готовый девайс со встроенными гироскопом, акселерометром, магнитометром и GPS-позиционированием, улавливающими все движения головы – имеет свой процессор и подключается к компьютеру. Другой вариант – мобильный беспроводной – лёгкий пластиковый корпус для удержания смартфона пользователя.

Перед внедрением технологии виртуальной реальности в учебный процесс требовалось решить следующие задачи:

  • изучить существующие методики применения очков виртуальной реальности;
  • сконструировать бюджетный аналог существующих моделей очков виртуальной реальности;
  • создать специальное VR-приложение, моделирующее возникновение очага пожара в помещении.

При изучении существующих моделей очков виртуальной реальности (рис. 1) был сделан вывод, что возможно изготовление вполне бюджетного аналога своими силами.

Рис. 1. Модели очков виртуальной реальности разных производителей

Конструкция очков предполагала воссоздание виртуального пространства через смартфон. Условия проектирования в учебной аудитории определили выбор материалов: картон; стеклянные двояковыпуклые линзы; пластиковая тара; поролон; широкая эластичная резинка.

Размеры для построения чертежей выкройки определялись экспериментально с многократными примерками. Для возможности применения очков людьми с разной остротой зрения в модель добавлена возможность изменения фокусировки.

Все инструменты, материалы и необходимое оборудование для изготовления модели приобретены в ближайшем канцелярском магазине. Тубусы для линз выполнены из подручного материала. Линзы – стеклянные двояковыпуклые сферические; степень увеличения 5х; диаметр 30 мм, фокусное расстояние 45 мм. Для повышения комфортности при ношении очков, предлагаемая модель снабжена мягкими накладками, выполненными из упругого материала.

Подручные материалы для создания VR-очков
Рисунок 2. Подручные материалы для создания VR-очков

Как альтернативный вариант имеющихся на рынке мобильных виртуальных очков курсантом Ивановской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России была разработана бюджетная аналогия (см. рис.3).

Рис. 3. Внешний вид разработанных виртуальных очков

В картонный корпус вставляется обычный смартфон, на котором установлено специальное программное обеспечение. Коробка соединяет две стеклянные двояковыпуклые сферические линзы и смартфон. На голову крепится эластичными ремешками. Габариты очков: 135 × 80 × 80мм. Вес очков 150 г. При подключении к смартфону наушников дополнительно создаётся акустический эффект присутствия в заданном программой пространстве.

При тестировании разработанных VR-очков использовался смартфон Google LG Nexus 5 (габариты: 137,84 × 69,17 × 8,59; ОС Android 4.4, Kitkat; экран 4,96"; разрешение 1920×1080 пикселей — Full HD; вес 130 грамм).

Для применения данных виртуальных очков в учебном процессе академии разработана тестовая версия прикладного программного обеспечения. Специальное VR-приложение Room fire VR моделирует возникновение очага пожара в помещении (рис. 3).

Тестовая версия разработанного приложения
Рисунок 4. Тестовая версия разработанного приложения

Необходимые VR-приложения для смартфона создаются в программной среде Unity 3d. В ней можно создавать модели людей, зданий и предметов, разрабатывать ландшафт, траву, деревья и землю. Создание отдельных моделей объектов и последующее расширение их функциональности путем добавления новых компонент позволяет бесконечно совершенствовать и усложнять обучающее приложение.

При использовании VR-технологий в подготовке специалистов существенно повышается уровень концентрации внимания, легче усваивается учебный материал, лучше сохраняются и используются на практике приобретенные знания.

Восприятие виртуальной модели с высокой степенью достоверности позволяет качественно и быстро готовить специалистов требуемого профиля, уменьшая при этом стоимость обучения.

Очки виртуальной реальности позволяют реализовать процесс моделирования чрезвычайных ситуаций, тем самым снижают риск для курсантов пострадать от опасных воздействий внешней среды во время тренировочных занятий.

Применяя данную модель VR-очков в образовательном процессе академии, можно оптимизировать изучение многих предметов. Эта технология будет способствовать решению задач повышения профессиональной адаптации при подготовке курсантов.