камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
Тренажеры ВР Уже давно для танковых частей, военно-морского флота, ВВС и в отдельных отраслях гражданской сферы используются разнообразные тренажеры с использованием элементов виртуальной реальности. Здесь существуют тренажеры и симуляторы практически для всех устройств, требующих ручного управления. Системы виртуальной реальности устанавливаются также на предприятиях для обучения персонала, занятого на опасных участках производства, например на атомных станциях, в кузнечных цехах. Компания Motorola умудрилась сэкономить несколько миллионов долларов за счет виртуального обучения и создания виртуальных руководств по ремонту своей техники. Корпорация Boeing смело вкладывает несколько десятков миллионов в создание виртуальных инструкций по технической поддержке и ремонту своих лайнеров. Тренажеры и симуляторы, как правило, недешевы, но их использование повышает качество подготовки персонала и вполне оправдано коммерчески. Американские военные специалисты уже давно разрабатывают свои модели военных действий на основе концепции виртуальной реальности. При этом с США уже давно вкладывает деньги в разработку и использование комплексов виртуальной реальности в системах стратегического и тактического планирования боевых действий и ведения бесконтактного боя (имеется в виду без непосредственного участия военнослужащих в бое). В ходе боевых действий в Ираке были продемонстрированы отдельные элементы бесконтактной войны, когда армия США, используя высокоточное 359 оружие и дистанционно управляемые аппараты, наносила удары по иракским войскам, не вступая в непосредственный контакт. Один из самых серьезных военных тренажеров разработали британские военные. Они объединили в сеть около сотни симуляторов единиц боевой техники, более десятка симуляторов единиц боевой техники общего назначения и более десятка «пехотных» симуляторов. Тренажер получил название Combined Arms Tactical Trainer («Тактический тренажер боя с использованием различных видов вооружений»). Главный симуляционный зал имеет размеры 120х45 метров. В CATT могут одновременно тренироваться и «воевать» до семисот человек. Виртуальная реальность в промышленности Одним из первых экспериментов по применению виртуальной реальности на производстве была американская корпорация General Motors. Ожидания себя оправдали – лаборатория виртуальной реальности, созданная в Детройте в 1994 году, обошлась концерну в 5 млн. долларов, а экономия при разработке новых моделей автомобилей составила около 80 миллионов. Применение систем виртуальной реальности на различных этапах проектирования и испытания автомобилей позволило убрать из процесса разработки новой модели такие операции, как создание пластилинового макета, продувка модели в натуральную величину в аэродинамической трубе и крэш-тесты (испытания на столкновения). Все эти манипуляции специалисты производят в виртуальном пространстве, где изменениям подвергается не физическая, а виртуальная модель автомобиля, позволяющая экспертам наблюдать многие процессы испытаний не только в численном эксперименте, но и в визуальной форме. Аналогично решаются и проблемы с эргономикой салона, компоновки моторного отсека и ремонтопригодности узлов и агрегатов будущей машины. Например, можно определить еще в виртуальной модели насколько тот или иной узел может оказаться труднодоступным. Еще на этом этапе будущая модель автомобиля будет направлена от инженеров вновь на доработку 360 дизайнерам, которые могут быстро скорректировать тот или иной элемент кузова, мешающий подобраться к нужному месту. Затем виртуальная модель вновь передается инженерам на «испытания». Вслед за General Motors лабораториями виртуальной реальности обзавелись такие концерны, как Volkswagen и Ford. Теперь компания Ford признает, что внедрение системы виртуальной реальности в дизайнерских центрах в Меркенихе (Германия) и Дантоне (Великобритания) позволило сократить время разработки нового автомобиля более чем в два раза. Самые впечатляющие результаты от внедрения технологий ВР достигли в компании Audi (фирма Audi входит в состав группы Volkswagen), в которой все новые модели разрабатываются почти без использования реальных физических моделей автомобилей. Нынешние системы виртуальной реальности, используемые на производстве, – новый этап развития хорошо известных систем автоматизированного проектирования и моделирования (CAD – системы). А все модные и дорогостоящие приспособления – проекционные системы, специальные шлемы, перчатки, костюмы, благодаря которым передается не только изображение, но и звук, и тактильные ощущения, – не более чем обычные устройства ввода/вывода информации. Однако системы виртуальной реальности имеют одно принципиальное отличие: ни одна установка автоматизированного проектирования и моделирования пока не позволяет человеку управлять поведением модели в реальном времени. Студии виртуальной реальности на телевидении Технология виртуальной реальности принципиально изменяют не только внешний облик телевизионных передач на телевидении, но и само содержание передач. Технологии ВР предоставляет создателям телепередач новые выразительные средства и позволяет реализовать смелые и оригинальные творческие идеи. Такой подход сможет найти себе место и в развлекательных программах, и в спортивных передачах, и в выпусках новостей и 361 производстве рекламы. Использование таких студий позволяет избежать значительных расходов, связанных с изготовлением и монтажом декораций, необходимостью частого переоборудования съемочных павильонов. Экономия студийных площадей и возможность создавать в маленькой студии сложные проекты – это тоже очень важный момент, особенно для небольших телекомпаний. Новые технологии часто обвиняют в том, что они душат творчество, заменяя игру воображения примитивными эффектами и мультипликацией. На самом деле речь идет о современных средствах создания студийных декораций, значительно расширяющих традиционные возможности. Если раньше была нужна шикарная обстановка в студии, что требовало значительного бюджета, то теперь благодаря появлению виртуальных студий ситуация принципиально изменилась. Виртуальные студии позволяют реальным ведущим появляться на экране в предметном окружении, полностью или частично синтезированном на компьютере. Декорации могут быть построены с помощью, например таких технологий 3-мерного моделирования, как Softimage 3D или 3D Studio MAX. При этом сложность декораций ограничивается только талантом художника. Участники передачи снимаются на фоне синего (зеленого) заднего фона (это необходимо с точки зрения более качественной обработки и склейки различных изображений). В процессе съемок используется система отслеживания движения камер. Снятый материал комбинируется затем с полученным на компьютере изображением окружающей обстановки с учетом запомненного движения камер. В итоге сцена получается настолько реальной, что ее практически невозможно отличить от сцены, получаемой в традиционных декорациях. Впервые представители телевизионной индустрии смогли познакомиться с виртуальными студиями на выставках NAB и IBC в 1995 году, тогда их демонстрации собирали толпы народа. С тех пор эти технологии стали широко использоваться по всему миру для самых разных 362 целей: в выпусках новостей и спортивных программах, игровых шоу, прогнозах погоды и детских передачах. Таким образом, технологии виртуальной реальности в современном телевидении уже настолько прочно вошли в практику регулярных телепередач, что уже трудно представить телевидение без таких технологий. Виртуальная реальность в образовании Одним из наиболее популярных направлений развития виртуальной и дополненной реальности является образование. Существует много различных вариантов применения современных технологий в этой области – от простых школьных туров по Древнему Египту на уроках географии до обучения специалистов для работы на сверхскоростном поезде или на космической станции. Плюсы использования VR в образовании Использование виртуальной реальности открывает много новых возможностей в обучении и образовании, которые слишком сложны, затратны по времени или дороги при традиционных подходах, если не все одновременно. Можно выделить пять основных достоинств применения AR/VR технологий в образовании: 3. Наглядность. Используя 3D-графику, можно детализированно показать химические процессы вплоть до атомного уровня. Причем ничто не запрещает углубиться еще дальше и показать, как внутри самого атома происходит деление ядра перед ядерным взрывом. Виртуальная реальность способна не только дать сведения о самом явлении, но и продемонстрировать его с любой степенью детализации. 4. Безопасность.Операция на сердце, управление сверхскоростным поездом, космическим шатлом, техника безопасности при пожаре – можно погрузить зрителя в любое из этих обстоятельств без малейших угроз для жизни. 5. Вовлечение.Виртуальная реальность позволяет менять сценарии, влиять на ход эксперимента или решать математическую задачу в игровой и доступной для понимания форме. Во время виртуального урока можно 363 увидеть мир прошлого глазами исторического персонажа, отправиться в путешествие по человеческому организму в микрокапсуле или выбрать верный курс на корабле Магелланна. 6. Фокусировка. Виртуальный мир, который окружит зрителя со всех сторон на все 360 градусов, позволит целиком сосредоточиться на материале и не отвлекаться на внешние раздражители. 7. Виртуальные уроки. Вид от первого лица и ощущение своего присутствия в нарисованном мире – одна из главных особенностей виртуальной реальности. Это позволяет проводить уроки целиком в виртуальной реальности. Форматы VR в образовании. Использование новых технологий в образовании предполагает, что учебноый процесс должен быть перестроен соответствующим образом. Очное образование. Виртуальные технологии предлагают интересные возможности для передачи эмпирического материала. В данном случае классический формат обучения не искажается, так как каждый урок дополняется 5–7-минутным погружением. Может быть использован сценарий, при котором виртуальный урок делится на несколько сцен, которые включаются в нужные моменты занятия. Лекция остается, как и прежде, структурообразующим элементом урока. Такой формат позволяет модернизировать урок, вовлечь учеников в учебный процесс, наглядно иллюстрировать и закрепить материал. Дистанционное образование. При дистанционном обучении ученик может находиться в любой точке мира, равно как и преподаватель. Каждый из них будет иметь свой аватар и лично присутствовать в виртуальном классе: слушать лекции, взаимодействовать и даже выполнять групповые задания. Это позволит придать ощущение присутствия и устранить границы, которые существуют при обучении через видеоконференции. Также преподаватель сможет понять, когда ученик решит покинуть урок, так как шлемы Oculus Rift и HTC Vive оборудованы датчиком освещения, позволяющим распознать, используется шлем в данный момент или нет. 364 Смешанное образование. При наличии обстоятельств, мешающих посещать занятия, ученик может делать это удаленно. Для этого класс должен быть оборудован камерой для съемки видео в формате 360-градусов с возможностью трансляции видео в режиме реального времени. Ученики, посещающие урок дистанционно, смогут наблюдать происходящее в классе от первого лица (например, прямо со своего места), видеть своих одноклассников, общаться с преподавателем и принимать участие в совместных уроках. Самообразование. Любой из разработанных образовательных курсов может быть адаптирован для самостоятельного изучения. Сами уроки могут размещаться в онлайн-магазинах (например, Steam, Oculus Store, App Store, Google Play Market), чтобы у всех была возможность осваивать или повторять материал самостоятельно. Минусы использования VR в образовании Однако пока использование технологий и сами устройства не будут максимально «отточены», будут существовать минусы и потенциальные проблемы использования виртуальной реальности в образовании: 1. Объем. Любая дисциплина довольно объемна, что требует больших ресурсов для создания контента на каждую тему урока – в виде полного курса или десятков и сотен небольших приложений. Компании, которые будут создавать такие материалы, должны быть готовы заниматься разработкой довольно продолжительное время без возможности ее окупить до выхода полноценных наборов уроков. 2. Стоимость. В случае с дистанционным обучением нагрузка по покупке устройства виртуальной реальности ложится на пользователя, или этим устройством может быть его телефон. Но образовательным учреждениям понадобится закупать комплекты оборудования для классов, в которых будут проходить занятия, что также требует существенных инвестиций. 3. Функциональность. Виртуальная реальность, как и любая технология, требует использования своего, специфического языка. Важно 365 найти верные инструменты для того, чтобы сделать контент наглядным и вовлекающим. К сожалению, многие попытки создания обучающих VR- приложений не используют все возможности виртуальной реальности и, как следствие, не выполняют своей функции. Идеи для применения В данном разделе представлены лишь некоторые идеи того, как могут быть использованы возможности технологий AR и VR в сфере образования. a) виртуальная реальность (VR) Возможность этой технологии погружать человека в виртуальный мир определяет основное направление для ее развития в образовании. Все то, что не может быть создано в реальном мире по техническим, экономическим или физическим причинам, может быть создано в мире виртуальном. Возможность побывать там, где в реальности побывать трудно или невозможно. Увидеть электрические и магнитные поля, доисторических животных, подводные миры, древние страны, планеты и астероиды. Также эта технология может открывать некоторые вещи по-новому, к примеру, живопись, есть приложение, которое погружает вас в картину Ван Гога «Ночное Кафе». Такие приложения могут по-новому открыть живопись в веке кино и компьютерных игр. В физике, эта технология может позволить проводить лабораторные работы в современных лабораториях. К примеру, почему бы не смоделировать наиболее известные исследовательские проекты последних лет: большой андронный коллайдер или детектор гравитационных волн и провести в них лабораторные работы? Это позволит заинтересовать обучаемых, показывая им современное состояние науки, а не то, при котором учились еще их деды и прадеды (что конечно, тоже имеет значение). При изучении иностранных языков, большой прогресс в обучении достигается при живом общении с носителем. Но если такого человека найти трудно или трудно технически доставить его в аудиторию. Виртуальная реальность уже сейчас позволяет попадать в пространства, где можно не только общаться, но и взаимодействовать с другими пользователями. 366 Например, можно перенести группу, изучающих японский язык в России, и группу, изучающих русский язык в Японии, в одно пространство, где они могли бы общаться, выполнять задания. А на следующее занятие, например, с группой из Испании. Такой интерактивный формат будет интересен обучаемым в любом возрасте. Проводить же такие встречи вживую или даже с использованием видеоконференций связи было бы не так эффективно, но более трудоемко и затратно. В изучении истории, обучаемые могут ознакомиться с трехмерными экспонатами музеев мира. А также с воссозданными городами, битвами или другими историческими событиями. Например, можно не только воссоздать Бородинскую битву, но и позволить обучаемым в ней поучаствовать и принимать свои собственные, а также коллективные решения. Таким образом, это будет новым шагом развития после создания Бородинской панорамы в Москве. В области географии современное развитие камер 360 градусов, позволяют пользователям снимать трехмерные панорамы и видео. Многие исследователи, путешественники и просто туристы снимают множество материала и выкладывают его в открытый доступ. Это видео про горы, океаны, полеты, вулканы, полюса. Использование такого материала на занятиях, позволит обучаемым увидеть далекие уголки нашей планеты и поддержать их интерес к путешествиям. В биологии технология открывает возможность масштабироваться до размера органов, клетки или даже молекулы ДНК. Интерактивные возможности позволяют не только увидеть статическую картину, но и посмотреть, к примеру, процесс репликации ДНК. В области химии приложения позволяют проводить опасные или дорогостоящие опыты. Изучать строения атомов и молекул. Наблюдать за химическими превращениями в динамике. В области литературы можно, например, визуализировать наиболее яркие моменты художественных произведений. Интересным видится совмещение материала и события. Например, побывать на экзамене в 367 Царскосельском лицее и увидеть, как Пушкин читает «Воспоминания в Царском Селе». Конечно, голоса поэта и главное той энергии уже не воссоздать, но такой формат позволит обучаемым почувствовать ту атмосферу, которая царила в то время. b) дополненная реальность (AR) Визуализация алгебраических поверхностей, как второго, так и более высоких порядков. На рис14.1 показаны алгебраические поверхности 2 порядка при их отображении с помощью технологии AR. Обучаемый получит возможность качественно изучить поверхность как реальный объект перед собой, а не на экране компьютера и, тем более, книги, а также изменять параметры в реальном времени и видеть результат. Все это должно способствовать лучшему пониманию структуры уравнений (интерактивное изменение параметров) и трехмерной формы поверхностей. Рис. 14.1. Алгебраические поверхности 2 порядка Аналогичные визуализации можно создавать для поверхностей более высокого порядка (рис. 14.2). Рис. 14.2. Алгебраические поверхности порядка больше 2: (a) Диагональная кубическая поверхность Клебша, (б) Лента Мебиуса, (в) Бутылка Клейна Основным направлением для применения в физике является визуализация уравнений математической физики. При этом показывается 368 решение в виде физического процесса. Обучаемый сможет динамически изменять параметры уравнения и видеть влияние этого изменения на результат. Интересным видится визуализация фазовых диаграмм, в частности pvt- диаграммы (фазовой диаграммы) воды. На диаграмме возможно отображение физических процессов: изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного и политропных процессов. Студент будет видеть полную картину процесса, а не проекции на определенные плоскости, интерактивно менять точки начала и окончания процесса, видеть дополнительную информацию о процессе (выделяемая/поглощаемая энергия, параметры в начале и конце). В химии отображение атомных орбиталей (рис. 14.3) поможет лучше понять и запомнить их строение. Визуализация строения молекул (рис. 14.4), позволяет увидеть различные химические связи в пространстве. Рис. 14.3. Фазовая диаграмма воды Рис. 14.4. Молекула кофеина |