Технології реалізації спеціалізованих android-додатків для освітніх цілей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технології реалізації спеціалізованих android-додатків для освітніх цілей

Вступ

Упродовж останнього десятиліття на світовому ринку інформаційних технологій виокремилися нові тенденції щодо розробки мобільних додатків та відеоігор, які поєднують у собі технології змішаної та віртуальної реальності. Стрімке зростання популярності таких технологій пов'язане з виходом у світ на початку 2016 року нової гри «Pokemon Go». Власне, поняття «змішана реальність» передбачає специфічний користувацько-програмний інтерфейс, який дозволяє за допомогою смартфону або іншого подібного пристрою, облаштованого камерою та необхідним програмно-апаратним забезпеченням, моделювати дво- та тривимірні віртуальні об'єкти на екрані смартфону в процесі їх взаємодії з об'єктами навколишнього світу в реальному часі.

Постановка проблеми. Зважаючи на інтенсивність поширення та розвитку даної тенденції у підходах до розробки сучасного програмного забезпечення, вважаємо, що ігнорувати її нині не доцільно, адже згідно з даними останнього звіту, оприлюдненого лідерами світової інформаційної індустрії, перелік галузей та напрямів, охоплених технологією змішаної реальності, продовжує стрімко збільшуватися [1]. Аналіз втілених упродовж останніх років програмних розробок засвідчує, що найбільш перспективними галузями застосування технології змішаної реальності нині є:

- ігрова індустрія (шоломи змішаної реальності, наприклад, Microsoft HoloLens) (див. рис. 1);

- відеоконтент (3D, 4D, 5D з ефектами присутності);

- розважальні послуги (шоломи віртуальної реальності, наприклад, Oculus rift);

медична діагностика тощо.

Мета статті - розглянути та проаналізувати Виклад основного матеріалу. Галузі освітньої та перспективність використання технологій віртуальної комерційної діяльності нині набирають усе більшої і змішаної реальності у освітніх цілях. популярності (див. табл.) [2].

Таблиця. Прогноз зростання ринку технологій віртуальної і змішаної реальності до 2025 р. (відповідно до базового сценарію)

Таким чином, нами було вирішено розглянути одну із важливих ланок, яку охоплюють вищезазначені технології, - галузь освіти, та спроектувати програмний продукт, що вміщуватиме змішану реальність і являтиме собою певну цінність на ринку сучасних освітніх інформаційних технологій.

Перш ніж деталізувати структуру та особливості проектування і практичного застосування конкретних Android-додатків, що спрямовуватимуться на поєднання штучних і природних об'єктів у рамках одного робочого поля в режимі реального часу, уточнимо ряд понять, безпосередньо пов'язаних зі «змішаною реальністю». Нині існують і широко використовуються такі споріднені форми штучного середовища, як «віртуальна реальність» (з англ. - Virtual Reality, VR),

так і близькі до неї за змістом поняття - «змішана реальність» (з англ. - Mixed Reality, MR), «розширена реальність» (з англ. - Augmented Reality, AR) або «доповнена реальність» (з англ. - Extended Reality, ER).

Мета віртуальної реальності - не лише вивести користувача зі звичайного природного середовища, а помістити його у нове, штучно змодельоване, тобто віртуальну реальність (див. рис. 2), яка визначається ступенями свободи (з англ. - Degrees of Freedom, DOF). При цьому допускається певна кількість способів переміщення і взаємодії реального об'єкта з віртуальним середовищем. Зазвичай це шість ступенів свободи у тривимірному просторі. Нині на ринку переважають такі типи, як 3 DOF-системи та 6 DOF-системи.

Шість ступенів свободи можна розділити на дві окремі категорії: зміщувальні рухи та ротаційні рухи. В обох категоріях наявні 3 DOF-атрибути. Ротаційні рухи включають: зсув, відхилення та обертання. Вони відстежуються більшістю датчиків на головних дисплеях (з англ. - Head Mounted Displays, HMD). Під час нахилу і повороту голови HMD «відчуває» рухи і, відповідно, змінює свій дисплей. Зміщувальні рухи включають такі варіанти: вліво та вправо, вперед і назад, угору та вниз. Зазвичай вони відстежуються зовнішніми камерами, наприклад, такими, як OculusRift, або іншими сенсорами, наприклад, як система відстеження «Lighthouse» HTC Vive тощо.

Уже згадані нами поняття «змішана реальність», «розширена реальність» та «доповнена реальність» - це прямий чи опосередкований погляд на реальне

фізичне середовище, елементи якого замінюються або доповнюються комп'ютерними сенсорними входами (звук, відео, графіка, дані GPS). Ключовою при цьому є взаємодія в реальному часі, тобто можливість накладення результатів комп'ютерного моделювання на реальний світ й одночасне їх інтелектуальне опрацювання. Характерною рисою змішаної реальності (див. рис. 3) є те, що користувач не вилучається із природного середовища, на відміну від того, як це відбувається у віртуальній реальності, адже VR-системи повністю відключають навколишній світ упродовж часу, доки суб'єкт знаходиться в гарнітурі. У цей самий момент AR дозволяє «озирнутися», сконцентруватися на реальних, розміщених навколо об'єктах та даних, організовувавши, таким чином, взаємодію з ними.

Наведений вище огляд різних форм інноваційних комп'ютерних технологій, які можуть бути використані в сучасному освітньому процесі, дає змогу з'ясувати, що саме «змішана реальність» краще підходить для її впровадження до процесу навчання, оскільки забезпечує поєднання віртуального та реального світів. Позитивний вплив здійснюється на мотиваційний, когнітивний і діяльнісний компоненти процесуально-діяльнісного блоку структурно-функціональної моделі навчання. Проте сумарний ефект можна отримати за рахунок поєднування збільшення глибини занурення студентів у процес з утримуванням організаційної спрямованості навчання. Тому вважаємо, що саме «змішана реальність» як елемент освітнього середовища здатна забезпечити досягнення вищого рівня сформованості професійних компетентностей усіх студентів, особливо - майбутніх ІТ-фахівців. При цьому недоліки, притаманні всім комп'ютерним технологіям, нівелюються саме за рахунок змішування віртуальної та реальної частин простору.

На першому етапі розробки програмного продукту нами було уточнено його структуру, зокрема: платформу, компоненти, модулі, інтерфейси, сховища даних та ін. Вихідною платформою для роботи додатку було обрано операційну систему Android, починаючи з версії 4.4.2 Kitkat, а середовищем для розробки - IDE Microsoft Visual Studio Community 2015 зі встановленими розширеннями та компонентами Java SDK і Java NDK, необхідними для запуску та роботи емуляторів мобільних пристроїв, які працюють на базі операційної системи Android. Вибір середовища пов'язаний із можливістю забезпечення високої ефективності розробки та налагодження програмних продуктів без можливих втрат часу на налаштування й синхронізацію підключених компонентів, а також із використанням як засобу інтелектуальної системи IntelliSense з метою підвищення продуктивності створення, редагування, оптимізації та виправлення програмного коду.

Неможливо обійти увагою сховища зберігання даних, адже за останні кілька років вони кардинально змінилися. Звичайні серверні рішення переросли в хмарні сховища, що, у свою чергу, дозволило більш надійно їх зберігати та швидше обробляти, а також керувати значним обсягами даних без потенційних збоїв і втрат. Хмарним середовищем для зберігання інформації розробленого Android-додатку є сховище Microsoft Azure, оскільки воно вважається одним із найбільш захищених та надійних.

Розробка Android-додатків із використанням технологій змішаної реальності дозволяє користувачам по-новому сприймати звичні для них об'єкти і процеси за рахунок удосконалення процедур обробки даних.

Для організації навчального процесу достатньо завантажити додаток із Google Play-маркету, обрати бажаний об'єкт із переліку зарезервованих у заздалегідь створеній базі даних, доторкнутися до зображення необхідного для детального вивчення елемента з метою його об'ємної візуалізації. Після цього за допомогою камери смартфону віртуальним об'єктом можна керувати: розташовувати його у різних частинах приміщення, обертати, змінювати деякі фізичні характеристики, наприклад, дизайн, розмір тощо.

Наступний етап передбачає створення текстового опису обраного об'єкта через заповнення спеціальних форм даними.

Таким чином, описані вище технології забезпечують інтерактивність навчального процесу, що дозволяє користувачам формувати нові знання так би мовити «на ходу», витрачаючи меншу кількість часу, необхідного для досягнення запланованого результату, а також докладаючи меншу кількість зусиль для забезпечення результативності процесу навчання.

До речі, застосування описаних вище технологій дозволяє користувачам суттєво спрощувати процес вивчення технічних характеристик нових для них об'єктів (будь-яких фізичних предметів) за рахунок онлайн-інтегрування їх комп'ютерних моделей у навколишнє середовище і моделювання майбутніх взаємодій.

Активізація засвоєння матеріалу відбувається також за рахунок реалізації досить великої кількості ступенів свободи для змодельованих об'єктів. Тобто, користувач може «покрутити» річ, а не лише сприймати її через нерухомий образ. Крім того, ефект підсилюється вмиканням психологічних механізмів зневадження бар'єрів між новими знаннями та вже сформованими раніше конструктами.

Висновки

віртуальний мобільний додаток освітній

Розробка Android-додатків із поєднанням технологій змішаної та віртуальної реальності є актуальною для впровадження сучасних інформаційних технологій в усі сфери діяльності, зокрема й освітню галузь. Вона дозволяє студентам удосконалити процес опанування структури і базових характеристик різних об'єктів за рахунок візуального суміщення реальних і змодельованих елементів у реальному часі за умови мінімального використання спеціалізованих технічних засобів.

У майбутньому планується вдосконалити розроблений додаток шляхом його доповнення сервісними функціями (оновлений інтерфейс, звуковий супровід віртуальних об'єктів, виконання дій із віртуальними об'єктами за допомогою голосових повідомлень тощо).

Список використаної літератури

1. After mixed year, mobile AR to drive $108 billion VR/ AR market by 2021 [Electronic resource]. - Available from : https://www.digi-capital.com/news/2017/01/after- mixed-year-mobile-ar-to-drive-108-billion-vrar-market- by-2021/#.WgDK-rjHNvE.

2. The Diverse Potential ofVR and AR Applications [Electronic resource]. - Available from : http://arvadalabs.com/blog/.

3. 25 leading IoT security companies [Electronic resource]. - Available from : http://www.ioti.com/securi- ty/25-leading-iot-security-companies.

4. A manager's guide to augmented reality. Harvard business review [Electronic resource]. - Available from : https://hbr.org/2017/11/a-managers-guide-to-augment- ed-reality.

5. Adriana de Souza e Silva, Daniel. M. Sutko. Digital Cityscapes: merging digital and urban playspaces. - New York : Peter Lang Publishing, Inc, 2009. - 372 p.

6. Fleischmann Monika; Strauss, Wolfgang (eds.) (2001). Proceedings of «CAST01//Living in Mixed Realities» Intl. Conf. On Communication of Art, Science and Technology, Fraunhofer IMK, 2001. - 401 p.

Размещено на Allbest.ru