Применение VR-технологии в образовательном процессе для создания виртуальных лабораторий

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ VR-ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ ПРОЦЕССЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

Мещеряков Евгений Евгеньевич

Капанов Алексей Александрович

Косолапов Владимир Викторович

Астахова Татьяна Николаевна

ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, студент

ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, студент

ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, кандидат технических наук, доцент

ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, кандидат физико-математически наук, доцент

Аннотация

В настоящее время все большее внимание ведущих интернет компаний обращено VR-технологиям.

В данной статье представлен процесс моделирования VR-лаборатории.

Получена компьютерная модель материнской платы, над которой возможно проводить различные манипуляции.

Приведены условия необходимости использования виртуальных лабораторий в образовании.

Ключевые слова: виртуальная реальность, виртуальные лаборатории

VR-технологии в данный момент времени получили очень широкое распространение среди IT-компаний как средства интерактивного сопровождения своих информационных продуктов. В том числе данная технология стала интересна в сфере образовательных услуг для повышения качества и наглядности учебных программ. Связано это с тем, что использование технологий виртуальной реальности открывает новые горизонты не только в области компьютерных игр, но и в таких отраслях как медицина, добыча полезных ископаемых, строительстве, образовании.

О том, насколько пользователи готовы использовать виртуальные технологии в своей деятельности говорят продажи VR-шлемов, имеющие интенсивный качественный рост за последние 3 года. По прогнозам аналитиков, к 2020 году рынок VR вырастет до 70 млрд. долларов [1].

Сфера технологий виртуальной реальности в настоящее время получила приоритет в сторону игровой индустрии, но данные технологии возможно применять практически во всех сферах человеческой деятельности.

В данной статье будет рассмотрено применение VR-технологий для обучения студентов ВУЗов. С образовательной целью выполняется моделирование виртуальных лаборатории, при использовании которых студенты получат практические навыки, при отсутствии реальных стендов для проведения лабораторных и практических работ по данной дисциплине, а используя только виртуальные модели.

Обозначим, чем же выгодно использование технологий виртуальной реальности в образовательных учреждениях:

· нет необходимости закупать дорогостоящие и громоздкие стенды;

· доступ к виртуальным лабораториям осуществляется из любого места, достаточно иметь VR-шлем и ПК;

· появляется возможность создания дополнительных образовательных программ;

· ВУЗ может использовать VR технологии для обучения людей с ограниченными возможностями.

Материалы и методы. Для полноценной разработки ПО адаптированного под VR необходимо выполнение ряда условий.

В первую очередь техническая часть. В качестве технического средства для моделирования VR-лаборатории необходимо наличие VR-шлема и высокопроизводительного ПК.

Рынок VR-шлемов, с учетом моделей для мобильного VR, насчитывает несколько десятков экземпляров. У каждого из них имеются свои преимущества и недостатки. Однако в рамках данного исследования для моделирования лаборатории для использования через ПК, поэтому круг данных устройств сужается. В качестве VR устройства возможно использовать такие технические средства как:

· HTC Vive ;

· OculusRift ;

· Razer OSVR.

В виду ряда положительных факторов, а именно наличие двух трекпадов, угол обзора свыше 110°, наличие 32 высокоточных сенсора обеспечивающих точное позиционирование пользователя в пространстве, а так же возможность помещения в один трекинг нескольких пользователей, был выбран шлем виртуальной реальности HTC Vive.

виртуальный реальность модель образовательный

Рис. 1. Схема взаимодействия пользователя использующего HTC Vive

Выбор компьютера для данной цели исходя из минимальных системных требований UnrealEngine:

· Windows 7 64-bit или Mac OS X 10.9.2 или старше;

· Четырехядерный процессор Intel или AMD, 2.5 GHz или лучше;

· NVIDIA GeForce 470 GTX или AMD Radeon 6870 HD илилучше;

· 8 Гб ОЗУ [2].

Программная составляющая.

В настоящее время на рынке программного обеспечения существует две полноценные программные части, на которых возможна разработка виртуальной лаборатории. Это UnrealEngine 4 и Unity 3D.

Решение в пользу использования UnrealEngine 4 было выбрано в виду ряда преимуществ:

· полнофункциональная версия UnrealEngine бесплатна;

· открытый исходный код движка UnrealEngine 4, позволяющий при необходимости менять те или иные изменения конфигурации программного продукта;

· UnrealEngine имеет высокую степень визуализации, чем Unity 3D. В движке огромное количество всевозможных опций рендеринга, что в свою очередь позволяет достичь высокого качества разрабатываемого программного продукта;

· Использование Blueprint's чертежей, позволяет быстро и легко реализовать сложную игровую логику, удобную в обращении, если вы начинающий программист;

· Общая интеграция с языком программирования C++ находится на очень высоком уровне. И это позволяет при случае просмотреть чертеж с точки зрения кода, что либо подправить в нем. Так же это облегчает взаимодействие разработчиков.

Рис. 2. Blueprint'sвUnrealEngine 4

Кроме того, применение данных систем позволяет обеспечить интегрирование в них моделей, созданных в других программных комплексах, таких как 3Ds MAX и AutoCAD. При этом использование системы AutoCAD позволить увеличить информативность и интерес к конструированию и моделированию инженерных объектом [6]

В рамках проекта было выполнено проектирование лабораторной работы по дисциплине «Основы аппаратного и программного обеспечения ПК», в ходе которого была создана модель материнской платы «Amptron AGP Pro» и системных плат.

Рис. 3. Реальный прототип материнской платы

Так же, используя систему моделирования Blender было выполнено моделирование виртуальной лаборатории по дисциплине «Физика», лабораторная работа «Получение и изучение вакуума», позволяющая выполнить манипулирование объектами исследования и моделировать конкретные технологические процессы.

Результаты. В результате реализации проекта была получена компьютерная модель материнской платы, позволяющая обеспечить манипулирование над собой и взаимодействие с иными объектами, интегрированными в моделируемую среду (рис. 4.).

Рис. 4. Материнская плата, смоделированная в среде Blender

Результатом моделирования лабораторной работы по физике стала виртуальная модель установки для проведения эксперимента по определению свойств перепада давления и создания вакуума.

Предварительное разряжение создается насосом, присоединенным к установке гибким вакуумным шлангом.

Рис. 5. Скриншот виртуального процесса проведения эксперимента а) начало эксперимента; б) финальная стадия эксперимента

Заключение и обсуждения

Таким образом, в результате реализации данного проекта возможно создание исправно функционирующей виртуальной лаборатории в необходимой дисциплине. Здесь практически все зависит от того, какая именно лаборатория вам необходима.

Использование приведенных выше аппаратного и программного обеспечений позволяет смоделировать VR лабораторию любой сложности: от лаборатории химических опытов, до тех, в которых используются дорогостоящие стенды, либо же их проведение в реальности может нанести какой- либо непоправимый ущерб.

Библиографический список

1. Маркин С.Д., Ступина М.В. Текущее состояние отрасли виртуальной реальности и ближайшие перспективы её развития // Инновации в науке. 2016. №10 (59). С. 34-40.

2. Гурьянов П. С. Совершенствование систем дистанционного обучения на основе внедрения технологий виртуальной реальности // Известия Самарского научного центра РАН, 2010. №5-2 С. 337-338.

3. Ерохин С. В. Технологии виртуальной реальности как инструмент повышения эффективности решений в системе образования // Ценности и смыслы, 2012. №2 (18) С. 50-63.

4. Иванов А.С. Виртуальная реальность и ее перспективы // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2014. №Том: 2. С. 225-227.

5. Компьютерное проектирование в системе AutoCAD / Дорохов А.С., Катаев Ю.В., Краснящих К. А., Вялых Г. М. , Москва: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева , 2016. 80 с.

Размещено на Allbest.ur