ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В СФЕРЕ ОБРАЗОВАНИЯ

USE OF AUGMENTED REALITY IN EDUCATION

Natalya Fevaleva

student, department of Information Technology, Astrakhan State University,

Russia, Astrakhan

Kirill Smirnov

postgraduate student, department of Automated Information Processing and Management Systems, Astrakhan State Technical University,

Russia, Astrakhan

АННОТАЦИЯ

В статье описана технология дополненной реальности, проанализированы алгоритмы этой технологии и раскрыта особенность ее применения в сфере образования, как эффективный метод обучения.

ABSTRACT

The article describes the technology of augmented reality, analyzes the algorithms of this technology and reveals the peculiarity of its application in the field of education, as an effective teaching method.

Ключевые слова: дополненная реальность, технология, образование, ARCore, ARKit, виртуальные объекты и информация.

Keywords: augmented reality, technology, education, ARCore, ARKit, virtual objects and information.

Совершенствуясь с каждым годом, информационные технологии все более активно влияют на все сферы человеческой деятельности, существенно меняя и упрощая жизнь общества. Современные исследователи рассматривают применение передовых технологий в образовании, как эффективный метод обучения, направленный на модернизацию учебно-воспитательного процесса, так как инновационные средства в этой сфере повышают интерес учащихся к изучению нового и улучшают усвоение информации [3]. В последнее десятилетие, благодаря уменьшению стоимости мобильных устройств, подобные технологии стали более доступны среди развитых стран, что, в свою очередь, позволяет применять новые методы обучения с помощью технологий дополненной реальности.

Анализируя современную ситуацию с внедрением дополненной реальности в российскую систему образования, можно прийти к выводу, что сейчас, к сожалению, нет четкого движения в этом направлении и тем более программ, позволяющих внедрять AR-технологии на местах обучения. Как уже было сказано, консервативная направленность образовательной системы и апатичность преподавателей и руководства учебных заведений нашей страны к новым технологическим идеям тормозят развитие и использование в области образования столь практичной технологии, которая могла бы помочь значительно ускорить процесс восприятия и повысить эффективность обучения. Тем не менее многие специалисты в области информационных технологий сходятся во мнении, что будущее дополненной реальности в различных областях нашей жизни имеет довольно оптимистичные перспективы, а AR-технологии в образовании в итоге выведут российскую систему образования на качественно новый уровень.

Целью работы является описание технологии дополненной реальности, анализ предметной области, анализ существующих платформ дополненной реальности, анализ применения технологии дополненной реальности в сфере образования.

Дополненная реальность – это технология добавления в окружающую действительность – трехмерное пространство – виртуальной информации, элементы которой воспринимаются как реальные объекты. Данная технология позволяет пользователю посредством специализированного устройства взаимодействовать с цифровыми объектами и информацией. При качественном внедрении виртуальных объектов у человека стирается грань между реальностью и искусственно создаваемом миром.

Для реализации приложения с применением технологии дополненной реальности используются следующие компоненты устройства: дисплей, камера, гироскоп и электроника, определяющая положение в пространстве, такая как акселерометр, система глобального позиционирования (GPS) и компас.  Приложения дополненной реальности работают следующим образом:

1. Используется специальная метка в пространстве, которая может задаваться географическими координатами.
2. Положение метки определяется устройством.
3. На экране устройства воспроизводится слой дополнительной информации, расположенный на координатах метки.

Технология дополненной реальности полагается на компьютерное зрение, чтобы видеть мир и узнавать в нем объекты. Первым шагом в процессе компьютерного зрения является получение визуальной информации окружающей среды вокруг аппаратного обеспечения устройства. Процесс сканирования, распознавания, сегментирования и анализа информации окружающей среды называется отслеживанием.

Для создания и развития мобильных приложений дополненной реальности на платформе Android компания Google в марте 2018 года выпустила программный интерфейс приложения Google Play Services for AR, ранее называемый ARCore (далее по тексту – ARCore).  Виртуальные объекты, созданные с помощью комплекта разработки ARСore, пропорционально масштабируются в реальном мире. Этот инструмент использует три ключевые технологии для внедрения цифрового контента в реальную среду:

• Отслеживание движения – позволяет устройству понять его положение в реальном мире. Общая методика, которая выполняет эту технологию, называется «Simultaneous Localization and Mapping» (одновременной локализацией и отображением) или SLAM. Так же ARCore использует процесс под названием «Concurrent Odometry and Mapping» (одновременная одометрия и отображение) или COM. Технология COM сообщает устройству, где оно находится в пространстве по отношению к окружающему миру, что достигается путем захвата визуально отличительных особенностей, называемыми характерными точками [1].
• Понимание окружающей среды. Устройство определяет размер и местоположение всех типов поверхностей и делает доступными эти поверхности в качестве плоскостей. Процесс начинается с характерных точек, которые используются для отслеживания движения. ARCore использует камеру устройства для захвата скоплений характерных точек вдоль поверхности, чтобы создать виртуальную плоскость, что позволяет ARCore правильно размещать и корректировать трехмерные объекты в физическом пространстве.
• Оценка освещённости. Устройство способно оценить текущие условия освещения окружающей среды, чтобы понять, как лучше всего освещать виртуальный объект внутри конкретной среды.

В настоящее время ARCore не может скрывать цифровые объекты, когда реальные блокируют их из виду. Это означает, что, если виртуальный объект технически должен появиться, например, за столом, объект вместо этого будет парить перед ним. Еще одна функция, которую ARCore в настоящее время не поддерживает, – это тени. Хорошей новостью является то, что они поддерживаются в 3D-игровых движках, таких как Unity, что позволяет разработчикам создавать более реалистичный контент для ARCore.

Для создания приложений с дополненной реальностью для мобильных устройств, работающих на iOS, компания Apple разработала фреймворк ARKit, который работает по аналогии ARCore, но имеет более широкий диапазон работы с инструментальными средствами. Так, например, в отличие от ARCore, ARKit способен сканировать и распознавать статичные 3D-объекты и распознавать реальные объекты на основе подборки изображений [2].

Говоря об интеграции технологий дополненной реальности в сфере образования, следует отметить, что они часто упоминаются в программах иммерсивного обучения, которое подразумевает обучение с эффектом погружения. Подобные программы включают в себя использование современных информационных технологий в процессе обучения, который проходит внутри различных миров дополненной реальности и виртуальных симуляций, причем часто в игровой форме. Один из важных моментов такого обучения заключается в том, что дополненная реальность создает эффект присутствия, очень ясно отображает связь между реальным и виртуальным миром. Цифровой объект, в частности 3D-изображение, позволяет визуально проникнуть в иную, виртуальную реальность, что, безусловно, психологически привлекает внимание человека и активизирует его восприимчивость к информационной составляющей. К тому же следует отметить, что в иммерсивных программах предоставляется возможность масштабирования виртуальных объектов, их просмотр с различных углов и воздействие на них. Вне зависимости от изучаемого предмета дополненная реальность помогает повысить его привлекательность для учеников любого возраста, увеличивает мотивацию к получению знаний и способствует развитию творчества педагогов.

Предполагаемое решение применения технологии дополненной реальности в сфере образования позволит учащимся изучать разнообразную информацию в интерактивной форме, а именно задействовать анимированные 3D-модели, используя лишь одно мобильное устройство. К тому же, такое решение даст возможность проводить дистанционное обучение, не совершая затрат денежных ресурсов на надлежащее оборудование. Помимо этого, подобное применение дополненной реальности избегает рисков травматизации обучающихся при разборе объекта исследования и рисков поломки комплектующих.

На основе проанализированных данных в дальнейшем планируется разработка и внедрение в учебные заведения образовательного приложения с применением технологий дополненной реальности, которое будет способно предоставить учащимся полезный интерактивный материал, способный повысить эффективность обучения.

Список литературы:

1. Introduction to Augmented Reality and ARCore / Week 2 / Motion tracking // Coursera URL: https://www.coursera.org/learn/ar/lecture/sk2ni/motion-tracking (дата обращения: 10.09.2019).
2. Comparing Google ARCore and Apple ARKit // Medium URL: https://medium.com/@vieyrasoftware/comparing-google-arcore-and-apple-arkit-81b4727132ad (дата обращения: 12.09.2019).
3. AR-всезнайка // Tofar URL: http://tofar.ru/dopolnennaya-realnost-v-obrazovanii.php (дата обращения: 12.09.2019).
4. ОБЗОР ПЛАТФОРМЫ ARCORE ОТ GOOGLE // VR/JOURNAL URL: https://vr-j.ru/stati-i-obzory/arcore/ (дата обращения 10.09.2019).