ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

Все началось в 1989 году, когда Джарон Ланье, учёный в области визуализации данных, изобретает  понятие «Виртуальной реальности» (VR) и создает его концепцию. В 1990 году Томас П. Коделл, учёный в корпорации Boeing, изобретает концепцию и понятие «Дополненной Реальности» (AR). И с тех пор оба эти понятия широко используются в мире технологий и даже соревнуются между собой за пальму первенства.

Дополненная реальность (AugmentedReality, AR) – это технология добавления, внедрения элементов виртуальной информации в реальную жизнь человека. Технологии создания позволяют стереть грань между окружающим и искусственно созданным миром.

Отличие виртуальной реальности состоит в том, что она не использует для основы объекты окружающей действительности, а создает полностью новое окружающее пространство, обеспечивая полное погружение пользователя в виртуальность.

В основе создания дополненной реальности (ДР) лежит специальное программное обеспечение и специальные устройства, поддерживающие функцию дополненной реальности, а именно наложения созданных графических объектов на транслируемое изображение реальности. Среда дополненной реальности обладает рядом свойств: совмещение виртуального и реального, взаимодействие в условиях реального времени, работа в трехмерном пространстве. Устройства, поддерживающие AR-технологии должны иметь особое программное обеспечение (ПО), считывающее специальную метку, закладывающуюся в код программы, что позволяет воспроизвести на экране устройства слой дополнительной информации. Такие технологии применяются, например, при считывании смартфоном QR-кода с товаров [1].

Дополненная реальность не нуждается в моделировании окружающего пространства, поскольку оно воспроизводится камерой и транслируется на экран отображающего устройства. Технология дополненной реальности позволяет не только добавлять в окружающее пространство различные объекты, но и удалять из реальности там существующие. Изначально обязательным устройством ДР являлась видеокамера, но в последнее время стали появляться устройства, позволяющие воспринимать объекты дополнительной реальности без видеозаписи. Таковыми являются, например, устройства проекции информации на лобовые стекла автомобилей.

AR-моделирование в современном мире развивается с огромной скоростью и бывает разных видов. Самый простой способ использования дополненной реальности – возникновение образа или текста при наведении камеры смартфона на какой-либо предмет или изображение. Эффект достигается за счет наличия на предмете метки дополненной реальности, которую распознает ПО смартфона и дает команду для вывода на экран. Как говорилось выше, дополненная реальность дает возможность воздействовать на объект, например, покрутить предмет со всех сторон, посмотреть его внутреннее строение, оценить влияние другого объекта на него. Наглядной демонстрацией дополненной реальности могут послужить шлем или очки дополненной реальности. Но больший восторг у обывателей вызывает реальное проявление дополненной реальности, когда перед человеком начинают прогуливаться экзотические животные, любимые персонажи из кино- и мультфильмов, над головой выпадают осадки. Повсеместно используется еще один вид AR-технологий, так называемая реальность, дополняемая самим человеком. Это так называемые виртуальные примерочные, в которых объект реальности непосредственно зависит от пользователя.

В нашей стране технологии дополненной реальности развиты слабо, в основном они используются в сфере рекламы и маркетинга для создания WOW-эффекта. Дополненная реальность постепенно проникает в сферы здравоохранения и обороны государства. В большинстве случаев разработчики программ используют ресурсы зарубежных программистов, однако и в нашей стране есть разработчики, специализирующиеся на создании программ с поддержкой дополненной реальности [2].

Технология дополненной реальности полезна во многих областях. Она хорошо подходит для местной визуализации, как в помещениях, так и на свежем воздухе, для визуального руководства при сборках, при техническом обслуживании и обучении (рис. 1). В печатных средствах массовой информации дополненная реальность соединяет 3D-графику и видео с печатными изданиями.

Рисунок 1. 3D-модель, полученная с помощью технологии дополненной реальности

Вопрос о поддержке образовательного процесса посредством инновационных технологий дополненной реальности является весьма актуальным, поскольку основными целями образовательного процесса были и остаются улучшение качества и повышение эффективности образования. Дополненная реальность позволит обучающимся ознакомиться с цифровой информацией по любой дисциплине и облегчит понимание сложных тем [3].

Ученые прогнозируют, что в скором времени дополненная реальность в корне изменит сформировавшиеся устои образовательного процесса.  Ее возможности и технологии откроют доступ к новым методам и способам обучения, позволят добавить инновационные и увлекательные течения в ход занятия, сделают информацию более наглядной.

Большинство педагогов осознают, что важно не просто погрузить обучающихся  в сухой научный материал, но и привить им интерес к предмету и к процессу получения новых знаний в целом, а поэтому во время обучения очень важно взаимодействовать с учащимися, искать к ним творческий подход, в чем может помочь дополненная реальность.

В современном мире никого не удивить наличием смартфонов, исследования показывают, что ими пользуется свыше 80% молодежи, однако, большинство используют гаджеты для общения с друзьями и родными, для игр и реже для образовательных целей.  Потенциал ресурсной базы смартфона в сочетании с дополненной реальностью впечатляет, но, к сожалению, он до сих пор полностью не раскрыт – в настоящее время по всему миру можно найти лишь несколько единичных случаев применения дополненной реальности в сфере образования. Возможность объединения реальности и цифрового контента все время совершенствуется, открывая все больше опций как для преподавателей, так и для учеников.

Обустройство любого учебного заведения на базе дополненной реальности, несомненно, должно начинаться с организации классов, аудиторий. Во-первых, на стенах можно расположить специальные «вставки», при наведении на которые на экране смартфона будут появляться интересные факты, краткая биография ученых, смешные истории и много другой полезной информации. Плюс такого оснащения в том, что информация представляется современным молодым людям в более привычном для них виде, а именно на экране смартфона.

Кроме того, не все образовательные учреждения оборудованы необходимым количеством лабораторного материала, а многие лабораторные работы вообще запрещено проводить в стенах учреждения из-за опасного воздействия. Технология дополненной реальности позволит восполнить этот пробел. На модели, создаваемые на базе ДР, можно воздействовать не только посредством нажатия на экран своего девайса. Модели можно перемещать, поворачивать, совмещать с другими моделями. Для этого требуется лишь, чтобы метка объекта дополненной реальности была привязана к простейшему реальному объекту. Так, например, обычная пластмассовая трубка может стать колбой с ядовитым веществом внутри, которое впоследствии можно смешать с другим веществом и наблюдать их реакцию или увидеть в объеме те или иные компоненты (рис. 2).

Рисунок 2. Дополненная реальность применительно к химии

Как уже говорилось, основное преимущество дополненной реальности в том, что она визуализирует трудные для представления объекты и превращает их в 3D-модели, что облегчает понимание абстрактной и сложной информации. Пользователи могут установить цвет, прозрачность, угол обзора модели, а для визуализации использовать не только экран смартфона – простейшее устройство, считывающее метки дополненной реальности, но и голографические линзы.  Такой подход особенно полезен для тренировки навыков абстрактного мышления, а также для людей, работающих в сфере преобразования теоретического материала в реальные проекты. Например, Политехнический институт Лейрии в Португалии интегрирует AR-технологии в уроки математики, что находит положительный отклик со стороны студентов.

Конечно, стоит сказать, что преподавателям не обязательно выстраивать свои занятия, полностью базируясь на технологиях дополненной реальности, она должна стать лишь частью занятия, поддержкой основной темы дополнительной информацией.

Кроме того, для погружения в науку одних теоретических знаний недостаточно. Нельзя требовать от учащихся обычного прослушивания информации по теме занятия и невдумчивого просматривания графических материалов. Обучающиеся, особенно стремящиеся в дальнейшем освоить технические специальности, нуждаются в обучении практическим навыкам и приобретении опыта работы в профессиональных сферах.  Иногда получение таких практических знаний в рамках образовательного учреждения не представляется возможным, поэтому лаборатории, основанные на дополненной и виртуальной реальности  могут помочь в освоении хотя бы визуальных навыков. Ни для кого не секрет, что заинтересованные своей будущей профессией ученики осваивают материал быстрее и лучше его запоминают.

Оборудуя образовательные учреждения на базе дополненной реальности, можно предложить новые методы использования AR. К примеру, в столовой можно ввести меню, при наведении на которое на экране мобильного телефона будут возникать приготовленные блюда. Или при входе в учебное здание  прикрепить метку, которая будет проецировать 3D-модель учреждения с изменениями в расписании для каждого класса или группы.

Технологии дополненной реальности открывают новые горизонты в сфере образования, предоставляя возможность дополнения реальных объектов контекстной информацией и визуализацией учебного материала, но для полноценного использования таких технологий необходимо иметь соответствующие технические средства: персональные компьютеры, ноутбуки, планшеты или смартфоны.

Внедрение технологии дополненной реальности позволит мотивировать учащихся к самообучению, заинтересовать аудиторию, развить стремление к освоению новых возможностей и технологий, заменить дорогостоящие пособия и лабораторное оборудование мультимедийными компьютерными моделями.

Несмотря на то, что в современном мире дополненная реальность активно используется во многих сферах жизни, вопрос о модернизации образования с точки зрения дополненной реальности до сих пор остается открытым. Однако внедрение ДР в современные школы могло бы открыть новые способы обучения. У учителей бы появилась возможность по-новому заинтересовать учеников, а ученики смогли бы посмотреть на уже известные им вещи под другим ракурсом, получить практические навыки. Дополненная реальность оказывает положительный эффект даже на родителей – теперь им не придется ломать голову над тем, как привить своему ребенку интерес к учебе, потому что обучение в интерактивной форме с помощью приложений для мобильного телефона привлекательно для всех.

Список литературы:

1. Алексей Лисовицкий: 8 лучших SDK дополненной реальности для iOS и Android в 2017 году. - [Электронный ресурс]: https://holographica.space/articles/8-best-ar-sdk-2017-9287 (дата обращения: 05.04.2017 г.).
2. Кирьякиди С.В. Дополненная реальность и перспективы её применения в строительной отрасли. – [Электронный ресурс]: URL:http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=16724 (дата обращения: 17.04.2017 г.).
3. Третьякова З.О., Меркулова В.А. Дополненная реальность – новый шаг в изучении начертательной геометрии. – Сб. тр. XI Санкт-Петербургского конгресса «Профессиональное образование, наука и инновации в ХХI веке» - Санкт-Петербург.- 2017, с. 268-269.