Дополненная и смешанная реальности в образовании

Современный этап развития образовательной системы можно охарактеризовать качественными изменениями ее содержания, структуры, внедрением в образовательный процесс новых подходов, методик и технологий.

Виртуальная (Virtual Reality - VR) и дополненная реальности (Аugmented reality - АR) – быстро развивающиеся технологии, целью которых является расширение физического пространства жизни человека объектами, созданными с помощью цифровых устройств и программ. Технологии VR и AR применяются в программах иммерсивного обучения (immersive education). Такие программы включают в себя использование современных информационных технологий в процессе обучения, который проходит внутри различных виртуальных миров и симуляций, причем ча- сто в игровой форме. Такой вид обучения способствует повышению вовлеченности, коммуникаций между обучаемыми и интереса к предмету.

Смешанная реальность (MR) – более глубокий уровень дополненной реальности, но при этом не происходит изоляция пользователя от внешнего окружения, как в случае с VR. Виртуальные голограммы, которые видит пользователь на экране с помощью специального оборудования (3D-очков или шлема), – это объёмные изображения, внешне практически неотличимые от реальных объектов.

Таблица 1. сравнительные характеристики виртуальной, дополненной и смешанной реальностей

	Характеристика технологии	Устройства	Производители	Область применения
VR	Технологии, позволяющие попасть в смоделированную компьютером реальность	- PlayStation VR	Sony	- Игровая индустрия
		- шлем Oculus Rift	Facebook
		- очки Gear VR	Samsung
AR	Технологии,  дополняющие реальность циф ровыми объектами	- мобильные устройства, планшеты	Niantic    за пускает Pokémon Go,	-    Игровая индустрия -    Обучение -    Производственная и промышленная среда -    Воссоздание и моделирование исторических объектов
		- очки Google Glass очки.	Google
MR	Технология, где взаимодействуют виртуаль-	- Очки HoloLens	Microsoft	-Медицина, -Архитектура    и

ный и реальный мир

-очки Magic Leap One

Magic Leap

градостроительное проецирование, -Образование -Военная   подго товка

Применение технологий дополненной реальности является одним из способов совершенствования образовательного процесса. Например, российская компания « Увлекательная реальность » разработала курс по физике с дополненной реальностью - «Увлекательная реальность». Этот учебно-методический программно-аппаратный комплекс содержит более 100 демонстраций и практических заданий по физике 7-9 классов: - 300 наглядных, анимированных, интерактивных 3D-моделей по 9 ключевым разделам школьной физики.

Приложение, представляющее собой программную основу комплекса, обладает всем необходимым техническим функционалом для проведения виртуальных лабораторных работ по школьному курсу физики, основанных на маркерной технологии дополненной реальности, и виртуальных демонстраций физических явлений и процессов, с возможностью просмотра в режиме 3D-стереоскопии.

Работа с комплексом может быть организована как на вновь поставляемом, так и на уже имеющемся в школе оборудовании, таком как интерактивные доски, персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные устройства и планшеты, 3D-классы, классы информатики, телевизоры и проекторы.

Еще одним примером применения систем дополненной реальности в образовании является программный продукт EV Toolbox от компании EligoVision - "живые 3D метки®", позволяющий создавать и просматривать проекты на компьютерах и на мобильных устройствах. Это комплексный программный продукт с готовыми примерами проектов допол- 4

ненной реальности, библиотеками тематических 3D моделей, обучающими материалами и системой поддержки. Важным преимуществом инструментария EV Toolbox является то, что он состоит из двух программ: программа для просмотра готовых проектов и программа для создания сценариев проектов.

Конструктор EV Toolbox позволяет моделировать сложные химические эксперименты визуализировать строение молекул и клеток живых организмов, а так же проектировать Вселенную и планеты. Программу можно использовать на уроках информатики, физики, химии, биологии, а также в рамках проекторной и исследовательской деятельности учащихся и дополнительного образования. Так, например, если педагогу важно показать особенности взаимодействия натрия и воды, то он создает проект с наглядным взрывом: дети проведут опыт буквально своими руками .

Достоинствам этого продукта является то, что его интерфейс не требует особых навыков программирования и работы с дополненной реальностью, и после нескольких часов работы даже у самого неподготовленного пользователя получится сделать собственный проект. Для продвинутых пользователей есть возможность скриптового программирования - версия EV Toolbox Advanced.

Для работы программ «Увлекательная реальность» и «EV Toolbox» необходимы следующие компоненты:

• •    метки - специальные изображения, визуальные идентификаторы для компьютерных моделей;

• •    камера, которая «видит» метки в реальном мире и передает видеосигнал на мобильное устройство или компьютер;

• •    программное обеспечение, которое обрабатывает полученный сигнал и совмещает виртуальные модели с изображениями реальных объектов.

Таблица 2. Сравнительная характеристика программных продуктов.

Продукт Характеристики	«Увлекательная     реаль ность»	«EV Toolbox»
Процессор	Процессор Intel Core i5 с частотой не менее 2.5 ГГц	Процессор: Intel Core 2 Duo или выше;
Операционная система	Операционная    система Windows Vista/7/8	Операционная систе ма: Windows 7 Service Pack 1 (или выше) или macOS 10.8 Mountain Lion (или выше)
Оперативная память	Не менее 4 ГБ оперативной памяти	Оперативная память: 2 Gb или больше
Свободное место на жестком диске	Не менее 1,5 ГБ свободного места на жестком диске	Свободное место на диске: 3Gb или больше
Необходимость камеры	Да (Веб-камера (Full HD))	Да (камера: встроенная в ноутбук или внешняя USB-камера)
Технология распознавания графического объекта	Маркерная	Безмаркерная

На основе информации из таблицы 2 можно сделать следующие выводы.

Система «Увлекательная Реальность» более требовательная к оборудованию необходимому для работы, поэтому она имеет более гибкую масштабируемость, улучшенную детализацию моделируемых процессов и объектов, из-за чего вовлеченность в обучение за счет тесного взаимодействия с виртуальными инсталляциями и бесконтактного управления увеличивается.

А для «EV Toolbox» большим плюсом является то, что работа с этой компьютерной программой не требует наличия специального оборудования – как правило, все необходимое уже есть и в учебном заведении:

• •    компьютер/ноутбук с системой Windows и веб-камера для личного использования.

• •    проектор и экран на случай работы с большой аудиторией.

• •    наглядные печатные материалы с метками дополненной реальности готовые или разработанные самостоятельно.

Важной деталью является то, что разработчики программного продукта «Увлекательная реальность» выбрали надежную и проверенную маркерную технологию дополненной реальности. А в безмаркерной технологии программное обеспечение EligoVision находит «живую 3D метку» не по квадратной рамке с опорными точками, а по комбинации из нескольких десятков «особых точек» - контрастных пятен на выбранном изображении.

В 2017 подразделение Smart City Lab Департамента информационных технологий Москвы, совместно с компаниями Samsung, Увлекательная реальность и Visual Science запустили пилотный проекта по использованию технологий дополненной и виртуальной реальности в обучении.

Первый опыт состоялся на базе московской школы № 627. Как технический партнер проекта, компания Samsung обеспечила школу тремя десятками комплектов виртуальной реальности, включающих шлемы Gear VR и смартфоны Samsung Galaxy S7 Edge. Устройства использовались на уроках физики и биологии в восьмых и девятых классах.

С помощью устройств ученики смогли выполнить виртуальные лабораторные работы и провести опыты, не осуществимые в условиях обычного класса, например, измерить радиоактивное излучение урана с помощью счетчика Гейгера.

О своих впечатлениях от внедрения AR/VR-технологий рассказали ученики и преподаватели школы №627. Как видно из диаграммы на рисунке 1 большинство опрошенных поддержали использование данных систем во время уроков. Примерно 5 % респондентов предпочли бы использовать

VR/AR-технологии на дополнительных уроках и только 1 % высказался против.

Преимуществами VR/AR-систем школьники назвали удобство в усвоении материала (51 %), развитие любознательности и увлекательную подачу информации (46 %).

Мнение учеников и преподавателей школы №627 г. Москвы о внедрении систем AR/VR на уроках

за за, но только на дополнительных уроках против

Рисунок 1 .

На сегодняшний день учебно-методический программно-аппаратный комплекс Увлекательная реальность уже применяется в ряде школ России (МБОУ «Краснослободский многопрофильный лицей», МОБУ «Башкирская гимназия», МОУ «Лицей №43» г. Саранск, МБОУ «Кемлянская СОШ»). Заключен договор с одним из крупнейших поставщиков учебного оборудования на территории Республики Казахстан - ТОО "Базисный магазин".

EV Toolbox уже используют шесть школ Москвы, в основном государственные (одна из них – гимназия «Сколково»), образовательные центры в регионах (Казань, Петрозаводск, Ярославль и другие), а также сети детских технопарков «Кванториум» и «Калибр». Но пока этот софт больше применяется для дополнительного образования. Самый крупный заказчик – технопарк «Кванториум», он есть почти во всех регионах России.

Также компания сотрудничает с крупными ВУЗами страны: МГТУ им. Баумана (разработка учебных пособий на базе дополненной реальности), РГСУ (создание базовой кафедры и активное обучение студентов основам технологии), МИЭТ, РАНХиГС и др. Организует мастер-классы и обучение педагогов и учащихся по всей стране: Москва, Санкт-Петербург, Казань, Красноярск, Владивосток, Кострома, Новосибирск, Тольятти, Уфа, Новороссийск и др.

В заключение отметим, что достижения современных информационных технологий в области компьютерной графики, анимации, воссоздание и воспроизведение различных по уровню сложности процессов дают возможность на новом уровне реализовать визуализацию изучаемых объектов, процессов, явлений.

При использовании технологий AR достигается максимальная образовательный эффект: усиливается мотивация, активизируется познавательная деятельность, происходят интенсификация обучения, усвоение большего объема полезной информации, интерактивное взаимодействие пользователя и системы, обеспечивается лучшее запоминание полученной информации, более длительное ее хранение в памяти и наиболее высокие результаты практического применения полученных знаний.