Применение технологических средств виртуальной реальности в процессе обучения танцам

Танцы – это популярное занятие, которым могут заниматься люди разного возраста. Как правило, есть два способа научиться танцевать: первый способ – посетить урок танцев, на котором учитель демонстрирует движения, указывает на ошибки, сделанные учениками, и помогает им совершенствоваться. Это самый эффективный способ, но у одной части людей нет времени посещать уроки, у другой – не хватает смелости из-за боязни быть осужденными. Учителя, которые могут обеспечить приватность и индивидуальный подход, – не всегда доступная опция. Второй способ – это самообучение по средствам просмотра видеороликов: наблюдение за движениями и самостоятельная практика. Однако обучающиеся могут быть не в состоянии полностью понять движения и выполнить их правильно.

Танцевальное движение можно визуализировать в трехмерной виртуальной реальности. Однако такой подход, как и видеоролики, не предусматривает обратную связь. Существуют некоторые коммерческие танцевальные игры, разработанные для Xbox Kinect, сенсорного контроллера бесконтактного действия. Например, игра Dance Central ведется следующим образом: игрок становится перед экран и под одну из песен медиатеки игры начинает повто- рять движения за персонажем, тем самым зарабатывая очки [1]. Оценка проделанной работы будет зависеть от того, насколько точно были воспроизведены движения, предоставляемые игрой. Собираемые технологией Kinect данные недостаточно точны. Это сделано с целью облегчения анализа движений игрока. Хотя для развлечения это допустимо, система не может дать подходящих советов для обучения.

Сенсор Kinect был разработан Microsoft и Prime Sense Corporations как аппаратный компонент консоли Xbox 360. Задача этого сенсора – установить взаимодействие между виртуальной средой и объектом наблюдения. Взаимодействие с человеком возможно благодаря тому, что датчик Kinect оснащен RGB-камерой и 3D-датчиком глубины, который осуществляет переход от изображения RGB (рис. 2а) к изображению глубины (рис. 2б) и к изображению 3D (рис. 2в). Камера глубины – это аппаратный компонент, который генерирует строки изображений, содержащие данные о расстоянии поверхностей объектов сцены от точки обзора. Это возможно благодаря тому, что в его состав входят лазер класса А (инфракрасный проектор) и инфракрасный камера (рис. 1). ИК-проектор (лазер класса А) посылает световой узор заданного размера (равный раз- решению, с которым работает камера глу- лей) на компоненты видимой сцены [2]. бины, например, 320x240, 640x480 пиксе-

ИК-проектор

ИК-камера

Рис. 1. Компоненты сенсора Kinect [2]

Для достижения глубины изображения каждому пикселю присваивается идентификатор. Поэтому ИК-камера может идентифицировать полученный свет с исходным пикселем, переданным ИК-проектором. На основании этих соображений можно установить положение каждого пикселя в трехмерном пространстве. Сначала определяется координата глубины (z) каждого пикселя на основании того, что нам известны угол рассеивания (а) , угол испускаемого луча (Р) и расстояние между ИК-проектором и ИК-камерой (b) (уравнение 1) [3].

sin «•sin В

Z = --------- sin( 180°-а- В)

Зная координату z пикселя, мы можем определить координаты x и y как линейные функции координаты z (уравнение 2, уравнение 3).

X

=2 •(

^ pix

—

• VxRez

2 ). tan ( 57° )

• Z

y = 2 •

—

y pix

H yRez.

■) • tan ( 22° )

• Z

Где x pix и y pix представляют координаты соответствующего пикселя, V xRez и H yRez представляют вертикальное и горизонтальное разрешение изображения глубины. Результат предыдущего преобразования представляет собой набор 3D-точек, описывающих шаблон человеческого тела (отслеживаемый скелет) для каждой сцены.

Рис. 2. Изображение сенсора Kinect (a) изображение VGA (б) изображение глубины (в) изображение глубины [3]

Исходя из выше сказанного, современные игры не подходят для обучения танцам из-за следующих ограничений: технология захватывает не все подвижные части тела; игра, по свое сути, больше ориентирована на развлечение, нежели на обучение игрока.

В данной статье предлагается обучающее приложение виртуальной реальности (VR), интегрированное с технологией захвата движения для обучения танцам. В виртуальной реальности среда создается посредством комплексного воздействия на ее восприятие с использованием шлемов или иных технических средств [4]. Пользователь может просто надеть костюм захвата движений и следить за движениями виртуального учителя, а также получать комментарии о том, как улучшить движения. Картинка на мониторе состоит из виртуальных образов двух танцев, один из которого представляет собой образ профессионального танцора, а другой - образ, составленный из танцевальных движение пользователя. Благодаря наглядному представлению контраста двух виртуальных образов учащийся способен легко найти отличия между своими движениями и движениями профессионала. После того, как система имитации будет завершена, будет проведено сравнение неправильных действий каждой части тела. Поскольку такая система более детализирована в настройке точки захвата движения, система может собирать достаточно данных для создания обратной связи и оценки обучения пользователя.

Дизайн системы виртуальной реальности, применяемой для обучения танцам, должен отвечать следующим требованиям:

Во-первых, для виртуальной реальности система обучения танцам должна полностью передавать атмосферу занятия в танцевальном классе, то есть сделать учащихся в виртуальном мире данных, генерируемых иллюзией обучения танцам посреди класса. Иначе, система будет отвлекать внимание пользователя. Во-вторых, система виртуальной реальности должна предоставить пользователям удобные средства взаимодействия человека с компьютером, то есть обладать простой операционной системой. Преподавание танцев должно иметь удобные средства взаимодействия без задержек, компьютерное оборудование должно иметь доступ к высокоскоростным вычислениям для работы с большим объемом данных. Иначе, очевидная временная задержка приведет к отличиям от традиционного режима обучения, при этом снизив эффект обучения.

Система виртуальной реальности обучения танцам может управлять учебным процессом с помощью различных способов обратной связи: система сравнительного анализа действий обучающегося и учителя (например, различия действий отмечаются красным), оценка ритмичности, музыкальности и т.д. Таким образом, система обучения танцам виртуальной реальности должна состоять из четырех элементов: системы трехмерного отображения, системы сопоставления действий, базы данных танцевальных действий и системы захвата движения. Система захвата движения используется для получения информации о действиях пользователя, система сопоставления движений сравнивает их с движениями в базе данных, а система 3В-графики отвечает за изображение виртуального учителя.

На сегодняшний день степень использования технологий виртуальной реальности довольно низкая, а применение этих технологий не раскрывает весь их потенциал. Решение, предложенное в данной статье, не только будет идеальном вариантом для тех, кто стесняется посещать очные занятия танцами, но и поспособствует развитию и внедрению технологий виртуальной реальности в сфере образования и науки.