Виртуальное окружение - это технология человеко-машинного взаимодействия, которая обеспечивает погружение пользователя в трехмерную интерактивную среду изучаемого явления или процесса и предоставляет естественный интуитивный интерфейс для взаимодействия с искусственными и/или реальными объектами. Сегодня в мире действует более пятисот полномасштабных установок виртуального окружения, которые реально приносят ощутимую пользу в своих областях применения. Наиболее серьезные результаты получены на авиационных и автомобильных тренажерах, в системах подготовки экипажей атомных подводных лодок и военных кораблей, при обучении операторов атомных электростанций, при тренировках космонавтов работе в условиях невесомости, при исследованиях и разработке нанотехнологий. Применение технологии виртуального окружения позволило перейти на качественно более высокий уровень представления информации, моделирования и проектирования экспериментов, объектов и процессов.
В рамках совместного проекта с Фраунгоферовским институтом медиакоммуникаций (Санкт-Августин, Германия) разработана установка VEonPC (виртуальное окружение на кластерах персональных компьютеров). По сравнению с традиционными дорогостоящими установками виртуальной реальности (CyberStage, iCONE, ResponsiveWorkbench, Teleport и др.) система VEonPC обладает относительно невысокой стоимостью, поскольку базируется на использовании общедоступных высокопроизводительных компьютеров и свободно распространяемого программного обеспечения.
Многомерное представление предметной области, 3D, 4D и т.п. активно внедряются в сферу развлечений. Ряд производителей оборудования анонсировали выпуск 3D-телевизоров и медиа-проигрывателей. В 2009г. состоялась первая 3D-телетрансляция футбольного матча. Технологии позволяют создавать, передавать и формировать перед зрителями многомерные сцены. Крайне перспективным видится синтез технологий получения достоверной географической и пространственной информации, принципов неогеографии и SituationalAwareness, с одной стороны - и методов виртуальной реальности и виртуального окружения, с другой. Результаты такого синтеза способны кардинально изменить степень восприятия образа Земли, образа географического пространства - от локального до глобального масштаба. С появлением доступных средств получения «прямых» геопространственных данных, переход к технологиям неогеографии становится делом времени.
Виртуальная реальность эффективно может применяться в образовании: в общем, дополнительном, профессиональном.
Государственная образовательная инициатива «Наша новая школа», утвержденная Президентом Российской Федерации Дмитрием Медведевым, указывает в том числе, что «...главным результатом школьного образования должно стать его соответствие целям опережающего развития. Это означает, что изучать в школах необходимо не только достижения прошлого, но и те способы и технологии, которые пригодятся в будущем...».
Суть мероприятий по управлению рисками состоит в том, чтобы оценить их размер, выработать эффективные и экономичные меры снижения рисков, а затем убедиться, что риски заключены в приемлемые рамки.
Объединив усилия, ИФТИ, ГОУ Педагогическая академия и ООО «Интелин» ведут работу по внедрению технологии виртуального окружения в различных областях образования. Данные исследования направлены на решение вопросов методологии и безопасности применения «виртуальной реальности» в общем и профессиональном образовании, а также адаптации комплекса технических средств и создания специализированного содержания обучения (контента).
Результатом сотрудничества стал аппаратно-программный комплекс многомерного представления предметной области и виртуального повествования «НИО-ВР». Полученное отечественное решение для образовательных и научно-исследовательских учреждений имеет ряд особенностей и преимуществ. В частности: реалистичность многомерного изображения, интерактивное взаимодействие с 3D-объектами, работа с 3D-моделями в 3D-пространстве, возможность использования лицензионного и\или свободного программного обеспечения, возможность межпредметной интеграции и сетевого взаимодействия авторов (рабочих групп), возможность реализации образовательных и исследовательских проектов, поддержка общепринятых форматов мультимедиа материалов.
Как показал опыт, применение НИО-ВР в области учебном процессе обеспечивает высокую учебную мотивацию и успешность обучения за счет активизации деятельности мозга и 100%-реалистичности изображения. Инновации позволяют перейти на новый качественный уровень обработки информации, моделирования и проектирования экспериментов, создания сложных машин и механизмов, промышленных объектов и процессов.
Урок (занятие) в жанре виртуального повествования представляет собой рассказ, содержащий элементы интерактивности. Интерактивность позволяет установить обратную связь со слушателем и формировать сюжет виртуальной истории в зависимости от его предпочтений.
Комплексом аппаратно-программных средств можно оснастить отдельную школу, окружной методический центр, ВУЗ, другое образовательное или учебно-методическое учреждение. Таким образом, создается уникальная экспериментальная лаборатория, где преподаватели и учащиеся получат возможность: совершить «путешествие» по стране, миру или вселенной; принять участие в исторических событиях; наблюдать редкие физические явления и манипулировать с различными объектами; проводить химические опыты; анализировать объемные диаграммы; решать задачи по стереометрии и много другое (без опасности для здоровья, затрат времени и средств на реальные поездки, реактивы и дополнительное оборудование). При укомплектовании системы специализированными устройствами управления (data-перчатки, 3D-мыши, джойстики и т.п.) вышеперечисленные возможности расширяются тактильным восприятием и управлением.
Наряду с интерактивными и другими информационными и педагогическими технологиями виртуальное повествование является удобным базисом для организации межпредметного взаимодействия по реализации образовательных проектов и сетевого взаимодействия авторов (рабочих групп). Учащиеся под руководством преподавателей могут самостоятельно разрабатывать инновационные учебные материалы. В частности на уроках информатики изучаются программные средства, необходимые для эксплуатации комплекса (средства разработки трехмерной графики, свободное программное обеспечение, основы программирования на различных языках). На уроках литературы, математики, биологии и т.п. разрабатываются содержание инновационных учебных материалов и концепты иллюстраций. На занятиях по рисованию (дизайну), с помощью программных средствах трехмерной графики, разрабатываются трехмерные изображения (сцены). Затем, на занятиях информатики все подготовленные материалы собираются в единое целое в специализированной среде, получая в итоге уникальные 3D образовательные ресурсы.
Аппаратно-программный комплекс устанавливается в одном из кабинетов образовательного учреждения и далее в этом помещении проходят занятия по разным предметам с использованием разработанных инновационных 3D материалов.
Авторы - участники рабочей группы могут находиться в различных образовательных учреждениях, городах и странах. Посредством сетевого взаимодействия они имеют возможность плодотворно трудиться над общим проектом.
Разработанные подходы могут эффективно использоваться в ходе преподавания любых предметов и сочетаться с любыми педагогическими технологиями.
Кратко области применения технологии виртуальной реальности в образовании можно представить следующим образом:
· обучение в системе очного, заочного и дистанционного образования;
· организация межпредметной интеграции и сетевого взаимодействия образовательных учреждений;
· проведение телемостов, видеоконференций, образовательного вещания;
· создание 3D электронных образовательных ресурсов;
· создание 3D презентационных и информационных материалов;
· создание виртуальных музеев, планетариев, лекционных залов, лабораторий и практикумов;
· визуализация сложных объектов, моделей инженерных сооружений, физических явлений.
В отношении аппаратно-программного обеспечения необходимо отметить следующее. Решение использует принцип «пассивного стерео» (side-by-side), когда для каждого глаза формируется и подается отдельное изображение. В состав комплекса включены следующие функциональные модули: специализированная двух-платформенная графическая станция с двумя мониторами, специализированный экран, проекционная двух-проекторная установка, крепежно-юстировочная система, акустические системы, поляризационные фильтры, стереоочки для учителя и учеников, комплект коммутации и крепежа, набор программного обеспечения. В качестве графической станции используется традиционный IBM-совместимый компьютер со следующим характеристиками: процессор Core 2 Quad, частота не менее 2,83 GHz (или эквивалент), ОЗУ не менее 4ГБ (лучше 8Гб), графический адаптер стандарта PCI-E объем видеопамяти не менее 896 Мб, чип - GeForce GTX 260, жесткий диск не хуже 1 Tb, корпус с блоком питания не менее 600Вт.
Комплект программного обеспечения включает в себя:
· операционную систему с полным пакетом программ Fedora Linux 10 (или эквивалент),
· система виртуальной реальности Avango 2.03/Avango NG (или эквивалент),
· Microsoft Windows XP Pro SP3 c системой поддержки стерео режимов (или эквивалент),
· комплект офисного программного обеспечения, функционально не хуже, чем Microsoft Office 2007 Pro (или эквивалент),
· комплект антивирусного программного обеспечения с подпиской на обновление антивирусных баз на один год.
Для формирования качественного стереоизображения рекомендуется использовать 3LCD-проекторы, яркостью не менее 5000 Лм и аппаратным разрешением не хуже 1024х768 точек (например, Epson EB-G5200W) и комплект поляризационных светофильтров с пропускающей способностью не менее 70%. Дополнительными модулями могут быть: интерактивная доска, специальный манипулятор-джойстик с несколькими степенями свободы, интерактивный планшет и т.д.
Методический аспект заключается в создании (адаптации) методологии так называемого «виртуального повествования».
Виртуальное повествование объединяет в себе новейшие достижения в области виртуального окружения и искусственного интеллекта, реализует принцип edutainment, т.е. совмещает обучение (education) с развлечением (entertainment). Оно имеет много общего с тренажерами на базе технологии виртуального окружения, интерактивными моделями и «серьезными играми» (seriousgames), но отличается от них повествовательной (образовательной) направленностью. Урок в жанре виртуального повествования представляет собой рассказ, содержащий элементы интерактивности. Интерактивность позволяет установить обратную связь со слушателем и формировать сюжет виртуальной истории в зависимости от его предпочтений.
Учащиеся могут путешествовать в виртуальном планетарии, посещать древний разрушенный город, изучать законы сопротивления материалов и многое другое. Например, приложение «Виртуальный планетарий» предназначено для обучения школьников астрономии. Оно представляет 3200 ярчайших звезд, 30 объектов Солнечной системы и 88 созвездий. Все объекты отображаются так, как будто наблюдатель видит их из иллюминатора космического корабля. Стереоскопическая проекционная система создает иллюзию открытого космического пространства.
Резюмируя, можно отметить, что технологии виртуальной реальности, виртуального окружения и неогеографии в ближайшее время займут в образовании такое же привычное место, как телевидение, персональные компьютеры, мобильные телефоны и т.п. Остается только надеяться, что Россия в этом направлении будет двигаться, не отставая от других стран, а в чем-то даже опережая их.