Оглавление
Введение
Глава 1. Виртуальная образовательная среда
Современная виртуальная образовательная среда
Особенности Unity в создании виртуальной рабочей среды
Глава 2. Организация взаимодействия персонажа с виртуальной рабочей средой
Среда Unity как инструмент разработки
Программирование скриптов в среде Unity
Заключение
Литература
Введение
В современных условиях, когда столь актуальным является внедрение информационно-компьютерных технологий в систему образования страны, растет количество учебных заведений, которые дополняют традиционные формы обучения дистанционной. Тем более, что сегодня большинство молодых людей свободно владеют персональным компьютером и умело используют сведения, полученные из Интернета; им часто удобнее заглянуть в глобальную сеть, чем искать интересующий материал в традиционной печатной учебной литературе. К сожалению, подобного нельзя сказать об учителях, тут нас молодое поколение серьезно обгоняет.
Сегодня большинству уже знакомы понятия - дистанционное образование, виртуальное обучение, веб-обучение и т.д.
Информатизация образования и растущие требования к качеству и количеству высококвалифицированных специалистов приводят к необходимости разработки и внедрения инновационных образовательных методик и технологий, способствующих формированию новых форм обучения, не ограниченных пространственно-временными рамками. Этим требованиям отвечает идея виртуального обучения, которое позволяет получать качественное образование через интернет независимо от географического местоположения учащегося, без отрыва от работы и с учетом индивидуальной образовательной траектории.
Объект исследования: процесс дистанционного обучения на базе трехмерной виртуальной рабочей среды факультета.
Предмет исследования: организация трехмерной виртуальной рабочей среды факультета.
Цель работы: изучение специфики организации взаимодействия виртуальной рабочей среды и пользователя и применение этих знаний на практике.
Задачи работы:
1. Выявить специфику организации виртуальных сред.
2. Изучить особенности трехмерной виртуальной образовательной среды, как рабочего места пользователя.
3. Изучить возможности и организовать взаимодействие пользователя с виртуальной рабочей средой факультета с использованием скриптов.
Глава 1. Виртуальная образовательная среда
Современная виртуальная образовательная среда
Айвен Сазерленд в 1965 году на одной из своих лекций говорил, указывая на экран компьютерного монитора: «Не думайте об этом, как об экране монитора, думайте об этом как об окне - окне, через которое каждый может заглянуть в виртуальный мир».
Появившееся в последнее десятилетие технологии сделали популярными два новых понятия - виртуальная реальность и киберпространство. Виртуальная реальность состоит из двух слов и если разобрать эти два понятия по отдельности, то слово виртуальный или виртуальные - это те существительные, которые обозначают что-то недоступное органам чувств, т.е. эти понятия не материальны и не воплощаются в каком-либо предмете. Отсюда следует, что к виртуальным понятиям относятся: власть, собственность, любовь, добро, зло, ценность денег, справедливость, чувства, долг, красота, закон и др. Все виртуальные понятия это лишь продукт мозга многих людей. Нам они подчас кажутся чем-то материальным, но реального материального воплощения они не имеют. Для того, чтобы воплотить виртуальное понятие в жизнь достаточно создать материальные атрибуты. [10]
Перейдём ко второму слову реальность, в переводе с латинского означает вещественный, действительный. Реальность - всё сущее; материальный мир, объективно существующий в действительности. Реальность приписывается всему тому, что может возникнуть и возникло во времени, что существует и является преходящим.
С появлением персональных компьютеров, стало общепринятым среди подростков понятие «киберпространство», т.е. такие игры в которых дети играют в компьютерные войны. В конце 20 столетия эти игры были очень популярными и на волне этой популярности создавались коммерческие клубы, где дети часами просиживали время и деньги. Под «киберпространством» же мы будем подразумевать конечную среду, основой которой будут являться компьютерные технологии, предназначенные для создания или имитации виртуальной реальности
Так что же такое виртуальная реальность? Это реальность, отличная от действительного, материального мира, основой которой будут являться нематериальные понятия - информация, мысли и образы. Смысл виртуальной реальности - это «ощущение присутствия» в виртуальной среде. Это область технологии, которая обсуждалась в течение многих десятилетий, но начинает развиваться только сейчас.
Термин виртуальная реальность относится к любой ситуации, когда искусственно создаётся ощущение пребывания человека в определённой среде. Например, автомобильный тренажёр-машина, который даёт человеку ощущение езды на автомобиле в «реальных условиях». В такую машину (или точнее компьютер, который ею управляет) можно ввести характеристики реального автомобиля и тем самым создать ощущение от езды.
В течение последних 10 лет широко распространились виртуальные образовательные лаборатории, которые могут моделировать поведение объектов реального мира в компьютерной образовательной среде и помогают учащимся овладевать новыми знаниями и умениями по разным предметам: по химии, физике, математике, биологии, астрономии. Одна из целей создания виртуальных лабораторий - стремление к всесторонней визуализации изучаемых процессов, а одна из главных задач - обеспечение возможности подготовки обучаемого к наиболее полному восприятию и пониманию их сущности.
В современных условиях, когда столь актуальным является внедрение информационно-коммуникационных технологий в систему образования страны, растет количество учебных заведений, которые дополняют традиционные формы обучения дистанционной. Тем более что сегодня большинство молодых людей свободно владеют персональным компьютером и умело используют сведения, полученные из Интернета; им часто удобнее заглянуть в глобальную сеть, чем искать интересующий материал в традиционной печатной учебной литературе.
Создание высококачественной и высокотехнологичной информационно-образовательной среды рассматривается в основном как достаточно сложная техническая задача, позволяющая коренным образом модернизировать технологический базис системы образования, осуществить переход к открытой образовательной системе, отвечающей требованиям постиндустриального общества.
Вместе с тем нельзя отрицать, что создание информационно-образовательной среды это не только чисто техническая задача. Для ее создания, развития и эксплуатации необходимо полностью задействовать научно-методический, организационный и педагогический потенциал всей системы образования.
В связи с этим необходимо учитывать также и проблемы педагогики в условиях функционирования современных информационно-образовательных сред.
Чтобы поближе познакомиться с понятием виртуальной образовательной среды приведем ниже несколько ее определений из разных источников.
Под виртуальной образовательной средой мы будем понимать совокупность информационных ресурсов, обеспечивающую комплексную методическую и технологическую поддержку дистанционного процесса, включая обучения, управление образовательным процессом и его качество.
Виртуальная обучающая среда − комплекс компьютерных средств и технологий, позволяющий осуществить управление содержанием образовательной среды и коммуникацию участников. [5]
Под виртуальной образовательной средой мы понимаем информационное содержание и коммуникативные возможности локальных, корпоративных и глобальных компьютерных сетей, формируемые и используемые для образовательных целей всеми участниками образовательного процесса. Под виртуальной образовательной средой [2] понимается среда, которая способствует творческому постижению Себя - Нового, т.е. личности, находящейся в процессе образовательного становления, осваивающей как новые знания, так и новые степени свободы.
Виртуальная образовательная среда - это быстроразвивающаяся, многоуровневая и многофункциональная система, которая объединяет:
· педагогические, дидактические и методические технологии, специфические для взаимодействия участников учебного процесса;
· информационные ресурсы: базы данных и знаний, библиотеки, электронные учебные материалы и т.п.;
· современные программные средства: программные оболочки, средства электронной коммуникации.
Виртуальным коллективом является географически-распределенный коллектив, объединенный общей задачей и взаимодействующий посредством информационно-телекоммуникационных технологий. В применении к области образования участниками виртуального образовательного коллектива являются преподаватели и студенты, взаимодействующие в рамках виртуальной образовательной среды.
Виртуальное обучение - это процесс и результат коммуникации участников образовательного процесса в виртуальной среде.
Функции виртуальной образовательной среды:
· информационно-обучающая (мы предоставляем необходимую учебную информацию);
· коммуникационная (обучение проходит в диалоге с участниками учебного процесса);
· контрольно-административная (проводятся комплексные меры по контролю уровня знаний, умений и навыков и администрированию).
Виртуальное образование - это процесс и результат взаимодействия субъектов и объектов образования, сопровождаемый созданием ими виртуального образовательного пространства, специфику которого определяют именно данные объекты и субъекты.
Существование виртуального образовательного пространства вне коммуникации учителей, учеников и образовательных объектов невозможно. Другими словами, виртуальная образовательная среда создаётся только теми объектами и субъектами, которые участвуют в образовательном процессе, а не классными комнатами, учебными пособиями или техническими средствами.
Важно подчеркнуть, что обучение в новом информационном пространстве не является антагонистичным в отношении к существующим формам обучения и не отрицает имеющиеся образовательные тенденции. Новое естественным образом интегрируется в эти системы, дополняя и развивая их, и способствует созданию мобильной образовательной среды.
1.2 ОсобенностиUnityвсозданиивиртуальнойрабочейсреды
Мало кто в наше время напрямую использует низкоуровневые API для разработки в сравнительно быстрые сроки многопользовательского проекта. В основном, производители берут на вооружение готовые игровые движки (Game Engine), которые уже включают в себя движок рендеринга, физический движок, звук, систему скриптов, анимацию, искусственный интеллект, сетевой код, а также управление памятью и многопоточность. На крайний случай, разработав и протестировав игровой движок один раз, компания может сэкономить немалые средства и время, повторно используя свой продукт как основу для многих игровых проектов.
Большинство игровых движков содержит в себе интегрированную среду разработки, что позволят тестировать скрипты и все игровые действия в буквальном смысле «на лету».
Для нашей виртуальной рабочей среды мы решили использовать Unity - мульти платформенный инструмент для разработки трехмерных приложений, работающих в частности под операционной системой Windows.d - это мощный мультиплатформенный инструмент для разработки и программирования интерактивных браузерных и настольных приложений с двух- и трехмерной графикой, обрабатываемой в реальном времени.
Проект Unity3d основан в 2005 году в Дании компанией Unity Technologies, имеет штаб-квартиру в San Francisco и рабочие группы в Копенгагене, Лондоне, Стокгольме, Вильнюсе, Сеуле, Токио.
Все версии проекта Unity3d содержат интегрированный редактор проектов, поддерживают импорт графических и неграфических ресурсов (моделей, в том числе анимированных, текстур, скриптов и т. д.), содержат встроенные ландшафты, шейдерную систему, сочетающую простоту использования, гибкость и производительность. Программирование графики в Unity3d осуществляется средствами JavaScript, Boo (диалект Phyton) и C# на основе.NET; реализована работа с сетью, используется физический движок Ageia PhysX, смешивание 3D-графики реального времени с потоковым аудио и видео. Сервер ресурсов Unity обеспечивает контроль версий в Unity.d поддерживает широкий диапазон платформ: Windows (XP /Vista / W7), MacOs X, iPhone, iPod, iPad, Xperia PLAY, PS3, Flash 3D player.
В 2013г. проект Unity дошел до финальной стадии версия Unity 4.1, в которой список поддерживаемых платформ расширился до iOS, Android, Wii, XBox 360, PlayStation 3, Linux. Поддерживаемые браузеры: IE, FireFox, Chrome, Opera, Safari.
Разработчиками выпускаются две версии программного продукта: обычная версия и платная версия Unity3d Pro. Первая отличается ограниченным функционалом, вторая позволяет осуществить все этапы графического конвейера, включая рендер в текстуру, эффекты пост-процесса, удаление из процесса рендеринга невидимых вершин и полигонов.
Инструментарий Unity3d построен на использовании для разработки интерактивных приложений с двух- и трехмерной графикой, обрабатываемой в реальном времени, концепции игрового движка (Game Engine).
Несмотря на специфичность названия, игровые движки широко используются в других типах интерактивных приложений, использующих 3D-графику в реальном времени, таких, как демонстрационные рекламные ролики, архитектурные визуализации, обучающие симуляторы и среды моделирования.
Игровой движок (Game Engine) - это центральный программный компонент интерактивных приложений с трехмерной графикой, обрабатываемой в реальном времени, в том числе компьютерных и видеоигр. Он обеспечивает основные технологии моделирования и 3D-визуализации, упрощает процесс разработки проектов, обеспечивает возможность их запуска на нескольких платформах, таких как игровые консоли и настольные операционные системы, например, GNU/Linux, Mac OS X и Microsoft Windows.
Игровой движок обеспечивает основную функциональность пакета Unity3d. Он включает в себя многократно используемые программные компоненты: графический движок («визуализатор»), физический движок, звуковой движок, систему скриптов, анимацию, искусственный интеллект, сетевой код, управление памятью и многопоточность.
В дополнение к многократно используемым программным компонентам, игровые движки, как правило, предоставляют набор визуальных инструментов для разработки проектов. Эти инструменты обычно составляют интегрированную среду для упрощенной, быстрой разработки интерактивных приложений на манер поточного производства, предоставляя гибкую и многократно используемую программную платформу со всей необходимой функциональностью для разработки приложения, сокращая затраты, сложность и время разработки.
Часто игровые движки имеют компонентную архитектуру, позволяющую заменять или расширять некоторые подсистемы движка более специализированными (и часто более дорогими) компонентами, например, для симуляции физической природы взаимодействия (Havok), звука (FMOD) или рендеринга (SpeedTree). Однако некоторые игровые движки, такие как RenderWare, проектируются как набор слабосвязанных компонентов, которые могут выборочно комбинироваться для создания собственного движка, вместо более традиционного подхода, который заключается в расширении или настройке гибкого интегрируемого решения.
Рассмотрим основные компоненты любого игрового движка - графический и физический движки.
Графический 3D-движок (англ. 3D-graphics engine; система рендеринга или «визуализатор») - промежуточное программное обеспечение (ППО), основной задачей которого является визуализация (рендеринг) двух- или трехмерной компьютерной графики. Может существовать как отдельный продукт или в составе игрового движка и использоваться для визуализации отдельных изображений или компьютерного видео. Графические движки, использующиеся в программах по работе с компьютерной графикой (таких, как 3ds Max, Maya, Cinema 4D, Zbrush, Blender), обычно называются «рендерерами», «отрисовщиками» или «визуализаторами». При этом основное и важнейшее отличие «игровых» графических движков от «неигровых» состоит в том, что первые должны обязательно работать в режиме реального времени, тогда как вторые могут тратить по несколько десятков часов на вывод одного изображения. Вторым существенным отличием является то, что, начиная приблизительно с 1995-1997 года, графические движки производят визуализацию с помощью графических процессоров (GPU) видеокарт. Программные графические движки используют только центральные процессоры (CPU).
Физический движок (англ. physics engine) - программный движок, который производит компьютерное моделирование физических законов реального мира в виртуальном пространстве 3D-сцены с той или иной степенью аппроксимации. Чаще всего физические движки используются не как отдельные самостоятельные программные продукты, а как составные компоненты других программ. Выделяют игровые и научные физические движки.
Первый тип используется в компьютерных играх как компонент игрового движка. В этом случае он также должен работать в режиме реального времени, то есть воспроизводить физические процессы в игре с той же самой скоростью, в которой они происходят в реальном мире. Вместе с тем от игрового физического движка не требуется точности вычислений.
Современные физические движки симулируют не все физические законы реального мира, а лишь некоторые, причем с течением времени и прогресса в области информационных технологий и вычислительной техники список «поддерживаемых» законов увеличивается. Современные физические движки, как правило, могут симулировать следующие физические явления и состояния: динамику абсолютно твердого и деформируемого тела, динамику жидкостей и газов, поведение тканей и веревок (тросы, канаты и т. д.).
На практике физический движок позволяет наполнить виртуальное 3D-пространство статическими и динамическими объектами - телами (англ. body), указать некие общие законы взаимодействия тел и среды в этом пространстве, в той или иной мере приближенные к физическим, задавая при этом характер и степень взаимодействий.
Собственно расчет взаимодействия тел движок и берет на себя. Когда простого набора объектов, взаимодействующих по определенным законам в виртуальном пространстве, недостаточно, в силу неполного приближения физической модели к реальной, возможно добавлять к телам связи (англ. joint, «соединение»). Связи представляют собой ограничения объектов физики, каждое из которых может накладываться на одно или два тела.
Рассчитывая взаимодействие тел между собой и со средой, физический движок приближает физическую модель получаемой системы к реальной, передавая уточненные геометрические данные в графический движок.d в качестве физического движка использует Nvidia's PhysX engine.
Основной концепцией Unity3d является использование в сцене легко управляемых объектов, которые, в свою очередь, состоят из множества компонентов. Создание отдельных игровых объектов и последующее расширение их функциональности с помощью добавления различных компонентов позволяет бесконечно совершенствовать и усложнять проект.