Введение в технологии виртуальной и дополненной реальности конспект занятия
Обновлено: 05.07.2024
В статье рассматриваются идеи и уже существующие примеры использования технологий дополненной и виртуальной реальности (AR и VR) в образовании. В начале статьи дается краткий обзор технологий, даются основные определения, описывается техническая часть. Далее рассматривается существующий опыт применения этих технологий: приложения, организации, исследования. В последнем разделе предлагаются идеи для применения в образовании. В заключении указываются основные проблемы и трудности, которые могут возникнуть в процессе внедрения этих технологий.
Бутов Роман Александрович,
инженер ИБРАЭ РАН, аспирант
Григорьев Игорь Сергеевич,
методист Ресурсного центра ГБПОУ “Воробьевы горы”
Обзор технологий
Виртуальная и дополненная реальности (VR и AR) – это современные и быстро развивающиеся технологии. Их цель – расширение физического пространства жизни человека объектами, созданными с помощью цифровых устройств и программ, и имеющими характер изображения (Рис. 1).
На рисунке 1а показано изображение, которое видит пользователь через специальные очки виртуальной реальности (далее – VR). Изображение разделено на две отдельные картинки для каждого глаза и специально искажено, чтобы создать для глаз иллюзию трехмерного пространства. Если человек перемещается или просто поворачивает голову, то программа автоматически перестраивает изображение, что создает ощущение реального физического присутствия. С помощью контроллеров (джойстиков и т.п.) пользователь может взаимодействовать с окружающими предметами, например, он может поднять камень и бросить его с горы – встроенная в программу физическая модель просчитает полет этого камня, что еще больше создаст иллюзию реального пространства.
На рисунке 1б показано приложение, использующее технологии дополненной реальности (далее – AR). В этом приложении можно размещать изображения мебели на изображении с камеры телефона, но за счет их деформаций у пользователя создается впечатление, что он видит реальный предмет, располагающийся в комнате. Важно, то, что в этом случае реальность (комната) дополняется виртуальным креслом, и соответствующая технология будет называться дополненной реальностью. Создание дополненной реальности возможно не только с помощью смартфонов, но и других технических средств, например, посредством специальных очков. В этом случае, виртуальное изображение достраивается на поверхности линз очков.
Рисунок 1. Примеры технологии виртуальной (а) и дополненной реальности (б)
В качестве устройств на данный момент используются: очки виртуальной и дополненной реальности, контроллеры, наушники, смартфоны, планшеты. Эти устройства позволяют человеку видеть и слышать цифровые объекты (Рис. 2). В ближайшем будущем, ожидается появление перчаток с обратной связью, позволяющих человеку осязать цифровые объекты (Рис. 3).
Рисунок 2. Устройства для VR и AR: очки с наушниками (а), контроллеры (б), смартфоны и планшеты (в)
Рисунок 3. Прототип перчаток с обратной связью
Программы создаются, как правило, на тех же платформах, на которых разрабатывают компьютерные игры (Unity [1], Unreal Engine [2], и т.д.), с помощью различных инструментов для разработки программ виртуальной и дополненной реальности (Steam VR [3], Google VR [4], Oculus [5], Windows Mixed Reality [6], Google ARCore [7], Apple ARkit [8], Google Tango [9], Vuforia [10] и т.д.).
Прототипы устройств и первые использования терминов VR и AR существовали еще в середине 20 века, но современная терминология была сформирована в начале 90-х годов. Для VR в работе Джарона Ланье (Jaron Lanier) [11], для AR в работе авторов Коделла, Томаса и Мизелла (Caudell, Thomas P., and David W. Mizell) [12].
Вследствие бурного развития технологий, терминология постоянно изменяется. Однако, понятие реально-виртуального континуума (reality-virtuality continuum), предложенное в работе Милгрэма, Поула и др. (Milgram, Paul, et al.) [13] остается актуальным и по сей день и является основополагающим для последующих. На рисунке 4 показана иллюстрация для определения понятия реально-виртуального континуума.
Рисунок 4. Реально-виртуальный континуум.
Все технологии, связанные с расширением реальности посредством цифровых объектов (возможно, что и не только цифровых), располагаются между двумя полярными вариантами возможных реальностей: реальностью (reality), в которой мы с вами живем, и виртуальной реальностью (virtual reality, VR). Реальность – это абсолютное отсутствие дополнительных объектов в физическом пространстве, т.е. само физическое пространство. Виртуальная реальность – это абсолютное отсутствие реальных объектов. Множество этих технологий называется смешанной реальностью (mixed reality, MR). На практике оно часто разбивается на подмножества. Двумя классическими подмножествами являются дополненная реальность (augmented reality, AR) и дополненная виртуальность (augmented virtuality, AV). В первом случае подразумеваются технологии, дополняющие реальность различными объектами, во втором, дополняющие виртуальную реальность реальными объектами.
В качестве примера можно привести технологию, которая погружает вас в Древний Рим. Если эта технология дополняет окружающее вас пространство различными объектами из той эпохи (мечи, доспехи, глиняные кувшины, храмы, арены), то это будет считаться AR технологией, если же вас переносят в древний город, с его архитектурой, людьми, погодой, событиями, и т.д., но, к примеру, лица этих людей будут транслироваться из окружающего мира, то это технология дополненной виртуальности (далее – AV). На сегодняшнем уровне развития, технология AV практически не используется, но в будущем она может стать гораздо более впечатляющей, чем AR и VR.
Говоря о прогнозах развития технологии, часто предполагается смещение существования человека в пространство смешанной реальности (MR), что уже наблюдается вследствие развития интернета и мобильных устройств. В рамках виртуально-реального континуума мобильные устройства можно считать технологией дополненной реальности AR, так как они дополняют окружающий мир дополнительной визуальной, звуковой и отчасти тактильной информацией. В короткометражном фильме антиутопии режиссер Кейши Матсуда (Keiichi Matsuda) [14], показывает результат такого движения, который автор называет чрезмерной или сверх-реальностью (hyper reality). Сможет ли человек в том виде, в котором он есть сейчас существовать в подобном мире? Это остается вопросом.
Имеющийся опыт применения в образовании
В последнее десятилетие, благодаря уменьшению стоимости устройств, технологии стали более доступны широкому кругу пользователей. Что, в свою очередь, привело к росту числа программ (приложений) по различным тематикам. Для VR это в основном игры от 1 лица в жанре шутер или записи камер 360 градусов (прыжки парашютистов, достопримечательности, дикая природа, подводный мир, динозавры и т.д.), для AR приложения для изменения лиц пользователей, измерения расстояний объектов реального мира, различные головоломки, а также обучающие программы (в основном, по анатомии и астрономии).
Если говорить о применении в образовании, то для виртуальной реальности это изучение природы [15, 16], проведение лабораторных работ по физике [17], изучение динозавров [18], путешествие по планетам [19], астрономии [20] и многое другое. Для AR это изучение анатомии [21], химии [22, 23], астрономии [24, 25].
Технологии VR и AR часто упоминаются в программах иммерсивного обучения (immersive education) 27. Такие программы включают в себя использование современных информационных технологий в процессе обучения, который проходит внутри различных виртуальных миров и симуляций, причем часто в игровой форме. Такой вид обучения способствует повышению вовлеченности, коммуникаций между обучаемыми и интереса к предмету.
В рамках академических исследований, на тему влияния технологий дополненной реальности на процесс обучения, было проведено десятки работ (наиболее полный обзор представлен в одной из указанных в списке источников работе – [32]). В обзоре отмечено улучшение успеваемости обучаемых, понимания материала, повышение уровня мотивации. Также растет степень вовлеченности в процесс обучения и интереса к изучению предмета, повышается уровень коммуникации между студентами.
Основные проблемы, с которыми сталкивались преподаватели – это дополнительное время, затраченное на скачивание приложений, обучение работе с ними обучаемых, плохая работа геолокации, иногда низкое качество отклика моделей, трудности у студентов с работой в формате AR. В целом, все проблемы связаны с недостатком опыта в работе с AR и пока еще несовершенством технологии. В дальнейшем, с развитием технологии, эти проблемы будут устранены.
Идеи для применения
В данном разделе представлены лишь некоторые идеи того, как могут быть использованы возможности технологий AR и VR в сфере образования.
a) виртуальная реальность (VR)
В физике, эта технология может позволить проводить лабораторные работы в современных лабораториях. К примеру, почему бы не смоделировать наиболее известные исследовательские проекты последних лет: большой андронный коллайдер или детектор гравитационных волн и провести в них лабораторные работы? Это позволит заинтересовать обучаемых, показывая им современное состояние науки, а не то, при котором учились еще их деды и прадеды (что конечно, тоже имеет значение).
При изучении иностранных языков, большой прогресс в обучении достигается при живом общении с носителем. Но если такого человека найти трудно или трудно технически доставить его в аудиторию. Виртуальная реальность уже сейчас позволяет попадать в пространства, где можно не только общаться, но и взаимодействовать с другими пользователями 34. Например, можно перенести группу, изучающих японский язык в России, и группу, изучающих русский язык в Японии, в одно пространство, где они могли бы общаться, выполнять задания. А на следующее занятие, например, с группой из Испании. Такой интерактивный формат будет интересен обучаемым в любом возрасте. Проводить же такие встречи вживую или даже с использованием видеоконференций связи было бы не так эффективно, но более трудоемко и затратно.
В изучении истории, обучаемые могут ознакомиться с трехмерными экспонатами музеев мира. А также с воссозданными городами, битвами или другими историческими событиями. Например, можно не только воссоздать Бородинскую битву, но и позволить обучаемым в ней поучаствовать и принимать свои собственные, а также коллективные решения. Таким образом, это будет новым шагом развития после создания Бородинской панорамы в Москве.
В области географии современное развитие камер 360 градусов, позволяют пользователям снимать трехмерные панорамы и видео. Многие исследователи, путешественники и просто туристы снимают множество материала и выкладывают его в открытый доступ. Это видео про горы, океаны, полеты, вулканы, полюса. Использование такого материала на занятиях, позволит обучаемым увидеть далекие уголки нашей планеты и поддержать их интерес к путешествиям.
В биологии технология открывает возможность масштабироваться до размера органов, клетки или даже молекулы ДНК 38. Интерактивные возможности позволяют не только увидеть статическую картину, но и посмотреть, к примеру, процесс репликации ДНК.
В области химии приложения позволяют проводить опасные или дорогостоящие опыты 40. Изучать строения атомов и молекул. Наблюдать за химическими превращениями в динамике.
b) дополненная реальность (AR)
Визуализация алгебраических поверхностей, как второго, так и более высоких порядков. На рис. 5 показаны алгебраические поверхности 2 порядка при их отображении с помощью технологии AR. Обучаемый получит возможность качественно изучить поверхность как реальный объект перед собой, а не на экране компьютера и, тем более, книги, а также изменять параметры в реальном времени и видеть результат. Все это должно способствовать лучшему пониманию структуры уравнений (интерактивное изменение параметров) и трехмерной формы поверхностей.
Рис. 4. Алгебраические поверхности 2 порядка
Аналогичные визуализации можно создавать для поверхностей более высокого порядка (рис. 5).
Рис. 5. Алгебраические поверхности порядка больше 2: (a) Диагональная кубическая поверхность Клебша, (б) Лента Мебиуса, (в) Бутылка Клейна
Основным направлением для применения в физике является визуализация уравнений математической физики. При этом показывается решение в виде физического процесса. Обучаемый сможет динамически изменять параметры уравнения и видеть влияние этого изменения на результат.
Интересным видится визуализация фазовых диаграмм, в частности pvt-диаграммы (фазовой диаграммы) воды (рис. 6). На диаграмме возможно отображение физических процессов: изобарного, изохорного, изотермического, адиабатного и политропных процессов. Студент будет видеть полную картину процесса, а не проекции на определенные плоскости, интерактивно менять точки начала и окончания процесса, видеть дополнительную информацию о процессе (выделяемая/поглощаемая энергия, параметры в начале и конце).
Рис. 6. Фазовая диаграмма воды
В химии отображение атомных орбиталей (рис. 7) поможет лучше понять и запомнить их строение. Визуализация строения молекул (рис. 8), позволяет увидеть различные химические связи в пространстве.
Рис. 7. Фазовая диаграмма воды
Рис. 8. Молекула кофеина
В машиностроении визуализация моделей оборудования с возможностью воспроизведения анимации, показывающей принцип их работы. Для насосов и турбин можно размещать рядом фазовую диаграмму среды с нанесенным на ней физическим процессом. На рис. 9 показан снимок из AR приложения, где показана АЭС с реактором ВВЭР мощностью 1200 МВт. В приложении отображаются основные конструкции, оборудование и анимируется движение среды.
Рис. 9. AR приложение с АЭС ВВЭР 1200
Выводы
Какие есть способы преодолеть эти трудности? Основной наш тезис заключается в том, что в настоящий момент использование технологий дополненной и виртуальной реальности наиболее адекватно в области дополнительного образования, которое может служить проводником новых идей, не столь жестко структурировано, как общее образование.
Проиллюстрируем как дополнительное образование может преодолевать трудности, пройдясь по указанным выше пунктам потенциальных проблем внедрения технологий.
Дополнительное образование имеет гораздо гибкую по сравнению с общим образованием систему устройства. Программы различных уровней, различная продолжительность занятий, привлечение педагогов из профильных организаций на частичную занятость. Возможности сотрудничества с профильными промышленными предприятиями, вузами позволяет привлечь компетентных специалистов, а также потенциально дает возможность найти способы решения вопросов по необходимому оборудованию. Особенно интересен вариант сотрудничества с другими организациями, например, музеями, которые могут быть заинтересованы в подобных технологиях. Уже сейчас существуют экскурсии и специально созданные экспозиции, где активно используются возможности AR и VR. Так почему не создавать и использовать высокотехнологичный продукт для совместного использования? Ведь они могут быть включены как элементы программ по многим направлениям дополнительного образования.
ТИП УРОКА: Урок открытия новых знаний, обретения новых умений и навыков МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ: для лекции – аудитория с проекционным оборудованием; для квеста – здание школы (с возможностью перемещения по различным кабинетам) или иное помещение, с определенным количеством помещений (более 5)
ВРЕМЯ ПРОВЕДЕНИЯ: примерно 2 академических часа (80 минут), время проведения может изменяться в зависимости от скорости выполнения квестов командами
1. Образовательная:
Познакомить обучающихся с технологией дополненной реальности
2. Воспитательная:
Способствовать формированию умений использования современных технологий на уровне обучения
3. Развивающая
Пробудить интерес к самостоятельному решению задач с использованием информационных технологий
ОБОРУДОВАНИЕ К ЗАНЯТИЮ:
Смартфоны (из расчета –1 и более смартфонов у каждой из 4 команд), компьютер с проектором, 4 компьютера (для каждой из команд)
Организационный этап (10 минут)
Перед началом занятия организаторы расклеивают таргеты (приложение 6) на стенах помещений, в которых будет проводиться интерактивный квест.
Рассаживаются в аудитории, оснащённой демонстрационным оборудованием.
Лекция (30 минут)
Текст учителя
Итак, что же мы рассмотрим на лекции?
Учащиеся смотрят на слайд
Дополненная реальность – это технология добавления, внедрения в реальную жизнь, в трехмерное поле восприятия человека виртуальной информации, которая воспринимается как элементы реальной жизни. При качественном контенте у человека стирается грань между реальностью и искусственно создаваемом миром. Реальность расширяется (или дополняется) внедрением в нее виртуальной информации.
То есть, при создании дополненной реальности в обычную жизнь в режиме реального времени помещаются объекты при помощи специального программного обеспечения и гаджетов, таких как:
смартфоны с функцией AR и пр. гаджеты.
Разработкой технологии дополненной реальности исследователи занимаются не первый год. В 1961 году кинооператор Мортон Хайлиг представил иммерсивное мультисенсорное устройство, напоминающее своеобразную аркадную игру с вибрацией и воспроизведением стереофонических звуков. В следующем году Хайлиг получил патент на первый в мире виртуальный симулятор под названием "Сенсорама". Огромное устройство, внешне похожее на игровые автоматы 1980-х, позволяло зрителю впервые погрузиться в виртуальную реальность: например, прокатиться на мотоцикле по улицам Бруклина. Однако "Сенсорамой" не заинтересовались инвесторы и разработки пришлось свернуть.
Следующим этапом развития технологии принято считать 1974 год, когда компьютерный специалист Майрон Крюгер разработал лабораторию "искусственной реальности" под названием Videoplace. Она представляла из себя несколько связанных по сети комнат, в каждой из которых находился большой экран с расположенным позади него видеопроектором. Когда человек заходил в комнату, он видел на экране свое собственное изображение в виде примитивного силуэта, а также подобные силуэты людей в остальных комнатах. У всех "теней" можно было менять цвет или размер, а также присоединять к ним различные визуальные объекты.
Возможно, идеи Крюгера и его друзей побудили ученого Тома Кодэлла впервые предложить термин "дополненная реальность" в 1990 году. Работая в компании Boeing Computer Services в Сиэтле, он использовал словосочетание для обозначения цифрового дисплея на голове, используемого электриками самолетов, которые смешивали виртуальную графику с физической реальностью.
В 1992 году первая действующая AR-система начала использоваться военными ВВС США. Она получила название "Виртуальные светильники" и позволила создать новый метод обучения пилотов. С помощью наложения физически реальных объектов на 3D-виртуальные появился первый настоящий опыт дополненной реальности, обеспечивающий картинку, звук и прикосновение.
Примерно в то же время в университете штата Колумбия состоялась презентация системы KARMA ("Помощник в дополненной реальности"), позволяющей через шлем виртуальной реальности увидеть интерактивную инструкцию по обслуживанию принтера.
Но до 1999 года дополненная реальность широко не использовалась, а многими учеными и исследователями даже не понималась. Для ее работы использовались сложные программные решения и громоздкое оборудование. Однако ситуация резко изменилась, когда японский профессор Хироказу Като из Института науки и технологий Нары выпустил уникальное программное обеспечение под названием ARToolKit. Оно позволило отслеживать видеозахват действий в реальном мире и объединить их с виртуальными объектами. Обеспечение могло быть связано с простым карманным устройством: например, камерой и подключением к интернету. Появление ARToolKit привело к тому, что теперь пользователи видели непосредственно сам процесс работы дополненной реальности.
Уже в 2000 году Брюс Томас из лаборатории Wearable Computer разработал первую мобильную игру для открытого пространства с системой дополненной реальности, названную ARQuake. Она позволила пользователю с прикрепленным цифровым дисплеем на голове повернуть голову и увидеть другие объекты виртуального мира. ARQuake с успехом презентовали на Международном симпозиуме по мобильным компьютерам.
Несколько лет спустя в 2008 году первые AR-приложения были созданы для смартфонов, и люди по всему миру мир смогли впервые воспользоваться новейшей технологией. Первое приложение предназначалось для пользователей Android, и это позволило им использовать свои камеры, чтобы увидеть на экране различные объекты виртуальной реальности в 3D. Решение вскоре появилось и на iPhone, и запущено в качестве навигационного приложения, названного Wikitude Drive.
Используется специальная метка. (Target)
Метка читается мобильным устройством или компьютером.
На экране воспроизводится слой дополнительной информации.
Учащиеся смотрят примеры работы дополненной реальности
1.Приложения, зависящие от местоположения. В данном случае приложению необходимо уметь определять местоположение пользователя, учитывать погрешности, так как нам необходимо выдавать точную информацию, потому что дополненная реальность обогащает реальную среду и находится в тесном взаимодействии с ней. Так же очень важным фактором является позиционирование пользователя, куда направлен фокус камеры, потому что согласно определению дополненной реальности, она должна уметь взаимодействовать с трехмерным пространством, опять-таки, для того чтобы показывать достоверную информацию.
2.Приложения, зависящие от контекста. Так как дополненная реальность тесно связана с реальной средой, то она должна обладать контекстом, соответствующим действительности. Таким образом, здесь возникают следующие проблемы: достоверность, актуальность, избыточность предоставляемого контекста.
3.Приложения, использующие технологии распознавания. В этом случае возникает широкий круг проблем, необходимо уметь распознавать цифры, буквы, образы, каждый элемент окружающий среды. Так же очень важно правильно распознавать элементы окружения, потому как в связи с распознанной информацией, дополненная реальность должна будет сопоставить свою информацию. Еще данную технологию можно снабдить системой обучения, для того, что бы дополненная реальность, исходя из контекста или местоположения, могла определять достоверность распознанных образов.
Учащиеся смотрят примеры работы дополненной реальности
Американец Абхишек Сингх (англ. Abhishek Singh) перенёс в дополненную реальность целый уровень из Super Mario Bros.
Также разработчики перенесли Minecraft в дополненную реальность.
К середине 2016 года получила широчайшее распространение по миру вплоть до массовой истерии и серьёзный общественный резонанс гаджетовая глобальная многопользовательская игра Pokémon Go для интерактивной ловли покемонов в виртуально дополненном реальном мире — на реальных объектах по всей территории планеты.
Учащиеся задают вопросы.
После лекции учащимся даётся перерыв (10 минут), после этого они разбиваются на 4 команды с капитанами и расходятся по 4 аудиториям, в которых находятся по 1 компьютеру.
СОДЕРЖАНИЕ КВЕСТА
ТЕКСТ ВИДЕОЛЕГЕНД
Легенда для КОСМОНАВТОВ
Полёт составил почти 7 лет. Практически долетев до астероида, у корабля сработал аварийный сигнал. 4 из 6 двигателей полностью отказали, и команде Капитанова пришлось приземлиться на обитаемую планету системы М. Проблема в том, что земляне никогда ещё на ней не бывали.
Совершив аварийную посадку в лесу, команда вышла из корабля в скафандрах, но, как оказалось на планете есть кислород.
Легенда для МЕСТНЫХ ПРОКСИМИАНЦЕВ
За окном 79 век. Ваша цивилизация когда-то проживала в Солнечной системе на планете Фаэтон, но оказалось, что планете грозит конец света и вашим предкам пришлось переместиться на другую планету. Пролетев 12 световых лет, в какой – то далёкой системе всё-таки нашлась планета пригодная для жизни. Проксима – так назвали новую обитель.
Ваша цивилизация развивалась очень долго, поэтому проксимианина не удивить изобретениями. Летающие автомобили, перемещения во времени (правда, с интервалом всего в 24 часа) и т.п – всё это уже изобрели местные.
Кроме того, что Проксима – это планета, ещё она является одним большим государством. Как и у любого государства у всех жителей Проксимы есть лидер - Сикус Наномус.
Сегодня по всем телекинетическим новостям гремит только одна новость – неопознанный объект упал в области Микромодульного леса.
Для исследования объекта была собрана команда лучших специалистов. Во главе команды - Крокус Теслаус.
СОДЕРЖАНИЕ КВЕСТА (в зависимости от места, где будет проводиться квест, действия могут быть скорректированы)
(пример представлен для команды №1, содержания квестов для остальных команд находятся в приложении 4)
Действия учащихся
Действия программы
Командир вашего корабля – профессор Филимон Капитанов.
Ваш смартфон – это прибор для исследований (сокращённо ПДИ).
Осмотрев обшивку Инженериума вы не нашли серьёзных поломок.
Внутри корабля тоже ничего не сломалось.
Проверив двигательные модули, вы были удивлены – не хватает запчастей. Похоже, их кто-то просто извлёк из модулей.
Поискав нужные детали на корабле вы не нашли ничего, что было бы похоже на них.
Скорее всего, кто-то из ваших коллег что-то скрывает.
Теперь ваша основная задача – найти запчасти для двигателей, чтобы выполнить свою основную миссию.
Читают легенду на смартфонах
Квест 1. ЯМА
Как оказалось, ваш корабль упал в большую яму, заросшую необычными деревьями.
Вы смотрите вверх – по одному из деревьев можно забраться и вылезти на поверхность. Высота огромная, тут явно нужна страховка. Но вот незадача, вы знаете, что в корабле где-то было страховочное оборудование, теперь его нужно найти. К сожалению, в корабле нет энергии, придётся воспользоваться вашим ПДИ.
Ваша задача – найти и открыть нужный ящик для инструментов в главном отсеке корабля (Актовый зал)
( На стенах весят три разных коробки, а на других стенах таргеты, которые являются цифрами кода к ящикам, например, квадрат, прямоугольник, треугольник)
Начисляется 1 Starcoin
При наведении на таргет кода появляется цифра.
Квест 2. ФОРМУЛЫ
Благополучно поднявшись наверх (на 2 этаж), вы увидели удивительные растения, которые явно отличались от земных. Вам, как учёному, конечно же, нужно изучить несколько таких растений, поэтому нужно взять пробы для дальнейшего анализа.
Все пробы сопровождаются рецепторной формулой вещества растения. Для того чтобы записать данные в систему нужно определить рецепторные формулы и внести их в ваш ПДИ.
Подсказка: удивительные растения находятся в спортзале
Команда наводит смартфон на таргеты и записывает элементы. Затем наводит на растение и в открывающихся списках устанавливает формулу (из трех элементов)
Затем нажимает кнопку подтвердить. Если формула неверна, то раздается сигнал и опять загружается пустые списки.
Таргеты в виде растений и ключи (одно растения и 8 ключей)
Ключи содержат элемент формулы (Na, H2, H, N, O4, O, S, O3)
Если формула неверна, то раздается сигнал и опять загружается пустые списки.
Квест 3. Кривая дорога
Собрав нужные вам данные для исследований, вы отправились дальше. Путь, по которому вы шли, обеспечивался вытоптанной дорожкой. Следы на этой дороге было еле видно, но вам, как бывалому путешественнику и исследователю, этого было вполне достаточно.
Вы увидели синий указатель и стали двигаться в указанном направлении
При наведении на идентичный указатель пятый раз загружается квест 4.
Квест 4. ГАЛЛЮЦИНАЦИИ
3 метра на север,
40 метров на запад
6 метров на север
10 метров на восток
4 метра на север
Команда входит в кабинет. Там висит таргет горы. При наведении появляется надпись
Квест 5. ГОРА
Забравшись на гору, вы увидели ту самую яму, из которой не так давно выбирались.
Вы видите, как существа спускаются в ту самую яму, очевидно, они узнали о том, что ваш корабль совершил экстренную посадку.
Вы прикинули - если местные настроены дружелюбно, они помогут вам выбраться из леса и найти детали для двигателей, теперь нужно как-то с ними встретиться.
Вы вспомнили, что у вас есть прямая связь с вашим кораблём через ПДИ. Теперь нужно поймать сигнал и попробовать пообщаться с местными.
Для этого Вам нужно вспомнить физические законы.
Ребята наводят не тагреты на стене кабинета
Появляются тексты с информацией о планетах, основных физических законах.
Если неправильно, то задается другой вопрос.
Если все верно, появляется надпись
При наведении на таргеты появляются научные тексты о планетах и законах. Внизу кнопка
При нажатии появляются последовательно 4 вопроса и ответы из списка.
Если неправильный задается другой вопрос (всего в базе 8 вопросов)
Квест 6. КОНТАКТ
Подайте сигнал лазером
Команда включает лазер. Ждет, когда у них включится лазер.
Лазер покажет таргет места встречи.
Ведется обратный отчет.
В актовом зале происходит встреча.
Ребята входят в актовый зал со стороны гостиницы. На входе стоит стол с таргетами.
На стене висит 3 таргета, каждый обозначает место в школе (столовая, актовый зал, спортзал)
В верхнем углу идет обратный отчет от 7 минут.
Ведется обратный отчет.
Квест 7. ОБЩИЙ ЯЗЫК
Для того, чтобы начать контактировать с существами вам нужно настроить общий речевой сигнал. Это можно сделать при помощи вашего электронного карманного помощника.
Командам дается код для загрузки второго уровня.
Команда вводит код. Появляется текст задания. Наводя на таргеты ребята в блокнот записывают буквы, а затем на маркерной доске пишут получившееся приветствие
Вводят код. Загружается задание
Перечень терминов:
Таргет – изображение, на которое нужно наводить камерой смартфона
QR – код – код, предназначенный для прямого перехода по ссылке (в данном случае для загрузки приложения), при помощи камеры смартфона через спечиальное приложение.
ПДИ – прибор для исследования. В данном случае так называются смартфоны участников квеста.
Полный набор файлов для проведения данного занятия можно скачать по ссылке:
Непонятные буква VR и AR у всех сейчас на слуху. Говорят и о пользе цифровых лабораторий, и о виртуальных тренажерах, которые могут пригодиться как инженеру на заводе, так и космонавту. Даже продавцов так тренируют. Говорят и пишут о технологиях многие, но мало кто на самом деле разбирается, что же значат эти непонятные буквы. В небольшой вводной лекции мы разберемся с основными понятиями и разберем интересные примеры приложений. Я показываю вам презентацию, которая отлично заходит у ребят, главное не забывать задавать им вопросы и спрашивать их мнения.
Все материалы – образовательные программы, расписанные кейсы, презентации, текст к этим презентациям – даже к этой, подборки приложений и др., что вам может понадобиться – либо уже написано и будет передано вам, либо доформируется в самое ближайшее время. Не стоит переживать – одних вас не оставят :)
А как вы считаете, компьютерные игры – это виртуальная реальность? Те самые игры, в которые любят играть дети на компьютере? Многие говорят, что нет – ведь не надевается шлем. На самом деле любая игра на компьютере, приложение на телефоне – это виртуальная реальность. Это вымышленный мир. По сути, даже картину на стене можно считать виртуальной реальностью – ведь это задумка художника.
Но мы с вами давайте договоримся, что под virtual reality мы будем понимать цифровой мир, искусственный мир, созданный средствами компьютерного моделирования, симуляция реального мира.
Попадая в виртуальную реальность, человек воспринимает ее через органы чувств: зрение, слух, обоняние – в зависимости от оборудования. Таким образом создается эффект присутствия (погружения).
Важнейший принцип VR – обеспечение реакции системы на действия пользователя. Для этого используются специальные устройства взаимодействия. Например, контроллеры для рук (показать контроллеры HTC Vive) или датчики для трекинга (то есть, отслеживания) реальных объектов.
Как вам кажется, когда зародились технологии? (ждем вариантов).
Так что все придумано очень давно, просто об этом мало кто слышал. Пока в 2014 не произошел настоящий взрыв – Палмер Лаки презентовал свое устройство Oculus Rift, которое начинали собирать несколько друзей, как водится, в гараже. На слайде вы видите летящего над виртуальным городом человека – вентилятор имитировал ветер, а разбрызгивание соленой воды – брызги моря. Пять лет назад это был WOW, хотя по сути мало чем отличалось от езды на мотоцикле в 60-е. Компания Facebook купила Oculus за баснословные деньги, а другие компании начали пробовать создавать свое. Так появился HTC Vive и шлем от Sony и с каждым годом появляются все новые и новые. Наибольшую популярность получили HTC и Oculus, в ваших классах будет использоваться именно первый вариант.
Показываем Steam и как можно скачать приложения. Вызываем добровольцев и показываем примеры, тестируем (ок. 15 мин.), комментируем происходящее: почему нельзя загораживать базовые станции – теряется сигнал, почему появляется голубая сетка – потому что пользователь пытается выйти за ограниченное для погружения пространство и др.
Устройства такого уровня используются для достаточно серьезного погружения – мы можем перемещаться в пространстве, использовать руки. Есть дополнительные датчики Vive Tracker, которые можно разместить на любом предмете, чтобы перенести его в VR: представьте, что вы сможете играть на своей любимой гитаре, но в VR с дополнительными подсказками и меняющимся окружением.
На слайде представлены результаты работы московских шестиклассников в рамках проекта “Квантоурок” - урока технологии, реализуемого на внешних площадках и в формате шестичасового интенсива (для справки - проект реализуется уже три года). Как видите детская фантазия работает в разных направлениях. Сборкой подобных устройств вы будете заниматься и на своих занятиях. Сейчас я покажу несколько хороших объяснений, как собрать очки VR – таких мастер-классов в сети множество, выбирайте на свой вкус. Не ограничивайте детскую фантазию – пусть креативят из любых подручных средств.
Разрабатываются и более совершенные устройства – например, Oculus Go или Vive Focus – на слайде. Такие шлемы не требуют вставки смартфонов, устройство полностью автономно – нет проводов.
Как вам кажется, где они могут использоваться? (принимаем варианты) … Очень частые заказы приходят от пожарных,военных – всех тех, кому необходимо постоянно тренироваться в условиях, максимально приближенных к реальности. При этом каждый раз поджигать дом для формирования навыков – не лучший план. В таких случаях выручает виртуальная реальность.
Уже разработан и активно внедряется костюм Tesla Suit – он может температуру и даже боль. То есть пользователь не будет просто бездумно ошибаться – за каждую ошибку его мозг будет обманут и человек почувствует боль. Костюм оснащен системой захвата движений, климат-контролем, биометрическими датчиками. Проще говоря: все, что происходит в компьютерной игре, можно почувствовать на себе благодаря электрическим импульсам. Мозг не чувствует себя обманутым, потому что для него нет расхождений в картинке и тактильных ощущениях.
Существуют голографические столы, на которых словно возвышаются голограммы виртуальных объектов, бывают обычные виртуальные мониторы. В общем и целом, разнообразие систем VR велико и считать, что VR – это только шлемы совсем неправильно. Это всего лишь одна из разновидностей дисплейных систем, а по факту любое приложение можно запустить как на телефоне, так и на ПК, так и с использованием VR шлема. В ваших кабинетах из устройств будет только HTC Vive, но в целом этого абсолютно достаточно для начинающих – учимся разработке, 3D моделированию и программированию на компьютерах, и тестируем в шлеме.
Поговорим о второй технологии – дополненной реальности, англ. Augmented Reality (сокр. AR). Что же это за реальность такая? Как вам кажется, как связан кадр из фильма с вопросом? (ждем вариантов).
Терминатор – именно из этого кадра фильм – видел мир так, как показано на следующем слайде. То есть, он видел в своих очках дополнительные цифровые элементы поверх реальных объектов.
В подборке приложения 3 мы собрали интересные примеры использования дополненной реальности в разных сферах, обсуждайте с детьми и показывайте.
Давайте посмотрим несколько примеров и сейчас, чтобы вы понимали, какого уровня могут быть проекты (демонстрация и тестирование).
Распознавать можно и трехмерные объекты, например, кубики. Представьте, что правильно собранная картинка на кубиках оживет и расскажет малышу дополнительную интерактивную историю.
Приложения дополненной реальности можно запускать на компьютерах, используя web-камеру, на мобильных телефонах, а также есть специальные носимые устройства.
С недавних пор используется еще один термин – смешанная реальность. Объясним по картинке. Полностью цифровая уточка – это виртуальная реальность. Изображение утки как слой поверх реальной картинки – дополненная реальность. Смешанная реальность – это виртуальная утка, органично вписанная в реальное окружение. То есть, говоря понятными детям аналогиями – если Терминатор – это дополненная реальность, то смешанная – это Железный человек.
Создать условия для формирования положительной оценки технологиям будущего.
Оборудование: компьютер, колонки, проектор, VR-шлем, телефон
Ход мероприятия
Вступление (5 мин)
Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня мы с вами поговорим о технологии будущего. А прежде чем к ней перейти, давайте назовем, какие технологии вы знаете?
(Ответы учеников)
Кто-то из вас назвал технологию виртуальной реальности и именно о ней мы сегодня с вами и поговорим.
Кто может сказать, что такое Виртуальная реальность?
Виртуальная реальность — созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие.
Демонстрация (30 мин)
Принцип работы любого устройства ВР одинаков. Шлем одевается на голову и закрепляется специальными ремнями. При этом очки должны прилегать плотно к лицу, чтобы посторонние факторы не отвлекали внимание пользователя. Фото, видео или игры выводятся на встроенный экран, при этом изображение делится на две части, чтобы создать эффект трехмерного пространства. В современных моделях разрешение дисплея достаточно высокое, поэтому картинка получается максимально реалистичной.
Кроме качественного дисплея, очки виртуальной реальности снабжаются аудио гарнитурой с 3d эффектом. Это позволяет полностью отвлечься от реального мира и погрузиться в фантастическую обстановку. Таким образом, шлем виртуальной реальности обманывает слух и зрение человека, полностью изолируя его от реальной обстановки.
Благодаря многочисленным датчикам, обзор в виртуальном пространстве происходит благодаря, привычным, движениям головы. Можно в мельчайших деталях рассмотреть окружающую обстановку и заглянуть в любой уголок виртуального мира. Также в комплекте идут два Контроллера для рук. На них имеются следующий кнопки для управления: джойстик, кнопки Аи Б ( для выбора действия), две кнопки на стволе контроллера для согласия с действием.
В зависимости от конкретной модели шлема, его подключают к персональному компьютеру или игровой приставке. Сам процесс подключения и настройки очков VR достаточно простой и не вызывает сложностей. Но стоит помнить, что для корректной работы, в большинстве случаев требуется мощный компьютер. Особенно высоки требования к видеокарте.
Для достижения наилучшего эффекта, в шлемах предусмотрены некоторые настройки. Например, можно откорректировать расстояние до глаз, громкость звука и другие параметры. Некоторые модели даже оснащены специальной технологией, которая позволяет без всякого дискомфорта использовать очки виртуальной реальности людям со зрением от, минус пяти до, плюс пяти.
Шлем виртуальной реальности состоит из следующих основных частей:
Корпус и его составляющие.
Всевозможные датчики, которые отслеживают положение головы в пространстве (гироскоп, акселерометр, магнитометр, инфракрасные датчики).
Микросхема, в которой и происходят все вычислительные процессы.
В зависимости от фирмы и модели устройства, данный список может быть расширен.
Теперь давайте по очереди каждый наденет очки виртуальной реальности и посмотрит один из вариантов использования очков виртуальной реальности для обучения. Сейчас один человек берет очки, а все остальные на экран.
(учитель демонстрирует варианты использования VR очков)
Для чего нужны шлемы виртуальной реальности
Безусловно, основная масса покупателей таких устройств, это молодые люди, которые хотят поиграть в виртуальные игры. Очки способны перенести игрока прямо в центр событий и дать прочувствовать всю гамму ощущений от развивающегося сюжета.
На данный момент разработано огромное количество видеоигр для шлемов виртуальной реальности. С каждым днем разработчики радуют геймеров новыми продуктами. Более того, многие популярные ранее игры, начинают адаптировать для использования с шлемом виртуальной реальности. Среди игр есть спокойные, с размеренным сюжетом и активные с постоянными прыжками и перестрелками. Опираясь на сказанное, можно смело утверждать, что каждый покупатель найдет развлечение по душе.
На играх спектр использования шлема VR не заканчивается. Учитывая, как работают VR очки, не сложно догадаться, что их можно использовать для просмотра видео фильмов. Можно просматривать, как стандартные 3d фильмы, так и специальные фильмы, предназначенные для таких устройств. При просмотре подобных фильмов, можно ощутить обстановку каждой сцены и рассмотреть развивающиеся события со всех сторон.
В основном все очки виртуальной реальности создавались для развлекательных целей, но в перспективе вполне возможно их использование в следующих сферах:
— Медицина — удаленные операции и теледиагностика. Виртуальная реальность уже использовалась для лечения психических заболеваний, таких как клаустрофобия, боязнь высоты и т.д.
— Образование – любой школьник будет более охотно усваивать информацию на уроке, если ему предложат наглядно посетить исторические памятники или виртуально перенестись в столицы разных стран мира.
— Военное дело — управление беспилотными дронами и прочей техникой;
— Проектирование — сюда можно отнести все, от составления интерьера помещений, до моделирования различных ситуаций и условий в помощь силовым структурам или исследователям.
В сфере дизайна и архитектуры, технология виртуальной реальности уже активно используется. При помощи нее можно спроектировать и посмотреть строительный объект или разработать дизайн жилого помещения. Данное направление набирает обороты и пользуется спросом.
Учитывая столь широкий спектр применения, сложно однозначно ответить на вопрос что такое VR очки. Но одно можно сказать точно. Шлем виртуальной реальности это очень разнонаправленное устройство, с помощью которого человек может не только играть в игры, но и выполнять более серьезные и важные задачи.
Учитывая потенциал и скорость, с которой развивается виртуальная реальность, можно надеяться, что в скором времени откроются новые возможности, которые будут доступны каждому.
Читайте также: