ТЕХНОЛОГИЯ «ДОПОЛНЕННАЯ РЕАЛЬНОСТЬ»
В СОВРЕМЕННОМ ОБРАЗОВАНИИ
Владарский И. В.
В работе рассматриваются перспективы и методики внедрения технологии «дополненная реальность» в современное образование и 20 уникальных примеров использования дополненной реальности в образовании учителями, исследователями и разработчиками.
Ключевые слова: дополненная реальность;образование; творческие проекты; технические устройства дополненной реальности; программное обеспечение.
Дополненной реальностью (AR – augmentedreality) называют симбиоз реального мира, и виртуальной, компьютерной реальности. Чаще всего, дополненная реальность – это среда с прямым или косвенным дополнением физического мира цифровыми данными в режиме реального времени при помощи компьютерных устройств (на экранах компьютеров, планшетов, смартфонов и инновационных гаджетов вроде Google Glass и подобных устройств, а также программного обеспечения к ним).
На сегодняшний день технология дополненной реальности получила широкое распространение в различных областях: Интернете, маркетинге, туризме, мультимедиа, науке и технике.
Несмотря на непривычность формулировки определения, «Дополненная реальность» давно вошла в нашу жизнь. История дополненной реальности насчитывает на сегодняшний день уже около 20 лет, с момента описания ее как континуума Полом Милгромом и Фумио Кусино. Дополненная реальность представлена как пространство между реальностью и виртуальностью, наравне с дополненной виртуальностью. Технология дополненной реальности заключается в наложении на реальное изображение, получаемое посредством видео или веб-камеры, виртуальных объектов. Например, при телевизионной трансляции состязаний по легкой атлетике, зрителям демонстрируют фотофиниш – фотографию с линиями, определяющими позиции спортсменов. Эти линии и являются примитивными объектами дополненной реальности, поскольку предоставляют дополнительную информацию, делая реальное изображение более информативным.
Технология «Дополненная реальность» не обходит стороной сферу образования и в настоящее время используется в процессе изучения дисциплин естественно-математического цикла, что является объективной необходимостью и потребностью в развитии познавательных процессов современных учащихся и студентов. Внедрение в систему образования современных виртуальных средств обучения является важнейшим условием усиления обучающего эффекта, которое заключается в интерактивности 3D-моделирования и использовании эффекта дополненной реальности. Имея под рукой набор бумажных маркеров, мы можем в любой момент представить учебный объект не только в объеме, но и проделать с ним ряд манипуляций, посмотреть на него «изнутри» или разрезе. Актуальность внедрения технологии дополненной реальности в образовательный процесс заключается в том, что использование настолько инновационного средства несомненно повысит мотивацию учащихся при изучении компьютерных и других дисциплин, а также повысит уровень усваивания информации, синтезируя различные формы ее представления. Огромным плюсом использования технологии дополненной реальности является ее наглядность, информационная полнота и интерактивность.
Несмотря на огромный функционал, технология дополненной реальности является простой в использовании и доступна для аудитории пользователей разного возраста, хотя и требует новых разработок и углубленного изучения новых проблем. Тем не менее, при должном развитии, эта технология способна удовлетворить широкий круг образовательных и познавательных потребностей учащихся и студентов.
Также широкий функционал, предоставляемый технологией дополненной реальности доступен и для учителя. Применяя данную технологию, учитель может доносить необходимый для изучения материал в более интересной и доступной для учеников форме, строя урок на основе увлекательных игр, демонстраций и лабораторных работ. Удобство использования виртуальных 3D-объектов упрощает процесс объяснения нового материала. При этом, осваивая технологию дополненной реальности, повышается уровень информационной грамотности учителя и учеников.
Например, изучая тему «Архитектура компьютера» на уроках компьютерных дисциплин и используя вместо реальных деталей 3D-объекты дополненной реальности, каждый учащийся или студент имеет возможность ознакомиться с отдельным устройством компьютера, получить представление о его технологическом строении и особенностях. Для подобных занятий учителю необходимо иметь: готовые 3D-модели, разработанные в среде 3DsMax или других программах моделирования; веб-камеры, контроллеры дополненной реальности; программы распознавания маркеров дополненной реальности в цифровом или аналоговом вариантах; демонстрационные средства, такие как проекторы, экраны, интерактивные доски.
Одним из примеров использования технологии «Дополненная реальность» является продукция компании SMART Technologies. Технология, в данном случае, реализуется синтезом интерактивной доски SMART, программным обеспечением SMART Notebook, документ-камеры SMART и куба дополненной реальности. Интеграция с программным обеспечением SMART Notebook позволяет захватывать изображения и сразу добавлять их на страницу цифрового урока. Учащиеся или студенты могут оперировать анимированными 3D-объектами, например, учащийся или студент может вывести 3D изображение с помощью куба дополненной реальности и продемонстрировать его аудитории со всех сторон, перемещая куб перед объективом камеры. Поддержка программного обеспечения SMART Notebook обеспечивает внедрение дополнительного контента в файлы уроков. Инструменты дополненной реальности поддерживают несколько распространенных форматов 3D-объектов, доступных в различных библиотеках контента. Таким образом, использование технологии «Дополненная реальность» позволит повысить эффективность образовательного процесса и интерес к изучению, например, компьютерных дисциплин или дисциплин естественно-математического цикла.
Дополненная реальность (AR) позволяет обогащать мир новейшими технологиями, порождая уникальный комбинированный интерактивный опыт. Хотя в образовании дополненная реальность пока применяется довольно редко, но всё больше учителей, исследователей и разработчиков начинают двигаться в сторону более интерактивных обучающих методик. Многие такие методики вырастают в действительно интересные и творческие проекты. Здесь собраны несколько особенно интересных проектов такого рода, хотя конечно, на самом деле их гораздо больше.
Second Life
В этом проекте используется онлайновая игра Second Life, в которой в духе Стивенсона может произойти что угодно. Это невероятно полезный образовательный инструмент, который в потенциале может выйти на очень широкую аудиторию – или дать авторам новые способы обучения своих собственных студентов. Чтобы перечислить все способы использования виртуального мира в целях образования, потребуется отдельная статья, но, если перечислить вкратце: онлайновые уроки, демонстрации, обсуждения, лекции, презентации, дебаты и другие мероприятия.
Augmented Reality Development Lab
Это экспериментальная лаборатория основана фирмой Digital Tech Frontier и сотрудничает с такими тяжеловесами, как Google, Microsoft и Logitech. В ней создаются проекты как развлекательного, так и образовательного плана. В основном это интерактивные трёхмерные объекты, которые можно так или иначе использовать для обучения. Образовательные учреждения могут заказывать в ARDL пакеты по разным ценам.
Reliving the Revolution
Это игра Карен Шриер (Karen Schrier), в которой она показывает своим студентам знаменитую историческую битву при Лексингтоне с помощью GPS и карманных ПК. В этом AR-эксперименте также исследуются загадки этого сражения, например, кто выстрелил первым. Пользователи сами играют роль солдат и участвуют в битве на реальной карте в Массачусетсе.
PhysicsPlayground
Один из многих игровых движков для ПК получил вторую жизнь в виде образовательного пособия по физике. В проекте под названием PhysicsPlayground создаётся трёхмерная среда с глубоким погружением, в которой можно экспериментировать и лучше узнавать строение вселенной.
MITAR Games
В этом игровом проекте Массачусетского технического института реальное положение на местности объединяется с виртуальным игроком и виртуальным сценарием, что даёт полезный образовательный эффект. Например, игра Environmental Detectives (экологические детективы) предлагает игрокам найти источник губительной утечки токсичных материалов.
New Horizon
Некоторые японские студенты и другие люди, изучающие английский язык, пользуются этим смартфонным приложением для работы с AR-учебниками нового поколения. Сами учебники предоставляются издательством Tokyo Shoseki. New Horizon с помощью встроенных камер смартфона показывает прямо в книгах анимированных персонажей на нужных страницах.
Occupational Safety Scaffolding
C помощью этой системы профессор Рон Дотсон (Ron Doston) читает курс по безопасности при строительстве. Трёхмерные AR-демонстрации, сочетающие реальные и цифровые объекты, показывают, как правильно возводить строительные леса и подмостки. Без сомнения, это очень простая реализация дополненной реальности, но нет сомнений, что она может сохранять здоровье и жизнь людей.
FETCH! Lunch Rush
Это игровое приложение для iPhone и iPod touch разработки PBS Kids. С его помощью дети могут в увлекательной форме изучать азы математики вне школьных стен, например, лёжа дома на диване или сидя в машине.
AR-экскурсии
Это целый класс самых разных AR-проектов, направленных на визуализацию различных исторических периодов и реконструкцию тех или иных событий. В некоторых из них даже есть игровые элементы. Например, проект HistoriQuest воспроизводит события Гражданской войны в США, сочетая игру с историческими фактами.
School in the Park
В этом проекте учащиеся посещают два местных музея и зоопарк, но там они рассматривают экспонаты не абы как, а через смартфон, и получают дополнительную информацию. Более того, учителя даже учат их создавать собственные объекты дополненной реальности!
«Охота на мусор» с QR-кодами
В такую игру можно играть с помощью смартфона с ридером QR-кодов.
Mentira
Это игра, в которой объединена реальность и фантастика, выдуманные персонажи и реальные люди. Это также первая в мире образовательная AR-игра на испанском языке. Она проходит в американском городе Альбукерке. В игре воспроизводится сюжет классических детективов про убийство, а цель – создать более глубокое и эффективное взаимодействие с носителями языка, чем это возможно на уроках иностранного языка в учебных заведениях.
AR-тест-драйв
Toyota совместно с Saatchi & Saatchi создала самый чистый и безопасный тест-драйв в мире – с помощью дополненной реальности. Конечно, такие разработки ещё долго не появятся в автошколах, но это очень впечатляющая и эффективная альтернатива парку машин для учебной езды.
Геотеггинг
Если на уроках можно использовать смартфоны, то можно показывать учащимся и студентам, как устроен мир, с помощью Google Earth и веб-альбомов типа Picasa и Instagram. С помощью программ для общения типа Skype или других VOIP-клиентов можно наладить сотрудничество между разными учебными заведениями, и тогда геотеггинг может стать полезным инструментом межкультурного взаимодействия.
Dow Day
Это AR-приложение для смартфона является целым документальным фильмом, в котором студенты, преподаватели и гости Висконсинского университета отправляются в 1967 год. Ходя с телефоном по территории университета и смотря через него, пользователь видит реальные записи событий, происходивших в этом месте во время протестов против войны во Вьетнаме. Создатель приложения – Джим Мэтьюс (Jim Mathews).
Scimorph
C помощью этой программы, веб-камеры и листа бумаги с напечатанной меткой учащийся может общаться с забавным зверьком по имени Скайморф (Scimorph), который рассказывает о гравитации, звуке и микробах, «сидя» на листке бумаги перед экраном (нужно включить веб-камеру). В каждом уроке нужно исследовать какую-то игровую зону, где встречаются разного рода вопросы, викторины и рассказы.
Imaginary Worlds
Это приложение для PSP позволяет учащимся и студентам отправиться в волшебное путешествие с помощью загружаемых изображений и QR-кодов, которые спрятаны в разных местах учебного заведения. Найдя такой код, нужно пройти небольшой «квест», в котором могут попадаться разные монстры, для победы над которыми нужно найти определённые предметы. В конце нужно написать небольшое сочинение о том, что происходило в игре.
Sky Map и Star Walk
Эти два простых астрономических приложения для Android и iOS обладают огромным образовательным потенциалом благодаря весьма инновационному подходу к дополненной реальности. В обоих программах нужно направить устройство на небо, и на экране появятся названия звёзд, планет и созвездий, которые оказались на экране, а также дополнительная астрономическая информация по ним.
Handheld Augmented Reality Project (HARP)
Гардвардский, Висконсинский университеты и Массачусетский технический институт на грант Минобразования США совместно разработали проект для учебных заведений на базеGPS-навигации с использованием карманных компьютеровAxim от Dell. Перемещаясь с КПК по учебному заведению, учащийся перемещается по виртуальному миру, синхронизированному с реальным, встречая в нём разные опасности и задания, которые нужно решить.
Project Glass
Наконец, один из самых амбициозных AR-проектов исходит из самой Google. В интернет-гиганте полагают, что его возможности далеко не ограничиваются стенами аудиторий. Как известно, для Glass нужны специальные очки, а не просто смартфон или ноутбук. Уже сейчас Glass можно использовать в ряде областей, например, фотографирование с «видом из глаз» в экстремальных условиях.
Все выше перечисленные 20 примеров ярко демонстрируют безграничные области применения технологии дополненной реальности – AR.
Но по сути все эти примеры показывают, что технологии дополненной реальности не могут существовать без технической поддержки.
Рассмотрим некоторые примеры таких устройств, технологии которых особенно демонстрируют достижения технического прогресса и направлены на применении в технологии дополненной реальности в ближайшем будущем.
По сути и несмотря на название, эти технологии могут как дополнять окружающий мир объектами мира виртуального, так и устранять из него объекты – возможности дополненной реальности (AR) ограничиваются лишь возможностями соответствующих устройств и программ. Тем не менее сегодня все или почти все решения на основе дополненной реальности выполняют исключительно приведённую в названии функцию.
Мортон Хейлиг (Morton Heilig) известен как «отец виртуальной реальности». Он получил это звание за исследования и изобретения, сделанные в 1950-х и 1960-х годах. В частности, 28 августа 1962 года он запатентовал так называемый стимулятор Sensorama. Сам Хейлиг ещё называл его «театром погружения».
В технологиях одновременного взаимодействия пользователя с реальным и виртуальным мирами задействованы лишь слух и зрение, и, при условии встраивания в будущие системы дополненной реальности (AR) сообщающих пользователю тактильные ощущения устройств, область их применения может быть значительно расширена, выйдя за рамки информационных и развлекательных решений. Потенциал этих технологий огромен.
УСТРОЙСТВА
GOOGLE GLASS
Очки дополненной реальности Glass разрабатываются компанией Google и являются автономным носимым устройством, управляемым посредством голоса и жестов. Тестирование Glass началось в 2012 году, а релиз первых устройств, предназначенных для разработчиков программного обеспечения, состоялся в 2013 году. Этот же год должен стать годом релиза потребительской версии устройства. На данный момент функциональный набор устройства не включает возможностей визуализации дополненной реальности, однако специализированным AR-устройством может стать одна из будущих версий Glass, которая пока известна лишь по патентным документам Google.
Согласно последним опросам, в западных (и не только западных) странах большинство людей, проснувшись утром, первым делом берут смартфон, чтобы проверить почту, сообщения в социальных сетях и т. д. Но однажды это навсегда изменится, и не исключено даже, что смартфоны уйдут в прошлое, как телефоны с дисковым набирателем номера. «Не может быть, за смартфонами и другими мобильными устройствами будущее!» – воскликнет подкованный в IT читатель. Но не спешите с выводами. Представьте, что вы сможете делать всё то же самое, что привыкли делать со смартфоном, но – без рук.
VUZIXWRAP 1200AR
Уже сегодня можно приобрести очки дополненной реальности Wrap 1200AR производства американской компании Vuzix. Они не автономны, содержат две VGA-камеры на внешней стороне «линз», которые захватывают стереоскопическое изображение и передают его на два дисплея с разрешением 852×480 у каждого, чтобы пользователь смотрел получающийся видеопоток – дополненный или нет – в 3D. Кроме того, новинка оснащена датчиками, отслеживающими положение головы. На деле получаемое пользователем изображение аналогично картинке с 75-дюймового экрана с расстояния десяти футов (около трёх метров).
VUZIX SMART GLASSES M100
Помимо имеющихся неавтономных продуктов, Vuzix собирается начать продажи автономного устройства Smart Glasses M100 на Android 4. Единственный WQVGA-дисплей очков выполнен с соотношением сторон 16:9 и воспринимается пользователем как 4-дюймовый дисплей на расстоянии 35 см, то есть примерно, как смартфон. Дисплей довольно яркий – 2000 нит, что позволяет использовать его при довольно ярком свете. Камера снимает в разрешении 1280×720. Процессор – OMAP4430 частотой 1 ГГц, объём оперативной памяти – 1 ГБ, флеш-памяти – 4 ГБ. На устройстве есть несколько физических кнопок: «включение», «выбор» и управление громкостью. Как и Glass, этот гаджет не может похвастаться возможностью дополнения реальности, однако специфика работы Vuzix позволяет предположить, что этот нательный компьютер эволюционирует в AR-гарнитуру вместе с аналогом Google.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Уже сейчас программное обеспечение для использования AR весьма разнообразно. Наиболее известными представителями софта дополненной реальности являются так называемые браузеры дополненной реальности и игры для мобильных платформ – смартфонов и планшетных компьютеров на получивших широкое распространение операционных системах iOS, Android, а также игровых приставок Sony PlayStation Vita и Nintendo 3DS и 3DS XL. Тип программного обеспечения Glass неизвестен, а Vuzix Smart Glasses M100 работает на модифицированной версии Android.
В качестве выводов в данной статье можно привести некоторые интересные факты о технологии дополненной реальности и этапы развития этой технологии.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Изобретение термина «дополненная реальность» в 1990 году приписывается Томасу Коделлу (Thomas Caudell), бывшему исследователем компании Boeing.
Дополненная реальность является частью смешанной реальности, суть которой в интеграции виртуальных объектов в реальный мир.
Носимые устройства дополненной реальности принято делить на конструкции с надеваемыми на голову мониторами и устройства, в которых изображение проецируется на сетчатку глаза пользователя. Смартфоны и планшеты, по понятным причинам, специализированными AR-устройствами считать не принято.
Хрестоматийными примерами работы технологий дополненной реальности являются демонстрация линии офсайда в футбольных матчах и электронные шлемы военных лётчиков, предоставляющие им информацию о состоянии борта и системах вооружения, а также данные с радаров.
AR-технологии активно используются разработчиками игр для Nintendo 3DS и PlayStation Vita.
В снаряжение пилота малозаметного истребителя-бомбардировщика F-35 Lightning II компании Lockheed Martin входит шлем дополненной реальности, позволяющий ему видеть окружающее пространство так, будто между ним и происходящим снаружи нет преграды в виде кабины.
В необходимый для создания устройства дополненной реальности набор комплектующих входят процессор, дисплей, камера и электроника, определяющая положение, такая как акселерометр, GPS и компас. Таким образом практически идеальным гаджетом для массового распространения AR-технологий стал современный сенсорный смартфон.
Дополненная реальность уже применяется в медицине, навигации, военных конфликтах, искусстве, дизайне, биологии, архитектуре, археологии, переводах, офисной работе и прочих видах человеческой деятельности.
ХРОНИКА
В 1997 году в мире впервые прошёл Международный семинар по дополненной реальности (International Workshop on Augmented Reality (IWAR).
В 1999 году в Японии впервые прошёл Международный семинар по смешанной реальности (International Symposium on Mixed Reality (ISMR).
В 2002 году за мероприятием закрепилось название «Международный семинар по смешанной и дополненной реальности» (International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR).
В 2012 году она состоялась в ноябре в городе Атланта, США.
7 февраля 2013 года в Москве прошёл круглый стол «Дополненная реальность» – перспективные ниши для инновационных разработок», организованный Высшей школой экономики и компанией РВК, запись которого вы можете посмотреть здесь.
В 2013 году ISMAR проходила с 1 по 4 октября в австралийском городе Аделаида. Официальный сайт мероприятия – http://ismar.vgtc.org/.
С 4 по 5 июня 2013 года в городе Санта-Клара, США, проходила конференция Augmented World Expo 2013. Официальный сайт AWE – http://augmentedworldexpo.com/.
10–11 октября 2013 года в Мюнхене прошла организованная компанией metaio международная конференция по дополненной реальности insideAR. Официальный сайт – http://www.metaio.com/ insidear/.
C 27 по 29 мая 2014 года в Санта-Кларе проходила ежегодная выставка Augmented World Expo. Адрес официального сайта мероприятия прежний – http://augmentedworldexpo.com/
8 июля 2014 года прошел токийский тур конференции insideAR 2014. Сайт:http://www.insidear2014.com/.
Мировой рынок дополненной реальности с образовательными, игровыми, автомобильными, медицинскими, рекламными, оборонительными и геолокационными приложениями вырастет до $5 155 920 миллионов к 2016 году.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
С. А. Степанюк «Использование технологии «дополненная реальность» в современном образовании» Лесосибирский педагогический институт – филиал ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», Россия.
[Электронный ресурс]. – Режим доступа к статье: http://www. ARNext.ru.
Smart Education, «Как использовать дополненную реальность в образовании и обучении персонала» http://www.smart-edu.com/ augmented-reality-inlearning.html.
Координационный Совет по Образовательным Технологиям электронного обученияhttp://portal.tpu.ru/eltpu/Smart-learning.
