Віртуальна реальність в освіті

Популярний тренд віртуальної і доповненої реальності дійшов до освіти, викликавши у вчителів багато питань з приводу того, як можна використовувати ці технології в освітньому процесі. При цьому багато хто з викладачів, почувши про технології, так до сих пір і не бачили її в живу, через що міркування носять абстрактний характер, далекий від реально застосовної практики.

У цій статті ми розповімо про основні поняття і відмінності VR / AR, а також дамо відповідь на питання про необхідний бюджеті і варіантах застосування.

Для початку проведемо межу між поняттями віртуальної і доповненої реальності.

Пол Мілгром (Paul Milgram) і Фуміо Кісін (Fumio Kishino) в 1994 році описали доповнену реальність (augmented reality, AR) як якийсь простір між реальністю і віртуальністю. Технології доповненої реальності проектують будь-яку цифрову інформацію (зображення, відео, текст, графіки і т.д.) поверх екрану будь-яких пристроїв.

Якщо ви дивилися фільм «Залізна людина», то як раз все графічні показники, які відображалися на екрані шолома і відносяться до поняття доповненої реальності ( "augmented reality").

Віртуальна реальність (virtual reality, vr), на відміну від доповненої, повністю занурює людини в штучний світ, змодельований комп'ютерною графікою або ж програється за допомогою відео 360. Головною відмінністю від перегляду будь-якого іншого контенту є рух зображення після руху голови. Таким чином, будучи в віртуальному світі, ви можете озирнутися, подивитися на землю під вашими ногами, поглянути вгору, обернутися і так далі.

Самий знайомий усім приклад віртуального світу - це фільм «Матриця». Правда, на відміну від технологій в фільмі, ми ще не зробили крок за ту грань, коли віртуальну реальність можна сплутати з реальним світом.

До першої системі віртуальної реальності відносять прототип мультисенсорного симулятора «Сенсорама» (Sensorama), створений Мортоном Хейлігом (англ. Morton Heilig). Симулятор занурював користувачів за допомогою коротких фільмів, які супроводжувалися запахами, вітром (за допомогою фена) і шумом мегаполісу з аудіозаписи. Перший шолом віртуальної реальності був сконструйований в 1967 році Айвеном Сазерлендом (англ. Ivan Sutherland). Шолом Сазерленда дозволяв змінювати зображення після руху голови (зорова зворотний зв'язок). У 1970-х роках комп'ютерна графіка повністю замінила відеозйомку, до того використовувалася в симуляторах. Графіка була вкрай примітивною, однак важливим було те, що тренажери (це були симулятори польотів) працювали в режимі реального часу. Першою реалізацією віртуальної реальності вважається «кінокарті Аспена» (Aspen Movie Map), створена в Массачусетському технологічному інституті в 1977 році. Ця комп'ютерна програма симулювала прогулянку по місту Аспен, штат Колорадо, даючи можливість вибрати між різними способами відображення місцевості. Літній і зимовий варіанти були засновані на реальних фотографіях.

На сьогоднішній день технології віртуальної реальності зробили крок далеко вперед, ставши доступними для повсякденного використання за прийнятною ціною.

Головне питання, яке хвилює всіх ентузіастів від освіти, які вболівають за впровадження інновацій: який бюджет потрібен для придбання та використання віртуальної реальності?

Картонні окуляри віртуальної реальності

Самий бюджетний спосіб познайомити вчителів і учнів з віртуальною реальністю - використовувати картонні окуляри на основі креслень Google Cardboard, наприклад, окуляри віртуальної реальності VR CORP . Оптова вартість таких окулярів становить всього 200 рублів, а їх велика перевага - робота з будь-якими мобільними пристроями на Android і iOS, що мають гіроскоп і екран від 4,5 до 5,5 дюймів. Таким чином, використовуючи свій телефон, діти і вчителі можуть з легкістю отримати свій перший досвід у віртуальній реальності. Для цього досить зайти на телефоні в Google Play або App Store і забити в рядку пошуку дві літери «VR». Ви побачите тисячі додатків, які можете почати використовувати прямо зараз.

Наприклад, за допомогою програми Chemistry VR будь-який школяр чи доросла тепер може цілком безпечно випробувати різноманітні хімічні реакції і глибше зрозуміти хімію не в теорії, а на практиці.

Велика перевага картонних окулярів - це низька вартість, завдяки якій можна купити відразу безліч екземплярів і використовувати усіма, у кого є телефони з відповідними характеристиками.

Ціна: від 200 руб.

Доступність для масового використання: висока.

Складність процесу навчання розробці додатків: низька.

Окуляри віртуальної реальності Samsung Gear VR

Якісно кращий варіант занурення у віртуальну реальність - це окуляри віртуальної реальності Samsung Gear VR . Вони мають більш якісними лінзами і системою їх регулювання, що дозволяє налаштувати якість зображення під будь-який зір. Істотний їхній недолік - це робота тільки з телефонами Samsung S-серії. Це означає, що на додачу до самих очками за ціною 7990 руб. вам доведеться купити смартфон за ціною від 30 000 руб. І це буде тільки один комплект по ціні близько сорока тисяч рублів.

Велика перевага очок Samsung Gear VR - це більш якісні технічні характеристики і якісні додатки, доступні в магазині додатків Oculus і Samsung VR. Разом з окулярами Samsung Gear поставляється інтерактивний bleutooth-контролер, який робить взаємодію з навколишнім віртуальним світом більш зручним і цікавим.

Одне з приголомшливих додатків, з яких варто почати знайомство з окулярами Samsung Gear VR - це подорож по космічній станції.

Ціна: від 7990 руб. за очки і від 30 000 руб. за смартфон Samsung S-серії.

Доступність для масового використання: низька.

Складність процесу навчання розробці додатків: висока.

Окуляри віртуальної реальності Oculus Rift.

Компанія Oculus Rift - виробник шолом віртуальної реальності, який вперше знайшов широкий комерційний успіх. Саме з їх розробки пішов новий тренд по використанню віртуальної реальності в усьому світі.

Для роботи з окулярами Oculus вам буде потрібно комп'ютер з процесором Intel i5-4590 або AMD Ryzen 5 1500X, відеокарта NVIDIA GTX 1060 або AMD Radeon RX 480 і оперативна пам'ять від 8 Gb.

Окуляри Oculus Rift мають зручними контролерами для інтерактивної взаємодії з об'єктами в віртуальної реальності. Ви можете брати віртуальні об'єкти, кидати їх, включати або відключати і так далі. Крім того, в комплекті з окулярами йдуть два датчика, що відстежують переміщення гравця, завдяки чому користувач може ходити одночасно в реальному і віртуальному світі.

Ранній старт компанії Oculus на ринку привів до негативного впливу на її репутацію. Незручне для розробників програмного забезпечення SDK і якісне низькі показники, що призводять до таких ефектів, як, наприклад, запаморочення і нудота, підірвали довіру до компанії і дали шанс для її конкурента - компанії HTC.

Ціна: від 40 000 руб. за очки і від 60 000 руб. за високопродуктивний ПК для роботи з ними.

Доступність для масового використання: низька.

Складність процесу навчання розробці додатків: середня.

Окуляри віртуальної реальності HTC Vive.

Окуляри компанії HTC Vive багато в чому схожі за характеристиками і можливостям з окулярами Oculus Rift. Виняток становить форма інтерактивних контролерів і ціна на пристрій.

Офіційні вимоги до мінімальної конфігурації комп'ютера для роботи з HTC Vive: відеокарта NVIDIA GeForce GTX 970, AMD Radeon R9 290, процесор Intel Core i5-4590 / AMD FX 8350 оперативна пам'ять 4 ГБ або більше.

За відгуками користувачів відміну двох шоломів Oculus Rift і HTC Vive в тому, що останній по відчуттях більш зручно сидить на обличчі. А з власного досвіду розробки ми можемо сказати, що за кількістю помилок і зручності у використанні SDK перевага однозначно за HTC Vive.

Таким чином, якщо ви плануєте використовувати окуляри віртуальної реальності не тільки для демонстрації додатків, але і для навчання дітей їх розробці, то ми рекомендуємо саме HTC Vive.

Додатки для окулярів віртуальної реальності HTC Vive і Oculus Rift доступні в магазині ігор Steam.

Ціна: від: 49 000 руб. за очки і від 60 000 руб. за високопродуктивний ПК для роботи з ними.

Доступність для масового використання: низька.

Складність процесу навчання розробці додатків: низька.

Використання VR-додатків для демонстрації досліджуваного матеріалу.

Першим очевидним варіантом застосування VR-технологій в освітньому процесі є використання додатків, що дозволяють глибше зрозуміти досліджуваний матеріал. Ми в компанії VRCORP часто приїжджаємо на уроці до дітей, щоб продемонструвати нову технологію. Першокласники на уроках по навколишнього світу в захваті від того, що можуть не тільки почути про динозаврів або прочитати картинки, а й подивитися на одного з них в живу.

Для прикладу нижче відео з програми The Body VR, що дозволяє зануритися в глибини людського тіла і наочно спостерігати за роботою мікроорганізмів. Ця програма дуже зручно використовувати, наприклад, на уроках біології. Поки вчитель розповідає матеріал, діти по черзі можуть одягати шолом віртуальної реальності і бачити на власні очі всі ці процеси.

Використання технологій віртуальної реальності зручно саме тим, що дозволяє показати речі, недоступні при звичайному освіті: полетіти в космос, відвідати іншу країну, набути досвіду роботи зі складним обладнанням, провести небезпечну хімічну реакцію і так далі.

Для старту вам потрібен всього лише один з варіантів обладнання віртуальної реальності, описаний вище.

спеціалізоване навчання

VR - це технологія майбутнього і ця галузь вже сьогодні активно шукає фахівців, здатних створювати пристрої, розробляти логіку і механіку VR-додатків, моделювати оточення і в цілому проектувати VR-рішення для різних завдань.

Одним з відповідей освіти на цей запит є навчання таких фахівців. При цьому найчастіше від співробітників освіти питання ставиться неправильно. Припускаючи, що існує деякий конструктор на зразок Lego, за допомогою якого можна швидко створити VR-додаток, вони активно шукають таке рішення для використання. Насправді все трохи інакше.

Існують два спеціалізованих редактора Unity 3D і Unreal Engine, які пропонують широкі можливості по розробці не тільки додатків віртуальної або доповненої реальності, але і по розробці ігрових додатків в принципі. Обидва редактора безкоштовні, але у Unity 3D ширший арсенал безкоштовних інструментів, який ви можете почати відразу використовувати і безліч матеріалів, доступних для навчання, тому початківці фахівці, як правило, використовують саме його для цілей розробки.

Щоб створити VR / AR-додаток за допомогою такого редактора вам буде потрібно не більше 10 кроків. Однак, що буде містити це додатки? Якщо ви хочете, щоб, наприклад, ви наділи окуляри віртуальної реальності і побачили білу кульку на білому тлі, то це цілком вміститься в 10 кроків. Але, як правило, амбіції творця і співробітників освіти набагато вище. Адже всім хочеться продемонструвати на черговому межшкольном заході щось приголомшливе, чи не так?

А для цього вам будуть потрібні текстури та 3D-моделі оточення (будинки, дерева, машини, космос, планети і т.д.), персонажів (люди, тварини, інопланетяни і т.д.). При цьому вам хотілося б, щоб це все рухалося, жило, розмовляло (штучний інтелект, звукорежисура, анімація). Далі необхідно правильно виставити камеру і світло (художник по оточенню). І, звичайно ж, ви б хотіли, щоб з усім цим можна було взаємодіяти (скрипти управління).

Таким чином, VR-додаток - це результат творчості цілої плеяди фахівців: художника, 3D-моделер, аніматора, програміста, левел-дизайнера, звукорежисера і т.д. Тепер ви розумієте, чому питання: «Давайте навчимо дітей створювати VR / AR-програми!» Є спочатку неправильним в своїй постановці?

VR-додаток - це результат творчості цілої плеяди фахівців: художника, 3D-моделер, аніматора, програміста, левел-дизайнера, звукорежисера і т.д. Тепер ви розумієте, чому питання: «Давайте навчимо дітей створювати VR / AR-програми!» Є спочатку неправильним в своїй постановці?

Знову ж правильним підходом буде навчання використанню можливостей редактора Unity 3D або Unreal Engine з вивченням мови розробки (C # у випадку з Unity 3D і C ++ в разі Unreal Engine). У процесі такого навчання дитина на 50% буде вчитися векторної геометрії і програмуванню, на 30% буде вивчати моделювання і анімацію, і лише 20% з цього - це використання можливостей щодо адаптації таких додатків під віртуальну або доповнену реальність. При цьому за підсумками навчання дитина зможе створювати різноманітний спектр додатків під різні платформи: від ігор до архітектурний моделей і симуляцій процесів.

Таким чином, завдання набагато ширше і цікавіше, ніж її собі спочатку представляють багато педагогів.

При цьому варто звернути увагу, що у нас фактично немає центрів сертифікації Unity-розробників, а попит на їхні послуги постійно зростає. Тому освітній заклад, який запустить у себе такий курс навчання і відкриє на своїй базі центр сертифікації - стане провідним з підготовки актуальних фахівців не тільки в своєму місті, а й в цілому регіоні.

Навчання загальних предметів через розробку VR / AR додатків

Ще один цікавий аспект, який варто згадати з приводу навчання VR / AR-розробці - це інтеграція процесу навчання. Наприклад, при розробці симуляції польоту ракети в космос від першої особи в віртуальної реальності, ми з учнями середньої школи наочно на практиці вивчаємо поняття векторів, кватернионов, кутів Ейлера, фізичні формули постійного прискорення, першої та другої космічної швидкості і так далі. Таким чином, в розробці корисно ставити навчальні завдання, зв'язані зі шкільними предметами (фізика, математика, географія і так далі), щоб в процесі учні відразу вивчали і закріплювали набуті знання.

Інтеграція технологій віртуальної реальності в освітній процес - завдання не з легких. Якщо у вас залишилися питання, і ви хочете дізнатися більше - телефонуйте нам по телефону +7 913 918 6558. Ми можемо допомогти вам підібрати необхідну апаратну платформу віртуальної реальності, розробити додаток віртуальної або доповненої реальності для ваших навчальних завдань, а також поділитися своїм досвідом навчання дітей і дорослих по курсу розробки додатків на платформі Unity 3D.