Уже давно элементы виртуальной реальности используются в образовании. Это тексты, иллюстрации, кино, телевидение и т. д. Современная компьютерная техника кардинально изменила положение дел, объединив в едином комплексе зрительную и звуковую информацию, давая учащемуся возможность активно вмешиваться в ход действия, т. е. обеспечивая интерактивный режим работы.
Использование технологий виртуальной реальности в обучении позволит поднять уровень образования на качественно иной уровень, поскольку учебный эффект при изучении предмета с полным погружением очень высокий.
В мире созданы специальные научные лаборатории для изучения возможностей применения технологий виртуальной реальности в образовании. Создание виртуальных систем для образования является отдельным направлением в науке и в мире.
Виртуальные уроки в школе
В Санкт-Петербурге в 2004 году в ряде школ были опробованы технологии ВР для обучения географии. Интерактивный виртуальный урок проходит без привычных школьных звонков, парт, тетрадок и ручек. Войдя в комплекс, дети попадают в особую атмосферу кают-компании корабля будущего, совершающего путешествия во времени и пространстве. Можно перенестись в любую историческую эпоху, совершить путешествие по галактике, посетить с экскурсией любой город нашей планеты. Совершая уникальные путешествия по красивейшим городам планеты, дети сопровождаются виртуальным экскурсоводом, рассказывающим об истории создания городов, климатических условиях, о достопримечательностях. В ходе путешествия, дети выполняют различные практические работы, тестовые задания для запоминания только что пройденного материала.
Введение технологий ВР в образование повлечет за собой полное изменение в образовательной программе. Так например, только что описанный пример урока по географии, показывает что урок становится универсальным. Он сочетает в себе изучение географии, истории, обществознания, информатики.
Виртуальный планетарий
Изучение астрономии становится гораздо более увлекательным процессом, если обучающий погружается в космическое пространство с реалистичными трехмерными астрономическими объектами в среде виртуального планетария. Для создания иллюзии космического пространства может использоваться стереоскопическая проекционная система. Надевая виртуальный шлем, обучающие могут совершить путешествие в космосе с остановками и прогулками на различных планетах и спутниках.
Виртуальные музеи
Применение технологий виртуальной реальности расширяет границы познания культурного и исторического наследия мира. Для знакомства с произведениями искусства, историческими памятниками, памятниками архитектуры, живописью, графикой, скульптурой в виртуальной среде создаются виртуальные музеи. Виртуальный музей даст возможность увидеть любой экспонат коллекции в его натуральном, трехмерном виде, а также, в идеале, все тематически связанные с ним экспонаты и материалы.
Виртуальный музей может быть не просто копией существующего музея. В таком музее могут храниться все музеи мира.
Еще одно преимущество, дающее нам технологиями виртуальной реальности – это использование виртуального музея для организации виртуальных выставок. В условиях, когда нет достаточного места для выставления экспонатов, ограниченного бюджета или других причин, по которой невозможно представить перед публикой предметы искусства, в виртуальном музее можно спланировать и организовать любую абсолютно выставку всех времен и народов всего за несколько часов. Такое приложение для планирования выставок, размещения экспонатов, подбора условий освещенности было разработано во Фраунгоферовском институте медиакоммуникаций Др.Герардом Эйкелем. Это приложение представляет собой виртуальную копию музея искусств г. Бонна и снабжено широким набором средств выставочного дизайна.
Использование специализированных тренажеров в вузах
В последние годы особое значение в обучении приобрели тренажеры. Это связано с обострением проблемы подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов, обслуживающих современные производства, управляющих сложнейшими техническими устройствами (атомными электростанциями, сверхзвуковыми самолетами, космическими кораблями, высокоавтоматизированными металлургическими и химическими производствами), где высокая цена человеческой ошибки не допускает возможности поиска оптимальных способов управления этими устройствами путем случайных проб.
Если в первые годы возникновения тренажеростроения (60—70-е гг. XX в.) основные усилия были направлены на достижение физического сходства тренажера и моделируемого устройства или процесса, то в настоящее время акцент смещается в сторону обеспечения психологического подобия, т. е. соответствия психологических механизмов, формируемых с помощью тренажеров, тем механизмам, которые призваны обеспечить высококачественную и надежную профессиональную деятельность работника. Воссоздать такие условия могут виртуальные технологии, позволяющие максимально точно воспроизвести ощущение реальности обучаемого.
В настоящее время активно используются виртуальные системы обучения в авиации, в военных учреждениях, развиваются эти технологии и в медицине и т.п.
Другой пример использования тренажеров для обучения - испытание программного обеспечения для управления техники.
Такой тренажер – симулятор виртуальной реальности, например, был создан в Канадском университете McMaster University. Предназначен он для обучения студентов по специальности “разработка программного обеспечения и игровой дизайн”. Симулятор размером с небольшой автофургон вмещает 5 человек и оснащен внутренним широкоэкранным дисплеем и акустической системой. А мощное гидравлическое шасси способно передвигать кабину вместе с пассажирами, изображая ускорение до 0,6 g. При помощи этого устройства студенты смогут создавать реалистичные симуляции самолетов, автомобилей, космических кораблей, да и вообще практически любой движущейся техники.
Использование современных центров виртуальной реальности для подготовки специалистов сегодня широко применяется в высших учебных заведениях. Так например, для исследования геологической информации, проведения анализа, моделирования залежей нефти и газа необходима максимально реалистичная визуализация. Высокое качество интерпретации геологических данных и ее визуализации сильно влияет на скорость и верность выработки комплексных решений. Например, при планировании скважины для избежание ошибок, которые могут составлять несколько десятков миллионов долларов, использование виртуальных систем, дающих интуитивно понятное и объемное представление геологических данных, позволит оптимально спланировать траекторию скважины и уменьшить количество ошибок при бурении.
Студенты получают возможность воспринимать трехмерную информацию максимально реалистично, фактически ощущая себя внутри залежи полезных ископаемых, и соответственно, учиться максимально эффективно проектировать траектории скважин и весь проект разработки месторождения в целом.
Один из проектов в Центре приложений виртуальных технологий в штате Айова - создание трёхмерной среды, погружающей геологов внутрь породы, с возможностью просмотра разрезов и взаимодействия с компонентами скал.
Центр приложений виртуальных технологий создал самую мощную и совершенную в мире комнату виртуальных технологий под названием С-6. Комната представляет собой куб в 3 метра (внутренний размер помещения), все грани которого — стены, пол и потолок — представляют собой экраны, на которые в высоком раз-решении выводятся трехмерные стереоизображения с мощнейших компьютеров. Комнату со всех сторон окружают динамики. Система беспроводного “трекинга” человека внутри, положения его рук, ног, головы — ещё одна составляющая этой комнаты.
Этот проект нацелен на создание мультиспектральной виртуальной системы для изучения и решения таких геологических научных задач, как исследование природных богатств, предупреждение опасных геологических процессов, определение водоносных горизонтов.
В этом проекте в виртуальном окружении будут исследоваться осязательные, звуковые и визуальные каналы восприятия для моделирования трехмерных геологических объектов.
В этой же комнате С-6 студенты-биологи изучают сложные молекулы. Надев стерео очки они видят объемное изображение молекулы прямо перед собой. Визуализация трехмерной «живой» клетки позволяет студентам изнутри неё и в объёме увидеть происходящие в клетке процессы.
Топологический зоопарк
Такие области высшей математики, как дифференциальная геометрия и топология требуют визуального представления изучаемых объектов. Данное приложение демонстрирует в виртуальной реальности основные свойства элементарных топологически нетривиальных объектов, таких как лента Мебиуса, бутылка Клейна, поверхность Боя и др., и дает возможность их интерактивного исследования.
Дистанционное обучение
Современное производство требует довольно частой переквалификации кадров. Так, по прогнозам немецкого института занятости и профессий (как и по прогнозам в других странах большой восьмерки) - в 2010 г., по сравнению с 1995 г., доля занятых в сфере производства уменьшится с 30,7 до 24 процентов. И если сектор организации и обслуживания производства (продажи, делопроизводство) практически не претерпит изменений (вместо 43 он будет требовать 44,4 процентов занятых), то доля «вторичной организации» (исследовательская работа, образование и обучение, менеджмент и консультации) возрастет - с 26,3 до 31,6 процентов. Немецкие журналисты нашли удачную формулу для перевода сухого языка цифр в слоганы общественного сознания: “профессия у нас теперь не на всю жизнь”. Никто пока не собирается ставить под сомнение ценность классического образования (университетского, прежде всего), но даже обладатель диплома престижного университета должен быть готов не просто доучиваться, но и переучиваться, даже менять профессию. То же касается и рынка не высококвалифицированного труда.
Дистанционное обучение с помощью компьютера видится сегодня большинству специалистов оптимальным способом решения проблемы и обучения, и переквалификации в условиях современного производства. А использование технологий виртуальной реальности позволит сделать дистанционное образование действительно эффективным. Один из способов реализации такого подхода – это создание виртуальных студий. Виртуальная студия – это высокоинтегрированный мультимедийный комплекс реального времени на базе персонального компьютера, объединяющий аудио-видеоданные данные различной природы, включая «живое видео» (актера, экскурсовода, телеведущего), анимацию, виртуальную среду, текст, интерактивные средства для взаимодействия с виртуальной средой.
Виртуальная студия предполагает непосредственное взаимодействие или контакт лектора, а так же и обучаемого, с моделируемыми объектами и явлениями, способствуя их углубленному изучению за счет эффекта погружения в виртуальную среду. Это достигается совмещением реальных и виртуальных объектов с последующим представлением аудитории видеоматериалов образовательного или познавательного характера по каналам удаленного доступа, в том числе и телевизионного. Использование виртуальных студий повысит информативность обучения за счет использования наглядных трехмерных моделей, а наличие виртуального лектора повысит интерес к обучению.
