Введение. VR-технологии в данный момент времени получили очень широкое распространение среди IT-компаний как средства интерактивного сопровождения своих информационных продуктов. В том числе данная технология стала интересна в сфере образовательных услуг для повышения качества и наглядности учебных программ. Связано это с тем, что использование технологий виртуальной реальности открывает новые горизонты не только в области компьютерных игр, но и в таких отраслях как медицина, добыча полезных ископаемых, строительстве, образовании.
О том, насколько пользователи готовы использовать виртуальные технологии в своей деятельности говорят продажи VR-шлемов, имеющие интенсивный качественный рост за последние 3 года. По прогнозам аналитиков, к 2020 году рынок VR вырастет до 70 млрд. долларов [1].
Сфера технологий виртуальной реальности в настоящее время получила приоритет в сторону игровой индустрии, но данные технологии возможно применять практически во всех сферах человеческой деятельности.
В данной статье будет рассмотрено применение VR-технологий для обучения студентов ВУЗов. С образовательной целью выполняется моделирование виртуальных лаборатории, при использовании которых студенты получат практические навыки, при отсутствии реальных стендов для проведения лабораторных и практических работ по данной дисциплине, а используя только виртуальные модели.
Обозначим, чем же выгодно использование технологий виртуальной реальности в образовательных учреждениях:
- нет необходимости закупать дорогостоящие и громоздкие стенды;
- доступ к виртуальным лабораториям осуществляется из любого места, достаточно иметь VR-шлем и ПК;
- появляется возможность создания дополнительных образовательных программ;
- ВУЗ может использовать VR технологии для обучения людей с ограниченными возможностями.
Материалы и методы. Для полноценной разработки ПО адаптированного под VR необходимо выполнение ряда условий.
В первую очередь техническая часть. В качестве технического средства для моделирования VR-лаборатории необходимо наличие VR-шлема и высокопроизводительного ПК.
Рынок VR-шлемов, с учетом моделей для мобильного VR, насчитывает несколько десятков экземпляров. У каждого из них имеются свои преимущества и недостатки. Однако в рамках данного исследования для моделирования лаборатории для использования через ПК, поэтому круг данных устройств сужается. В качестве VR устройства возможно использовать такие технические средства как:
- HTC Vive ;
- Oculus Rift ;
- Razer OSVR.
В виду ряда положительных факторов, а именно наличие двух трекпадов, угол обзора свыше 110°, наличие 32 высокоточных сенсора обеспечивающих точное позиционирование пользователя в пространстве, а так же возможность помещения в один трекинг нескольких пользователей, был выбран шлем виртуальной реальности HTC Vive.
Рис. 1. Схема взаимодействия пользователя использующего HTC Vive
Выбор компьютера для данной цели исходя из минимальных системных требований UnrealEngine:
- Windows 7 64-bit или Mac OS X 10.9.2 или старше;
- Четырехядерный процессор Intel или AMD, 2.5 GHz или лучше;
- NVIDIA GeForce 470 GTX или AMD Radeon 6870 HD или лучше;
- 8 Гб ОЗУ [2].
Программная составляющая.
В настоящее время на рынке программного обеспечения существует две полноценные программные части, на которых возможна разработка виртуальной лаборатории. Это UnrealEngine 4 и Unity 3D.
Решение в пользу использования UnrealEngine 4 было выбрано в виду ряда преимуществ:
- полнофункциональная версия UnrealEngine бесплатна;
- открытый исходный код движка UnrealEngine 4, позволяющий при необходимости менять те или иные изменения конфигурации программного продукта;
- UnrealEngine имеет высокую степень визуализации, чем Unity 3D. В движке огромное количество всевозможных опций рендеринга, что в свою очередь позволяет достичь высокого качества разрабатываемого программного продукта;
- Использование Blueprint’s чертежей, позволяет быстро и легко реализовать сложную игровую логику, удобную в обращении, если вы начинающий программист;
- Общая интеграция с языком программирования C++ находится на очень высоком уровне. И это позволяет при случае просмотреть чертеж с точки зрения кода, что либо подправить в нем. Так же это облегчает взаимодействие разработчиков.
Рис. 2. Blueprint’s вUnreal Engine 4
Кроме того, применение данных систем позволяет обеспечить интегрирование в них моделей, созданных в других программных комплексах, таких как 3Ds MAX и AutoCAD. При этом использование системы AutoCAD позволить увеличить информативность и интерес к конструированию и моделированию инженерных объектом [6]
В рамках проекта было выполнено проектирование лабораторной работы по дисциплине «Основы аппаратного и программного обеспечения ПК», в ходе которого была создана модель материнской платы «Amptron AGP Pro» и системных плат.
Рис. 3. Реальный прототип материнской платы
Так же, используя систему моделирования Blender было выполнено моделирование виртуальной лаборатории по дисциплине «Физика», лабораторная работа «Получение и изучение вакуума», позволяющая выполнить манипулирование объектами исследования и моделировать конкретные технологические процессы.
Результаты. В результате реализации проекта была получена компьютерная модель материнской платы, позволяющая обеспечить манипулирование над собой и взаимодействие с иными объектами, интегрированными в моделируемую среду (рис. 4.).
Рис. 4. Материнская плата, смоделированная в среде Blender
Результатом моделирования лабораторной работы по физике стала виртуальная модель установки для проведения эксперимента по определению свойств перепада давления и создания вакуума.
Предварительное разряжение создается насосом, присоединенным к установке гибким вакуумным шлангом.
Рис. 5. Скриншот виртуального процесса проведения эксперимента а) начало эксперимента; б) финальная стадия эксперимента
Заключение и обсуждения. Таким образом, в результате реализации данного проекта возможно создание исправно функционирующей виртуальной лаборатории в необходимой дисциплине. Здесь практически все зависит от того, какая именно лаборатория вам необходима.
Использование приведенных выше аппаратного и программного обеспечений позволяет смоделировать VR лабораторию любой сложности: от лаборатории химических опытов, до тех, в которых используются дорогостоящие стенды, либо же их проведение в реальности может нанести какой- либо непоправимый ущерб.
Библиографический список
- Маркин С.Д., Ступина М.В. Текущее состояние отрасли виртуальной реальности и ближайшие перспективы её развития // Инновации в науке. 2016. №10 (59). С. 34-40.
- uengine.ru URL: https://uengine.ru/faq (дата обращения: 8.03.17).
- Гурьянов П. С. Совершенствование систем дистанционного обучения на основе внедрения технологий виртуальной реальности // Известия Самарского научного центра РАН, 2010. №5-2 С. 337–338.
- Ерохин С. В. Технологии виртуальной реальности как инструмент повышения эффективности решений в системе образования // Ценности и смыслы, 2012. №2 (18) С. 50–63.
- Иванов А.С. Виртуальная реальность и ее перспективы // Инновационные технологии: теория, инструменты, практика. 2014. №Том: 2. С. 225-227.
- Компьютерное проектирование в системе AutoCAD / Дорохов А.С., Катаев Ю.В., Краснящих К. А., Вялых Г. М. , Москва: Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А. Тимирязева , 2016. 80 с.