WEB-ресурс научно-практических конференций

К.т.н. Нелюбов В.А., Дубив А.В., Куруца А.С.

Закарпатский государственный университет, г. Ужгород

Использование виртуальных трёхмерных миров в образовании

Среди информации, которая представляется как учебный материал, имеется большое количество данных, которые плохо понятны в рамках иллюстрированного текста, например, сложные машины и механизмы, архитектурные сооружения и т.п. Объяснение устройства и принципа действия таких объектов производится демонстрацией последовательности плоских изображений с поясняющим текстом. При этом учащийся должен обладать развитым воображением, чтобы из отдельных изображений сформировать в своём сознании объект в целом. Очевидным способом улучшения восприятия таких объектов является увеличение количества изображений, что в конечном счете стремится к видео- либо анимационному фильму. Однако такое представление информации обладает тем существенным недостатком, что учащемуся навязывается точка зрения (в буквальном смысле) преподавателя. Учащийся видит только то и только в той последовательности, что ему показывают в фильме. Он лишен инициативы по изучению объекта, кроме как сделать стоп-кадр либо просмотреть фильм ещё раз. Другим недостатком фильмов является их большой объём, что может стать препятствием при распространении учебных материалов по Интернет.

Проблема может быть решена за счёт создания трёхмерных аналогов реальных объектов, которые учащийся мог бы рассматривать с любых точек зрения и перемещаться по объекту в любом направлении. Это позволит превратить учащегося из пассивного наблюдателя в активного исследователя, что, безусловно, скажется на качестве усвоения сложного материала.

Для этих целей может быть использована широко известная VRML-технология (http://www.vrml.org) [1], которая представляет собой универсальный формат обмена данными для интеграции трехмерной графики и мультимедиа. Он способен представлять 3D-объекты, обладающие гиперсвязями с другими объектами, такими, как текст, звуки, видео и т.п. Наиболее важной характеристикой виртуальных миров есть возможность интерактивного взаимодействия и управления ими. Поэтому технологии подобные VRML являются перспективными при создании учебных материалов для изучения сложных объектов [2].

На сегодня существует широкая инструментальная база для создания и просмотра виртуальных миров: Internet Space Builder - конструктор виртуальных миров, Internet Scene Assembler - позволяет собирать сцены из уже существующих объектов, задавать им местоположение, создавать анимацию для них, строить сложные схемы взаимодействия объектов. Однако наиболее простым и эффективным является создание виртуальных миров в программе 3D Studio MAX с последующим конвертированием в VRML формат. Просмотр виртуальных миров в формате VRML возможен в любом браузере с использованием специальных плагинов ( Cortona3D Viewer , Octaga Player ).

Использование VRML-миров в обучении рассмотрим на примерах, которые разработаны нами и найдены в Интернет. Прежде всего, предлагаем познакомиться с виртуальной моделью нашего университета (рис. 1). Можно пройтись между корпусами и по гиперссылке получить справку о каждом факультете. Сейчас ведётся создание моделей внутренних помещений. Можно будет познакомиться с библиотекой, лабораториями и компьютерными классами и многим другим. Это пример ?классического? использования VRML-миров для изучения объектов, который строится по принципу игры ?бродилки?. Здесь в основном требуется перемещение между объектами и осмотр объектов извне.

Для изучения многих объектов этого достаточно. В сети размещено большое количество виртуальных моделей: городов, памятников архитектуры и т.п. Включение в виртуальные миры звуков и движущихся объектов, например, транспорта усиливает впечатление реальности. Важным здесь является возможность изучения потенциально опасных объектов, например, атомных и тепловых электростанций, предприятий производства токсичных веществ или предприятий, требующих особого режима производства т.п.

Ещё большее значение приобретает возможность проникновения внутрь технических объектов при их изучении. На рис. 2 представлена модель осветлителя воды, который можно не только рассматривать со всех сторон, но и изучать, что называется, изнутри. На рис. 3 представлена разработанная нами виртуальная модель лабораторной насосной установки, которую можно изучать аналогичным образом.

В процессе обучения важным может быть не только изучение каких-либо сложных объектов, но и приобретение навыков работы с ними. С этой целью всё шире используются виртуальные тренажёры, которые позволяют процесс обучения сделать значительно менее затратным и безопасным. Технология VRML позволяет создавать виртуальные тренажёры с характеристиками, адекватными реальным объектам. На рис. 4 представлен виртуальный тренажёр для обучения управлению экскаватором. Он содержит рычаги управления, перемещая которые можно имитировать работу экскаватора, причём за работой машины можно наблюдать как со стороны, так и из кабины.

Можно было бы привести ещё много примеров использования технологии VRML для изучения сложных объектов, но надеемся, что и так понятны её практически неограниченные возможности. Однако целесообразно отметить и недостатки технологии VRML. Прежде всего, это пока недостаточно высокий уровень графики: объекты особенно с плавными формами выглядят угловато, лучшего желают и текстуры. Конечно, в образовательных целях иногда следует даже пренебречь подробными деталями создаваемой модели: бывает важнее изобразить реальный объект схематично, чтобы устранить несущественные подробности. И все же качество графики существенно влияет на реалистичность виртуального мира. Возможности VRML оставались прежними, тогда как возможности трёхмерной компьютерной графики, работающей в реальном времени росли. Большие надежды возлагаются на стандарт X3D, который был специально задуман в качестве замены VRML. Хотя последний ещё продолжает использоваться, Х3D находится в стадии активной разработки и в целом обещает предоставить нам новый уровень графики и интерактивности в 3D мирах.

Таким образом, использование передовых мультимедиа технологий и виртуальной реальности при моделировании различных процессов представляется очень перспективным направлением, а возможности применения их в образовательном процессе трудно переоценить.

Литература:

1. Эд Титтел, Клэр Сандерсон, Чарли Скотт. Создание VRML-миров: Пер. с англ. – К . : Издательская группа BHV, 1997.

2. Авраамова О.Д. Язык VRML. Практическое руководство. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000. - 288 с.