Использование технологий виртуальной реальности в образовании

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВО «БГУ»)

Кафедра Социологии и психологии

Направление подготовки 

37.03.01 Психология

ПРОЕКТ МЕТОДИЧЕСКОЙ РАЗРАБОТКИ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«социальная психология»

на тему: «Использование технологий виртуальной реальности в образовании»

Исполнитель: студентка группы ПСД-21-1

Черемисина Я.К.

Руководитель: канд. психол. н., доцент кафедры социологии и психологии Воронцова Е. Г.

 

Иркутск, 2022 г. 

Проект методической разработки практического занятия по дисциплине «Педагогическая психологии»

 Тема: «Использование технологий виртуальной реальности в образовании»

Цель: ознакомить студентов с технологиями VR и раскрыть их возможности в образовательном процессе.

          Задачи: 

1. Раскрыть вопросы:

— виртуальная реальность: история и её характеристики.

— влияние технологий виртуальной реальности на образовательный процесс.

— раскрыть технологии и программы виртуальной реальности в образовательном процессе. Психологический контекст влияния виртуальной реальности на школьника.

          Оборудование и материалы: компьютер, звуковая установка, проектор. 

         Актуальность: тема VR обусловлена стремительным развитием информационных технологий, которые затрагивают все сферы общественной и личной жизни. Известно, что большинство людей не могут представить жизнь без компьютеров, мобильных телефонов и, конечно же, без интернета. Поэтому тема виртуальная реальность в образовании на сегодняшний день является актуальной.

Кличество часов: 1,5 часа.

Тип занятия: лекция визуализация с элементами интерактивных технологий.

№	Основные моменты	Излагаемая информация	Время, мин.
1.	Вступление.	Приветствие. Проверка отсутствующих. Постановка темы, цели, основных задач.	5-10 минут.
2.	Составление плана.	Формулирование проблемы; основные понятия и суть изучаемого вопроса.	40-45 минут.
3.	Закрепление полученной информации.	Вопрос-ответ, экспресс-опрос, при этом отвечает как преподаватель, так и учащиеся. Проводится разбор ошибок.	10-15 минут.
4.	Подведение итогов.	Сопоставление результатов лекции с установленной целью и намеченными задачами. Оценивание работы студентов.	5-10 минут.
5.	Анонс следующего занятия, задание на дом.	Задания для самостоятельной работы, определение способа их выполнения.	10 минут.

Введение

В современном мире уже совсем не ново слышать о технологии VR, они уже не удивляют, как это было несколько лет тому назад, да и предназначение этого гаджета в современных реалиях явно переступило черту игрушки для развлечений и получения ярких эмоций. Так почему не воспользоваться этой технологией в образовательном процессе, ведь столько ресурсов можно заменить одним прибором. Изучая эту тему в начале 2000-х годов была успешно реализована первая в истории попытка внедрить VR в образование детей. Все началось с 86 сельских школ США, для которых специалистами Университета штата Айова и Iowa Public TV была создана VR-платформа с несколькими виртуальными локациями. Посещать их могли около двух тысяч школьников в сопровождении виртуального инструктора, находящегося в центре VR-университета.

В 2013 году в США был реализован еще один проект − VR-курс по направлению STEM (наука, технологии, инженерия, математика). В рамках его сюжетов ученики при помощи симуляции реального мира получили возможность знакомиться с принципами работы атомной станции и, применяя знания из курса физики и химии, моделировать ее функционал.

В России в нескольких частных школах первое оборудование для VR появилось в 2016 – 2017 годах, а уже в 2019 году в нашей стране был запущен целый ряд крупных образовательных федеральных программ по внедрению VR-технологий в обучение. Шлемы виртуальной реальности в рамках федерального проекта «Современная школа» начали появляться в сельских образовательных организациях (закупки оборудования ведутся для центров «Точка роста»), а в десятках «Кванториумов» по всей стране с 2020 года дети и подростки начали осваивать объемную визуализацию и работать с виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальностями. В общем и целом за неполные два года VR-шлемами было оснащено две тысяч школ, а к 2024-му году в рамках реализации проекта «Цифровая школа» их количество планируется увеличить до 16 тысяч.

Вопрос 1. Виртуальная реальность: история и её характеристики

Если посмотреть в разных источниках, можно узнать, что «виртуальная реальность» начинала свой путь с 1837 года. В этот период был создан первый стереоскоп, он то и стал прародителем всех стереоскопических очков, это устройство разработал Чарльз Уинстон. Принцип его работы до боли примитивен: во внутрь помещаются два одинаковых плоских изображения под разными углами, в результате чего мозг воспринимает это как объемную картинку.

 Следующим более продвинутым предок современных VR очков была Sensorama, машина была похожа на медицинский аппарат для исследования глазного дна, на самом деле за непримечательной внешностью скрывался дин из самых первых в мире 3D-дисплеев. Разработал «сенсораму» Мортон Хейлиг в 1956 году и функция данной машины — просмотр видео. Так что фактически развитие виртуальной реальности началось с 50-х годов прошлого столетия.  В основном устройство использовалось парками развлечений, так как позволяло испытать опыт погружения в виртуальный мир, например ощутить себя на месте байкера, мчащегося по ночному Нью-Йорку, либо побыть «в шкуре» героя фильма. Такое кино, кстати, уже тогда производилось компаниями эксклюзивно для «сенсорамы». Кроме возможности проекции стереоскопического видео, устройство имело стереозвук, автономный электрогенератор, генератор запахов и даже посадочное место, которое могло вибрировать в соответствии с происходящим на «экране».

В 1961 году инженерами компании Philco, было разработано новое устройство и оно стало первым массовым продуктом в сфере VR – Headsight с немецкого переводится, как обзор в лоб. Шлем являлся первой стереоскопической гарнитурой, или как тогда было принято называть подобные гаджеты — первым «головным дисплеем» (HMD).

Разработка быстро привлекла интерес со стороны медиа-компаний и охранных предприятий. Благодаря установленной в нужном месте камере, находящийся в шлеме оператор мог наблюдать за происходящим вокруг неё. А благодаря наличию магнитной системы слежения, шлем передавал на камеру данные о движении головы, и она изменяла ракурс обзора в соответствии с поворотом головы. Таким образом, военные журналисты могли наблюдать за происходящим в горячих точках, что называется «вокруг себя», без малейшей угрозы для собственного здоровья.

Также хочу упомянуть, что создатель «Сенсорамы» Мортон Хейлиг, не ограничился одним лишь устройством и спустя 4 года, то есть в 1960 году занялся разработкой собственной VR-гарнитуры. К сожалению, из-за потери доверия и интереса со стороны инвесторов аппарат не успел попасть в продажу, но, к счастью, был запатентован. Из чертежей следует, что в гарнитуре было предусмотрено использование линз с углом обзора 140 градусов, стереонаушники и даже специальное сопло для имитации ветра и имитации запахов, по аналогии с Sensorama.

Система «Sword of Damocles» или по русски — «Дамоклов меч», была разработана сотрудниками Линкольновской лаборатории Массачусетского технологического университета. Гаджет имел отличительную черту: разработчики научили устройство, кроме возможности транслирования стереоскопического изображения и функции отслеживания перемещения в пространстве, еще и наложению компьютерной графики на вид реального мира. То есть фактически это первый шлем семейства дополненной реальности. Для тех, кто возможно не знает отличий в этих технологиях, объясню: VR (виртуальная реальность) — это полное погружение человека в окружение, смоделированное компьютером, а AR (дополненная реальность) — это технология сочетания объектов виртуального мира с реальным. Также есть еще такой термин MR (Mixed Reality). Суть этой технологии состоит в привнесении виртуальных объектов в реальный мир, где виртуальный объект будет невозможно отличить от реального. Чуть позже об MR-устройствах мы поговорим в этой статье. Вернемся к «Sword of Damocles». Подобная реализация проекции 3D-объектов на линзы осуществлялась с помощью специальной программы на компьютере. В ней хранились множество двумерных картинок 3D-объекта с разных ракурсов. Они демонстрировались зрителю в определенной последовательности исходя из положения головы. Как и большинство подобных устройств, первая версия очков являлась громоздкой и не давала возможности свободно передвигаться по комнате.

Вторая же версия стала намного компактнее и легче, так как в качестве сенсоров для отслеживания движений стали использоваться ультразвуковые датчики вместо магнитных.

Eye Tap. Разработчиком этих очков, да и пожалуй прародителем всей носимой электроники можно считать канадского учёного и инженера в области компьютерных технологий Стива Мэнна. Еще будучи учеником школы, юному Стиву удалось собрать свой первый переносной компьютер для работы со съемочной техникой, работавший на базе процессора MOS Technology 6502. Всю эту систему удалось разместить лишь в одном рюкзаке на металлической раме.

RB2, контроллеры First VR. Первое устройство, позволяющее взаимодействовать с виртуальным миром, было представлено в 1984 году. Благодаря наличию специальных перчаток, выступающих в роли контроллера, игроки вдвоем могли полностью погрузиться в искусственную реальность. Помимо наблюдения, они могли непосредственно напрямую взаимодействовать с компьютерными объектами — перемещать, крутить и переворачивать их, в общем делать практически все что угодно с происходящим на дисплее VR-гарнитуры EyePhone. К сожалению, девайс не обрел должной популярности из-за своей стоимости, цена полного комплекта со всеми контроллерами составляла $100 тыс. Также был и относительно бюджетный вариант за $50.

Спустя год при поддержке NASA был выпущен VR-шлем, который по характеристикам мало чем уступает даже современным устройствам, а тогда ему вообще не было равных. В первую очередь, разработанный девайс предназначался для научных целей, так как благодаря нему можно было визуально исследовать поверхности планет и прочих космических тел.

Дисплей устройства был жидкокристаллическим и имел диоптрии с широким углом обзора, благодаря чему находящийся в нем человек испытывал уникальный опыт присутствия в виртуальном мире.

Virtuality одна из самых первых систем VR для игр была представлена миру на выставке Computer Graphics в 1990 году Джонатаном Валдерном. Первая вариация (их было две) представляла собой привычный шлем с двумя LCD-дисплеями с разрешением 276×372 на каждый глаз.

Второй вариант — это буквально целый настоящий аркадный автомат, в котором игрок с помощью руля мог взаимодействовать с виртуальным гоночным болидом, и это было впечатляюще. Несмотря на определенный успех и известность Virtuality, её продажи не были впечатляющими. За все время существования системы на рынке было продано чуть больше 50 тыс. экземпляров.

Касательно игр, самыми популярными тайтлами были шутер Dactyl Nightmare и аэро-симулятор VTOL.

В 1992 году студентами Иллионийского университета был представлен прототип комнаты, стены которой служили отражающими экранами для проецировавшихся на них стереоизображений. Для возможности ощутить эффект присутствия в виртуальной реальности было необходимо надеть специальные очки со стереоскопом. Как и было положено, система имела контроллер для взаимодействия с VR-объектами и технологию отслеживания рук и головы пользователя.

Системы CAVE используются некоторыми компаниями и по сей день. В основном, эти направления связаны с дизайном, обучением и тестами эргономики. В отличии от VR–очков, комнаты виртуальной реальности дают максимально качественное погружение в цифровой мир. В общем-то, они и являются более серьезными и профессиональными решениями в этой индустрии.

Преимуществами систем CAVE над очками (HMD) являются более высокое качество изображения, широкий угол обзора, низкая задержка при трекинге, возможность видеть свое тело и, как следствие, отсутствие возможной потери координации и укачивания.

Но при всех своих достоинствах подобные системы нельзя назвать домашними, так как они требуют крупного капиталовложения (стоимость подобных систем может достигать нескольких десятков тысяч евро) за специфическую VR-периферию для трекинга. Да и еще им нужна специально отведенная крупная площадь для размещения всего оборудования, почему для домашнего использования оптимальным вариантом для исследования цифровых пространств являются шлемы VR.

В 1993 году известная многим компания SEGA на выставке CES (Consumer Electronics Show) анонсировала свое видение VR-гарнитуры. Прототип устройства имел встроенные стереодинамики, два LCD экрана и обещанную стоимость в 200 долларов.

Nintendo, ровно как и Sega, решила не оставаться в стороне и выпустили 32-битную консоль — Nintendo Virtual Boy. Изначально предполагалось, что гарнитура получит возможность трекинга движения головы, стереозвук, но к сожалению, до релиза все эти функции не дошли и на полках магазинов оказалась VR-консоль, имеющая монохромный экран, отображающий только градации красного. Из-за него пользователями нередко была отмечена быстрая утомляемость глаз и приступы рвоты.

Название VirtuSphere говорит само за себя. Сфера диаметром три метра предназначалась для игры в очках виртуальной реальности. Закрывшись в ней, игрок мог свободно передвигаться, благодаря тому, что сама сфера находилась на специальной платформе с колесикам. Это позволяло ей крутиться во все стороны.

Такой уровень погружения в цифровой мир произвел впечатление на инвесторов, но, к сожалению, как и большинство подобных устройств, VirtuSphere не сыскал должной отдачи и не получил должного уровня финансирования. Создатели успели вовремя продать несколько последних экземпляров своей наработки музеям и военным базам, из-за чего все-таки смогли не уйти в минус.

Следом было представлено еще несколько проектов от разных компаний, но все как один являлись убыточными, а все внимание разработчиков и потребителей было переключено на набирающую популярность сеть Интернет. Почему в сфере технологий виртуальной и дополненной реальности наступил период затишья до 2012 года.

В 2015 году Facebook купила компанию Палмера Лаки за $2 млрд, что лишь обеспечило Oculus будущее и материальную свободу в развитии фирменного аппаратно-программного комплекса и подтвердило важность технологий VR в будущем.

  

Позже свои варианты VR-очков были представлены такими компаниями как Lenovo, HTC и Sony для фирменной консоли Playstation. Теперь давайте немного поговорим о гарнитурах дополненной и смешанной реальности.

Незадолго до Microsoft, в феврале 2013 года, Google представила собственные очки дополненной реальности. По информации от инженеров, тестирование очков началось за год до релиза, а разработка выходит и того раньше.

Управление устройством осуществлялось с помощью голосовых команд, либо с помощью сенсорной панели, размещенной на правой дужке очков. Первые версии девайса имели на борту двухъядерный процессор Cortex A9 с частотой 1,2 ГГц производства Texas Instruments, 2 ГБ оперативной памяти, Wi-Fi, Bluetooth и GPS-приемник, акселерометр, блок постоянной памяти 16 ГБ, камеру на 5 мегапикселей, а еще дисплей-проектор с разрешением 640×360 пикселей и даже аккумулятор, обеспечивающий целый день автономной работы в умеренном использовании.

В отличии от Hololens, дисплей Glass занимал лишь верхнюю правую часть, а функционально очки могли показывать только уведомления и карточки Google Now, получение которых можно было настроить в приложении-клиенте для очков на смартфоне, либо через веб-сервис. Устройство не имело датчика глубины, поэтому не могло сканировать пространство вокруг пользователя, и как следствие, не могло размещать цифровые объекты в реальном мире. В этом и есть отличие очков дополненной от смешанной реальности, так как Glass не могли использовать окружение в качестве рабочего пространства, в отличии от Hololens.

Позже была представлена обновленная модель очков, с удвоенным объемом оперативной памяти и фирменным магазином приложений.

В 2015 году компания объявила о заморозке производства очков, а также о выходе разработки проекта из стен лаборатории Google X.

Одним из самых первых, успешных шлемов смешанной реальности можно считать Microsoft Hololens, представленный прессе в январе 2015 года.

Технологией, предшествующей созданию устройства, является Kinect, выпущенный для консоли Xbox 360. Поэтому среди всей команды разработчиков HoloLens огромное множество тех, кто раньше занимался Xbox и Kinect. Первая партия устройств поступила в продажу 16 марта 2016 года для разработчиков эксклюзивно для США и Канады с ценником в $3 тыс. В силу того, что продукт не являлся массовым, компания отказалась от услуг вендоров и занималась их производством самостоятельно, на личной фабрике в США. Позже появилась возможность покупки в Великобритании, Франции, Новой Зеландии, Австралии и Германии.

Вопрос 2. Влияние технологий виртуальной реальности на образовательный процесс

Смотря на это, можно сделать вывод, что привычным нам очкам пришлось пройти очень долгой путь, чтоб предстать перед нами в своем нынешнем состоянии, но разумеется это не предел и они еще будут долго развиваться и видоизменяться, но что касается образования и использования этой программы в образовательных учреждениях?

Использование виртуальной реальности в школе открывает перед педагогами огромное количество возможностей: «проникать» вместе с учениками в микро- и макромиры, безопасно проводить рискованные физические эксперименты, ускорять и замедлять химические реакции и биологические процессы, перемещаться во времени и наблюдать исторические события глазами очевидцев. А кроме того, VR расширяет границы всех видов коммуникаций, позволяя приглашать на урок в виртуальным мир ученых, педагогов, сверстников своих учеников из любого города или страны.

Самое простое, для чего учитель может использовать оборудование виртуальной реальности в классе − это просмотр с учениками видео 360°, когда ученик, надев шлем, отправляется в качестве зрителя в мир учебного предмета. Например, если на уроке географии речь зашла о Мачу-Пикчу, дети могут «оказаться» в Перу, а изучая на уроках физики законы Теслы, переместиться в мастерскую физика и стать свидетелями его открытий.

Интересное решение для школ предложил Google, назвав образовательный продукт Expeditions. Для его установки достаточно скачать Google Play приложение Cardboard, и несколько учеников в виртуальной реальности, использующих одну сеть Wi-Fi, могут вместе отправиться в «экспедицию», причем один из них   может выступить в роли проводника к Великой китайской стене, Букингемскому дворцу, МКС и Юпитеру – всего представлено более 500 образовательных экскурсий.

Уже разработаны готовые уроки с использованием таких видео, например, в комплекте с набором для виртуальной реальности ClassVR. Вот как это работает. Учитель загружает в гарнитуру «список воспроизведения» событий, относящихся к преподаваемому уроку, и ученик может взаимодействовать с ними посредством контроллеров. На передней панели ClassVR есть 8-мегапиксельная камера, которая позволяет им выбирать элементы, держа руку перед гарнитурой. Надев ее, ребенок получит доступ к различным действиям в виртуальной реальности. Также есть режим, который позволяет видеть класс и не врезаться в окружающие предметы. Однако ClassVR разработан для использования за партой, а не для перемещения по классу.

Другим примером может служить ПО для обучения от компании Nearpod, которая использует виртуальную реальность для добавления контекста к урокам, с «виртуальными полевыми» поездками, которые перемежаются викторинами, мероприятиями и слайдами, показывающими информацию по предмету. Например, в модуле «Банджи-джампинг» ученик получает 360-градусный вид на вершину башни для прыжков с банджи, прежде чем его попросят нарисовать диаграмму, подробно описывающую действие закона Ньютона в этой ситуации и действие этих законов на тарзанку, если бы инопланетная сила внезапно устранила гравитацию. Nearpod предлагает, к примеру, еще одно очень интересное ПО «Эпидемия», где ученики в виртуальной реальности, а значит совершенно безопасно, могут исследовать распространение гриппа и знакомиться с трехмерной моделью самого вируса.

Включается видеоматериал с историей виртуальной реальности.

Программы и оборудование

Образовательный VR-контент сейчас можно найти в самых разных источниках, например:

1. В каталогах App Store, Google Play или Steam. В данных сервисах находится несколько десятков самых разнообразных приложений, направленных на обучение и получение новых навыков;
2. На «Ютьюбе», где уже сегодня выложены сотни роликов, созданных специально для VR;
3. В библиотеках ПО от производителей оборудования. Кроме того, сегодня все больше компаний направления VR имеют в штате педагогов, методистов и программистов, которые разрабатывают образовательные материалы под заказ и создают их под конкретные задачи для общего доступа. Многие из предложений доступны совершенно бесплатно. Плюс есть демоверсии, позволяющие опробовать технологию и решить, готовы ли вы платить за конкретное предложение.

Если вы думаете, что сегодня слишком мало VR-программ для обучения, это не так. По оценке Центра НТИ ДВФУ, в России сейчас более 15 компаний, разрабатывающих образовательные AR/VR-решения для школ и колледжей. В их число  входит:

• Modum Lab. В 2019 году запустила новое направление Modum Education, в рамках которого специализируется на разработке технологичных решений для школ и университетов. За год было реализовано несколько проектов, в частности в сотрудничестве с HP Inc. в московской школе №1296 открыт высокотехнологичный образовательный класс с виртуальной реальностью для изучения биологии и физики.
• Luden.io. Еще в начале 2015 года выпустила приложение InMind VR, где в игровой форме можно было путешествовать по мозгу и лечить нейроны.
• Решение VR Concept позволяет в рамках VR-платформы изучать архитектуру, машиностроение, сложные инженерные объекты, в том числе в удаленном и многопользовательском формате обучения.
• Компания Rubius совместно с командой ученых и студентов Томского государственного университета создала прототип платформы для сборки образовательных модулей с использованием VR/AR. Пилотный проект предназначен для преподавателей ОБЖ.
• Компания MEL Science развивает продукт MEL Chemistry VR. Он представляет собой систему занятий по химии длительностью от трех до семи минут, где с помощью VR визуализируется сложный материал. Это можно интегрировать в обычный школьный урок.
• Издательство цифрового контента «Физикон» разработало концепт образовательной среды для проведения в школах занятий с использованием технологий VR, благодаря которым разработаны трехмерные модели и тематические комплекты для уроков физики, истории, естествознания, географии и биологии.

Еще несколько программ, которые можно использовать на уроках астрономии, химии, физики, географии:

• Universe Sandbox 2. Настоящий космический симулятор, в котором ученики могут наглядно увидеть, как работает гравитация, климат и физические взаимодействия в космосе.
• The Body VR. По праву один из лучших симуляторов путешествия внутри человеческого тела. Позволяет пройти путь по кровеносным сосудам, увидеть настоящие клетки и смертельные вирусы.
• 3D Organon VR Anatomy. Это первый в мире атлас анатомии человека в VR. В нем собрано более 4 000 реалистичных анатомических моделей.
• Google Earth VR. Дает возможность увидеть мировые достопримечательности «в полный рост» и рассмотреть их со всех сторон. Египетские пирамиды, Эйфелева башня, Ниагарский водопад – уникальные объекты становятся ближе.

Какое бывает оборудование для VR

Несмотря на то, что шлемов и очков для виртуальной реальности на российском рынке становится все больше, а их стоимость снижается, покупка этих гаджетов для школы – недешевое удовольствие. Но, к счастью, в случае с VR для школ – дороже не значит удобнее и лучше. Сэкономить, и порой, очень серьезно, можно, если досконально изучить предложения и выбрать оборудование и ПО не «по бренду», а по потребительским свойствам, которые требуются педагогу.

Ключевые различия основного компонента (шлема, очков) комплекта для VR:

1. Качество линз (а значит, картинки виртуального мира);
2. Удобство использования (наличие/отсутствие проводов);
3. Наличие джойстиков (перемещение и взаимодействие с предметами в VR);
4. Необходимость устанавливать маячки и калибровать очки и шлемы перед использованием;
5. Возможность перемещаться в пространстве.

Однако принципиальное, главное различие не в этом. Все ныне существующие шлемы и очки для VR подразделяются на три типа. 

Тип 1. Кардборды:

Oculus Go , Pico G2 , Google Cardboard, Samsung Gear VR, YesVR, VR-очки Huawei VR

Это самый простой, массовый и недорогой продукт на рынке. Гаджет представляет собой, проще говоря, картонный или пластиковый короб − держатель для смартфона с линзами. Экран смартфона программно делится пополам, каждая половина показывает изображение для одного глаза, и вместе получается объемное изображение. В самом коробе два небольших экрана, расположенных напротив каждого глаза, шоры, предотвращающие попадание внешнего света, и стереонаушники. Экраны показывают слегка смещенные друг относительно друга стереоскопические изображения, обеспечивая реалистичное 3D-восприятие. В шлемах также содержатся встроенные акселерометры и датчики положения.

Кардборды отслеживают только повороты и вращение головы, но не перемещение в пространстве. Говоря техническим языком, у них три степени свободы — 3 DoF (возможность геометрической фигуры совершать геометрические движения в пространстве, а именно: двигаться вперед/назад, вверх/вниз, влево/вправо). Они отлично подходят для просмотра учебных видео 360° и простых приложений.

Кроме самого шлема, в комплект обычно входит как минимум один контроллер (джойстик), с помощью которого происходит взаимодействие с меню и виртуальными предметами, а его движения в виртуальном мире выглядят как движение руки.

Тип 2. Гарнитуры

Oculus Rift, HTC Vive

Шлемы и очки этого типа работают с помощью проводного соединения с ПК и консолями. Все программное обеспечение загружается в компьютер, а шлем просто показывает картинку. За счет этого шлемы и очки выдают более высокий уровень графики, вплоть до реалистичной (если используется компьютер с мощной видеокартой). Чаще всего шлем соединен с компьютером проводом, лишь некоторые современные модели передают сигнал с компьютера через дополнительные внешние датчики по Wi-Fi.

Из пользовательских шлемов, доступных к покупке в России, самые популярные − Oculus Rift S стоимостью около 150 000 рублей за один VR-комплект (50 000 шлем и 100 000 компьютер), и HTC Vive Pro (обойдется примерно в 150 000 рублей, вместе с компьютером комплект будет стоить около 250 000 рублей).

Стоимость VR-очков и шлемов, работающих от компьютера, кратно превосходит любые другие модели. Разумеется, есть варианты подешевле, есть подороже можно отметить, что гарнитуры могут отличаться друг от друга эргономикой (насколько удобно шлем или очки сидят на голове), разрешением экранов, углом обзора, плотностью пикселей, особенностями линз, способом и качеством определения их положения в пространстве.

Еще одним важным отличием гарнитур является так называемая степень свободы – уровень 3DoF позволит только лишь смотреть по сторонам, уровень 6DoF не только смотреть, но и шагать в виртуальном пространстве, что позволит осматривать виртуальные предметы, обходя их с разных сторон или приближаясь-удаляясь физически, ногами.

Тип 3. Автономные шлемы и VR-очки

Oculus Quest, Vive Focus Plus и Pico Neo 2

Эти устройства не требуют подключения к компьютеру или смартфону, программное обеспечение и ОС устанавливается прямо в гаджет. Отличительной чертой таких шлемов является степень свободы 6DoF. Кроме того, автономные шлемы не требуют калибровки и установки в помещении датчиков, отслеживающих перемещение пользователя в пространстве.

В России пользуются наибольшей популярностью три автономных шлема: Oculus Quest, Vive Focus Plus, и Pico Neo 2.

Oculus Quest стал промежуточным звеном по бюджету и функционалу: в нем можно ногами перемещаться в пространстве и не использовать никаких проводов. Хотя его мощности недостаточно для полностью реалистичной графики виртуального мира, для подавляющего большинства образовательных задач производительности вполне хватит. Вместе с тем Oculus Quest можно подключить к компьютеру и использовать как VR-гарнитуру.

Еще один вариант автономного шлема − Pico Neo 2. Это новый полноценный шлем с 6DoF, который не требует подключения к компьютеру, работает без датчиков и полностью автономен. В отличие от Oculus Quest, в расширенной версии этот шлем поддерживает еще и трекинг движения глаз и обладает отличной системой охлаждения лица.

Все шлемы и очки обладают характеристиками, которые нужно учитывать при закупке: типом подачи контента, различной глубиной погружения, удобством ношения.

Шлемы по типам подачи контента:

1. Интерактивный кинематограф − виртуальная среда, с которой пользователь может взаимодействовать от первого лица;
2. Виртуальный кинотеатр − виртуальная среда, в которой пользователь смотрит за действиями персонажей от третьего лица, при этом находясь среди них;
3. Виртуальный аквариум −виртуальная среда, в которой пользователь может перемещаться и рассматривать виртуальные объекты, но не взаимодействует с ними;
4. Виртуальная поездка − виртуальная среда, в которой пользователь как бы едет среди виртуальных объектов и при этом может осматривать виртуальное пространство на 360°;
5. Виртуальная интерактивная площадка − среда, в которой пользователь имеет возможность общаться с другими пользователями.

Глубина погружения − степень ощущение присутствия в виртуальном мире. Эта характеристика определяет, насколько качественно VR-гаджет будет способен «обманывать» мозг, выдавая виртуальную картинку за реальную.

Отметим также, что распространенной на VR-шлемах с уровнем 6DoF становится и функция Inside-Out трекинга, когда для отслеживания положения пользователя в пространстве не требуется размещения базовых станций, маячков и монтажа камер в классе. Эта функция особенно важна для школы, т.к. снимает проблему калибровки шлемов перед началом работы и позволяет ученикам работать за партами.

Большинство устройств, представленных на российском рынке, совместимы с одной или несколькими из VR-платформ, на которых создаются ПО – программы для шлемов, начинка виртуального мира.

Приложения для мобильных VR-гаджетов совместимы в свою очередь с Android и iOS.

Перспективы VR в школе

Согласно данным аналитического агентства KPMG за 2019 год, VR/AR-технологии уже используют в 21% крупнейших отечественных компаний, и появление VR в школе открывает перед педагогами колоссальные возможности дополнить образование, сделать его более практико-ориентированным и интересным для учеников.

Растет число проведенных исследований о применении технологии: становится понятнее, как VR-очки влияют на детей, подростков и взрослых, и более того, в НТИ ДВФУ уже сейчас разрабатывают санитарные правила для школьников по эксплуатации VR-шлемов. Ожидается, что в ближайшее время будут появляться новые методические разработки, государственные рекомендации по эксплуатации VR/AR, а также новые исследования.

Плюсы использования виртуальной реальности.

Использование виртуальной реальности открывает много новых возможностей в обучении и образовании, которые слишком сложны, затратны по времени или дороги при традиционных подходах. Можно выделить пять основных достоинств применения VR технологий в образовании.

Наглядность — используя ЗЭ-графику, можно детализировано показать, например, химические процессы, вплоть до атомного уровня. Причем ничто не запрещает углубиться еще дальше и показать, как внутри самого атома происходит деление ядра перед ядерным взрывом. Виртуальная реальность способна не только дать сведения о самом явлении, но и продемонстрировать его с любой степенью детализации.

Безопасность — операция на сердце, управление сверхскоростным поездом, космическим шатлом, техника безопасности при пожаре — можно погрузить зрителя в любое из этих обстоятельств без малейших угроз для жизни.

Вовлечение — виртуальная реальность позволяет менять сценарии, влиять на ход эксперимента или решать математическую задачу в игровой и доступной для понимания форме. Во время виртуального урока можно увидеть мир прошлого глазами исторического персонажа, отправиться в путешествие по человеческому организму в микрокапсуле или выбрать верный курс на корабле Магеллана.

Фокусировка — виртуальный мир, который окружит зрителя со всех сторон на все 360 градусов, позволит целиком сосредоточиться на материале и не отвлекаться на внешние раздражители.

Виртуальные уроки — вид от первого лица и ощущение своего присутствия в нарисованном мире — одна из главных особенностей виртуальной реальности. Это позволяет проводить уроки целиком в виртуальной реальности.

Виртуальные технологии предлагают дополнительные возможности для передачи эмпирического материала. В данном случае классический формат обучения не искажается, так как каждый урок дополняется 5—7-минутным погружением. Может быть использован сценарий, при котором виртуальный урок делится на несколько сцен, которые включаются в нужные моменты занятия. Лекция остается, как и прежде, структурообразующим элементом урока. Такой формат позволяет модернизировать урок, вовлечь учеников в учебный процесс, наглядно проиллюстрировать и закрепить материал.

При дистанционном обучении ученик может находиться в любой точке мира, равно как и преподаватель. Каждый из них будет иметь свой аватар и лично присутствовать в виртуальном классе: слушать лекции, взаимодействовать и даже выполнять групповые задания. Это позволит придать ощущение присутствия и устранить границы, которые существуют при обучении через видеоконференции. Также преподаватель сможет понять, когда ученик решит покинуть урок, так как шлемы Oculus Rift и НТС Vive оборудованы датчиком освещения, позволяющим распознать, используется шлем в данный момент или нет.

При наличии обстоятельств, мешающих посещать занятия, ученик может делать это удаленно. Для этого класс должен быть оборудован камерой для съемки видео в формате 360 градусов с возможностью трансляции видео в режиме реального времени. Ученики, посещающие урок дистанционно, смогут наблюдать происходящее в классе от первого лица (например, прямо со своего места), видеть своих одноклассников, общаться с преподавателем и принимать участие в совместных уроках.

Любой из разработанных образовательных курсов может быть адаптирован для самостоятельного изучения. Сами уроки могут размещаться в онлайн-магазинах (например, Steam, Oculus Store, Арр Store, Google Play Market), чтобы у всех была возможность осваивать или повторять материал самостоятельно.

Однако пока использование технологий и сами устройства не будут максимально доступны, будут существовать минусы и потенциальные проблемы использования виртуальной реальности в образовании.

Объем — любая дисциплина довольно объемна, что требует больших ресурсов для создания контента на каждую тему урока — в виде полного курса или десятков и сотен небольших приложений. Компании, которые будут создавать такие материалы, должны быть готовы заниматься разработкой довольно продолжительное время без возможности ее окупить до выхода полноценных наборов уроков.

Стоимость — в случае с дистанционным обучением нагрузка по покупке устройства виртуальной реальности ложится на пользователя или этим устройством может быть его телефон. Но образовательным учреждениям понадобится закупать комплекты оборудования для классов, в которых будут проходить занятия, что также требует существенных инвестиций.

Функциональность — виртуальная реальность, как и любая технология, требует использования своего, специфического языка. Важно найти верные инструменты для того, чтобы сделать контент наглядным и вовлекающим. К сожалению, многие попытки создания обучающих VR-приложений не используют все возможности виртуальной реальности и, как следствие, не выполняют своей функции.

Вопрос 3. Использование технологии и программы виртуальной реальности в образовательном процессе. Психологический контекст влияния виртуальной реальности на школьника.

Виртуальная образовательная среда – это сложная самонастраивающаяся и самосовершенствующаяся коммуникативная система, подразумевающая установление эффективной взаимосвязи между обучающим, обучающимися и другими участниками образовательного процесса, а также корректировку поведения, действий участников процесса коммуникации применительно к изменяющейся ситуации.

Н.А.Носов выделил специфические свойства виртуальной реальности:  порожденность, актуальность, автономность и интерактивность. Кроме того, он отмечает преимущества обучение в виртуальной среде: мобильность, интерактивность, дистанктность, воздействие на различные субмодальности человека с учетом его индивидуальных особенностей.

Однако, имеются и негативные характеристики интенсивного использования виртуальной среды в образовательном процессе: психофизиологические нагрузки, репродуктивность и отстраненность.

Кроме того, одной из негативных сторон информатизации является появление у некоторых людей (и не только пользователей) компьютерной

тревожности и компьютерного стресса. Так как это явление относительно новое, то четкого определения нет, но есть основные признаки и проявления.

У учащихся и студентов компьютерная тревожность возникает зачастую как реакция на страх получить плохую отметку, показаться неспособным или глупым по сравнению с другими обучающимися. Преподаватели и школьные учителя также зачастую сталкиваются с серьезными трудностями в процессе освоения навыков работы на компьютере. Это может быть связано со страхом вытеснения более опытными специалистами в области работы с компьютером, а также страхом выглядеть неквалифицированными пользователями компьютера по сравнению с учениками.

В работе А.М. Боковикова изучается стресс, связанный с компьютеризацией профессиональной деятельности, определяются факторы стрессоустойчивости в процессе адаптации человека к работе на компьютере. Основным стрессогенным фактором при работе на компьютере он считает утрату контроля над деятельностью, когда ситуация взаимодействия с компьютером выходит из-под контроля. Стрессоустойчивость определяется в первую очередь свойствами личности. При этом активность, инициативность, уверенность в себе, эмоциональная стабильность и оптимистическая оценка ситуации — основа устойчивости к стрессу.

Необходимо учитывать также, что эффективность процесса обучения с использованием компьютерных технологий возможна только в том случае, если созданы необходимые для этого условия. Их отсутствие может привести к нежелательным последствиям в личностном развитии учащегося: отчуждению друг от друга, ограничению подвижности, ухудшению зрения, утомляемости и т.д.

Практическое внедрение компьютерных технологий в учебный процесс возможно только при наличии позитивного отношения педагогов и учащихся к вопросу применения компьютера. В противном случае никакие призывы и демонстрация работы вычислительной техники в учебном процессе не смогут привести к желанию ее использовать. Поэтому немаловажным является создание на занятиях атмосферы, способствующей формированию у учащихся положительных мотивов к использованию информационных технологий в познавательной деятельности.

Включение видео роликов если осталось дополнительное время.

Домашняя работа: досмотреть видео материал и подготовить несколько вопросов, для их обсуждения в группе на следующем занятии.

Литературные источники:

1. https://hsbi.hse.ru/articles/virtualnaya-realnost-v-obrazovanii/
2. https://infourok.ru/primenenie-vr-tehnologij-v-shkole-6041073.html
3. https://skillbox.ru/media/education/kak-v-shkolakh-i-vuzakh-uchat-s-pomoshchyu-virtualnoy-i-dopolnennoy-realnosti/
4. https://dzen.ru/a/YO6IYpPoCUyVve5m
5. https://vr-j.ru/stati-i-obzory/istoriya-razvitiya-virtualnoj-realnosti/
6. https://nsportal.ru/npo-spo/obrazovanie-i-pedagogika/library/2020/12/01/vnedrenie-virtualnoy-realnosti-v-obuchenii
7. https://studme.org/363255/informatika/virtualnaya_realnost_obrazovanii