Психолого-педагогические возможности
Виртуальная реальность — это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа-операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире".
Технология неконтактного информационного взаимодействия, реализуемая системой "Виртуальная реальность", позволяет компьютеру отобразить непосредственно в цифровой форме импульсы от "информационной перчатки" ("интерфейс—перчатка") и "информационного костюма". Рука пользователя, одетая в "информационную перчатку", может быть спроецирована в виртуальной форме в трехмерной компьютерно-генерированной среде. Манипулируя "информационной перчаткой", пользователь может взаимодействовать с виртуальным миром, передвигая объекты, управляя ими, может также использовать набор жестов в качестве команд. При наличии "информационного костюма", "информационной перчатки" и "информационных очков" со встроенными стереоскопическими экранами (очки — телемониторы) пользователь может, образно выражаясь, "шагнуть" прямо в виртуальный мир.
Уже в настоящее время возможности системы "Виртуальная реальность" используются при тренаже спортсменов, в профессиональной подготовке будущих специалистов в области астронавтики, архитектуры, медицинской диагностики, в организации развлечений и досуга, а также в областях, использующих научную визуализацию. Например, если возможности трехмерной компьютерной графики позволяют осуществлять математический прогноз результатов операции на основании трехмерного изображения, представленного на экране компьютера, то использование системы "Виртуальная реальность" позволяет создать иллюзию реально проводимой хирургической операции.
Состав системы "Виртуальная реальность"
Базовыми компонентами типичной системы "Виртуальная реальность" являются:
• перечни или списки с перечислением и описанием объектов, формирующих виртуальный мир, в субсистеме создания и управления объектами виртуального мира;
• субсистема, распознающая и оценивающая состояние объектов перечней и непрерывно создающая картину "местонахождения" пользователя относительно объектов виртуального мира;
• головной установочный дисплей (очки-телемониторы), в котором непрерывно представляются изменяющиеся картины "событий" виртуального мира;
• устройство с ручным управлением, реализованное в виде "информационной перчатки" или "спейс—болл", определяющее направление "перемещения" пользователя относительно объектов виртуального мира;
• устройство создания и передачи звука. Контакт пользователя с системой "Виртуальная реальность" может осуществляться голосом или с помощью специального устройства — джойстринга, обеспечивающего эффект обратной силовой связи, а также с помощью очков—телемониторов.
Отдельно остановимся на последних устройствах, так как обеспечение связи посредством голоса ничего принципиально нового в себе не несет и используется сравнительно давно. Следует лишь отметить, что в системе "Виртуальная реальность" реакция на звуковой сигнал, полученный от пользователя, производится в соответствии с составленной программой.
Устройстводжойстринг создает эффект обратной силовой связи,"интерфейс-перчатка" обеспечивает общение жестами, преобразуя каждое движение пальцев руки в электрические сигналы, которые воспринимаются и расшифровываются с помощью компьютера. Например, манипулируя перед экраном пальцами в "информационной перчатке", можно перемещать объекты на экране. Более того, можно "войти" в виртуальный мир экрана, отодвигая, перемещая, трогая предметы, изображенные на экране. Так, например, можно ощутить сферичность шара, иллюзию хватания предмета, изображенного на экране. Эти эффекты достигаются следующим: между слоями ткани "интерфейс—перчатки" проложены тонкие световодные нити, обвивающие каждый палец, проходящие вдоль кисти руки и подсоединенные к специальной плате, вмонтированной в перчатку в области запястья. С помощью специальных устройств происходит преобразование световых сигналов в электрические. Так, например, если согнуть палец, сгибается световод, энергия импульса изменяется, что немедленно улавливается фотоэлементом, который вырабатывает электрический сигнал, воспринимаемый компьютером. Кроме того, в "интерфейс—перчатку" вмонтированы на уровне подушечек пальцев руки устройства тактильной (осязательной) обратной связи. В нужный момент, определяемый системой, эти устройства надавливают на кончики пальцев, создавая эффект касания предмета виртуального мира (например, поверхности шара, изображенного на экране). Иллюзию хватания предмета обеспечивает устройство, передающее усилия пользователя по "тросикам", приводящим в движение сервомоторы. Компьютер в соответствии с программой производит управление сервомоторами, посылающими обратную силовую связь пользователю. Производимые пользователем с помощью джойстринга манипуляции улавливаются компьютером, который считывает информацию и подает сигналы углового положения, генерируя обратную связь при помощи сервомоторов.
Это позволяет, например, "ощутить тяжесть" предмета, изображенного на экране и "взятого в руку", или "натолкнуться" на препятствие, изображенное на экране. В "интерфейс—перчатку" вмонтированы также датчики изгиба пальца, отведения пальца в сторону, абсолютного положения и ориентации. Они обеспечивают синхронность функционирования неконтактного взаимодействия руки пользователя с системой.
Очки-телемониторы представляют собой пару очков, внутри которых находятся два минимизированных монитора, каждый строго напротив каждого глаза. Очки—телемониторы обеспечивают стереоскопическое видение экранного представления виртуального мира. Современная система "Виртуальная реальность" обычно обеспечивает создание различных "картинок" для каждого глаза с определенным смещением. Очки—телемониторы, снабженные специальными датчиками, информируют компьютер о поворотах головы человека, находящегося перед экраном, в результате чего пользователь имеет возможность "окинуть взглядом" всю стереоскопически представленную "картинку" виртуального мира.
Для более совершенного, многогранного и многофункционального неконтактного взаимодействия пользователя с виртуальным миром используется специальный"информационный костюм".
Следует добавить, что программно—техническая реализация системы "Виртуальная реальность" имеет различные варианты. Схематически представленное выше описание является одним из возможных.
Виды взаимодействия в системе "Виртуальная реальность"
В настоящее времяможно выделить три подхода к осуществлению информационного взаимодействия пользователя с объектами виртуального мира, создаваемого системой "Виртуальная реальность".
Первый подход реализует идею "погружения" в виртуальный мир. При этом, образно выражаясь, пользователь, облачившись в скафандр, снабжающий информацией, "входит" в дискретную цифровую вселенную. Манипулируя "информационной перчаткой", непосредственно взаимодействует с компьютером, перемещая, трогая объекты виртуального мира, представленные на экране, "движется" или "летает" внутри него, естественно, с синхронным звуковым сопровождением.
Второй подход обеспечивает оконное представление трехмерного пространства виртуального мира на экране компьютера.При этомкачестве средства управления используются устройства типа "спейс—болл" или "летающая мышка", обладающие значительной степенью свободы.
Третий подход реализует взаимодействие с объектами виртуального мира "третьим лицом", представленным движущимся изображением на экране (например, курсор в виде определенного рисунка)и отождествляемым с самим пользователем. При этом действиями "третьего лица" управляет пользователь, находя как бы свое собственное изображение на экране. Всеэти подходы реализуют основнуюидею информационного взаимодействия, обеспечиваемого системой "Виртуальная реальность". Эта идея заключается в обеспечении, во-первых, посредственного участия пользователя в событиях, происходящих в виртуальном мире, но протекающих в реальном времени в реальном времени, и, во-вторых, максимального отдаления интерфейса между пользователем и компьютером.
Психолого-педагогические возможности
системы "Виртуальная реальность"
Реализация вышеописанных возможностей позволяет создавать принципиально новый уровень информационно-предметной среды за счет “погружения” в трехмерную,стереоскопически представленную виртуальную реальность, обеспечивающую:
• моделирование ощущений непосредственного контакта пользователя с объектами виртуальной реальности (видеть, слышать, осязать рукой);
· не контактное управление пользователем объектами или процессами виртуальной реальности;
· имитацию реальности - эффект непосредственного участия в процессах, происходящих на экране, и влияния на их развитие и функционирование, взаимодействие с объектами или процессами, находящими свое отображение на экране, реализация которых в реальности невозможна.
Возможности системы “Виртуальная реальность” через реализацию и внедрение специальных методик “встраивания” технологий обучения в предметно-ориентированные учебные среды осуществлять педагогическое воздействие лонгирующего характера, обеспечивающее:
• развитие наглядно-образного, наглядно-действенного, интуитивного, творческого, теоретического мышления;
· формирование эстетических вкусов, оценок, что способствует эстетическому воспитанию.
Использование системы "Виртуальная реальность открывает новые методические возможности в процессе формирования:
• умений и навыков осуществления деятельности по проектированию предметного мира;
· умений и навыков осуществления художественной деятельности - "деятельность, в процессе которой создается и воспринимается произведение искусства";
• абстрактных образов и понятий, предоставляя обучаемому инструмент моделирования изучаемых объектов, явлений как окружающей действительности, так и тех, которые в реальности невоспроизводимы.
Реализация возможностей системы "Виртуальная реальность” ограничена уровнем разработки программных средств, созданных для функционирования "виртуальных миров", а также возможностями аппаратных устройств, реализующих эти среды.
Приведемпример реализации вышеописанных возможностей системы "Виртуальная реальность" при формировании у обучаемых "пространственного видения" трехмерных объектов по их двухмерному представлению в виде стереометрического чертежа или фотографического изображения.
В рассматриваемом примере, используя возможности системы "Виртуальная реальность", можно визуализировать процесс трансформации стереоскопически представленных геометрических фигур; обеспечивать визуализацию взаимодействия между стереоскопически представленными объектами виртуального мира; использовать инструмент моделирования ситуаций взаимодействия между ними;
обеспечивать информационный обмен, обратную связь между пользователем и стереоскопически представленными объектами виртуальной реальности. Кроме того, можно организовать в информационно-предметной среде со встроенными элементами технологии обучения определенную учебную деятельность со стереоскопически представленным изображением геометрической фигуры, а именно: создание объектов виртуальной реальности (экранное стереоскопическое изображение трехмерных геометрических фигур), оперирование ими с сохранением иллюзии непосредственного участия в процессах, происходящих на экране; изучение различных форм стереоскопически представленного динамического изображения стереометрического объекта с возможностью иллюзорного "вхождения внутрь" него; осуществление построений на стереоскопически представленном стереометрическом чертеже; управление отображением на экране модели стереометрического объекта, ее преобразованиями.
Описываемая информационно-предметная среда, реализованная на базе возможностей системы "Виртуальная реальность", позволяет обеспечить:
динамическое представление на экране (перемещение, вращение) стереоскопического изображения трехмерных геометрических фигур; динамическую развертку и "свертывание" на экране стереоскопически представленного фотографического изображения трехмерной фигуры; отделение плоского элемента изображения трехмерной фигуры (грань, сечение) и рассмотрение его в различных плоскостях; "вхождение внутрь" стереоскопически представленного изображения фигуры с возможностью наблюдения и изучения изображений ее элементов; "вхождение внутрь" стереоскопически представленного изображения фигуры с возможностью изменения "внутреннего интерьера" изображения, "перемещения" в нем.
Подытоживая изложенное, отметим, что в приведенном примереиспользование системы "Виртуальная реальность" обеспечивает педагогическое воздействие лонгирующего характера, формирующее "пространственное видение" (видение глубины изображения);развивает склонность к эстетическому восприятию изображения, развивает фантазию; формирует умения осуществлять анализ, синтез, абстрагирование, обобщение; инициирует развитие операционального, наглядно—образного, теоретического мышления.
Говоря о перспективах использования системы "Виртуальная реальность", можно прогнозировать ее применение в образовании — при изучении стереометрии, черчения; при решении конструктивно-графических, художественных и других задач, для решения которых необходимо развитие умения создавать мысленную пространственную конструкцию некоторого объекта по его графическому представлению; в процессе профессиональной подготовки специалистов — при изучении графических методов моделирования в курсах инженерной графики, компьютерной графика; при организации тренировки специалистов в условиях, максимально приближенных к реальной действительности; при организации досуга и развивающих игр.
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Нечеткая и лингвистическая переменные | | |
Дата добавления: 2019-10-16; просмотров: 416;