Диссертация (Технология дополненной реальности как объект изучения и средство обучения в курсе информатики основной школы), страница 6

Восприятия виртуальнойреальности целиком зависит от специфики сознания человека. За счёт этоговиртуальный мир существенно отличается от мира и ощущений повседневнойжизни человека. «Исследование различных типов виртуальных реальностей ипереходов между ними выдвигает новые проблемы перед философией,относящиеся к установлению критериев различия между разными типамиреальности, их роли в познавательной и практической деятельности,взаимосвязи виртуальности с категорией возможности, объяснения в целом. Всвязи с этим особое значение приобретают проблемы внутренней активностиматерии и роль телеологических принципов в развитии мира» [126].В приведенном выше описании представляет интерес особенность,связанная с определением виртуальности в технической области. Вместоопределения «виртуальности» дается определение «виртуальной реальности».Это свидетельствует о том, что тема недостаточно исследована итерминологический аппарат еще не сформирован окончательно.Можно сделать предварительные выводы и предположения о причинахтого, почему столь актуальная на сегодня тематика и терминологическийаппарат не являются при этом достаточно развитыми.

Технологиядополненной реальности, очевидно, имеет существенный потенциал с точкизрения расширения сфер применения компьютерной техники, но для еёзначимого применения нужны относительно существенные мощностикомпьютеров, качественные устройства ввода и вывода, компактность,специфические системы для автономности. Возникает относительно новаяпотребностьвналичииэффективныхкомпьютерныхпрограммдляраспознавания визуальных объектов и процессов, увязывания компьютерныхмоделей с объектами реального мира. По мере развития технологий33появляется все большее количество компьютерных систем, которыесоответствуют таким требованиям [151-153, 156-158].К сожалению, на сегодняшний день фундаментальные основыприменимости технологии дополненной реальности изучены недостаточно.Дляроссийскихразработчиковпроблемойявляетсяотсутствиесоответствующей литературы и источников на русском языке.

Однако,несколько значимых для настоящего исследования определений можноувидеть, например, в работах А.С. Конушина и В.Р. Роганова [76, 117].«Расширенная реальность – интерфейс пользователя, которыйпозволяет встраивать в видеопоток синтетические объекты с учетом ракурсасъемки в реальном времени».«Системырасширеннойреальности–этооптико-аппаратно-программные комплексы, позволяющие создавать вокруг человека визуальнонаблюдаемое трехмерное пространство с качеством, достаточным длятренировки глазомера, или для перемещения в таком пространстве реальногоинструмента при выполнении сложных операций».Словосочетание «расширенная реальность» встречается в литературеотносительно редко. Кроме того, чаще появляются публикации различныхучёных, посвящённых именно системам виртуальной реальности.В иностранных популярных и научных источниках технологиядополненной реальности освещается существенно больше.

При этомбольшинство из таких работ определяет дополненную реальность, скорее, какнекоторую физическую реализацию, не понимая под этим терминомнекоторую новую «идею» или подход [157, 158].Так, в частности, в одной из своих первых и значимых публикаций вэтой сфере П. Милграм и А. Кишино пишут, что проведённое имиисследование нужно приписывать, по большей мере, к мониторам как ксредствам вывода [150]. Публикуемые этими учёными определения иклассификации опираются на технические особенности создания и работыизучаемых средств.

В их статьях термин «дополненная реальность» считается34компонентом «смешанной реальности» (Mixed Reality), стоящей ближе креальному миру. В связи с тем, что англоязычный термин mixed не имеетоднозначного соответствия словам русского языка, в статьях можно увидетьтакие термины, как «гибридная реальность» и «комбинированная реальность».П. Милграм и А. Кишино вводят понятие континуума «реальностьвиртуальность», называемого континуумом Милграма (Milgram's RealityVirtuality Continuum), изображенного на Рисунке 2.Смешанная реальность MRРеальноеокружениеREДополненнаяреальностьARДополненнаявиртуальностьAVВиртуальнаяреальностьVRРисунок 2 – Континуум Милграма («реальность-виртуальность»)Как видно из рисунка, при таком подходе нет четкого фиксации, гдеименно проходят границы между разными видами реальности.

Континуумсодержит в себе нижеследующие элементы.1.Реальное окружение (Real Environment, RE), состоит полностью изобъектов реального мира, при этом сведения о них человеку получает безпосредников. Также авторы вносят в данное определение обзор черезнекоторое «окно», в роли которого может выступать телевизор или экранкомпьютера. Например, видеофрагмент, просматриваемый при помощикомпьютера,предлагаетсясчитатьреальнымокружением.Следуетподчеркнуть, что такого рода объекты являются сейчас одними из самых35распространенных средств обучения различным школьным дисциплинам,используемых в качестве дополнения традиционных учебников и пособий.2.Дополненная реальность (Augmented Reality, AR) – технология,при которой человек смотрит через прозрачный дисплей на реальный мир, приэтом на прозрачном дисплее отображаются некоторые виртуальные объекты.Такая система «знает» лишь ограниченное количество свойств рабочегообъекта.

Например, у системы есть информация о том, где должен находитсяобъект, но система не обладает информацией о том, как объект выглядит: такможет работать система навигации. Возможно, наоборот, система обладаетинформацией о том, как должен выглядеть объект, но где он находитсясистеме не известно.

В данном случае реальный объект должен служить«маркером» для «привязки» виртуального объекта к реальному окружению,что снижает неопределенность модели. Примером реализации такойтехнологии являются система и объекты, изображенные на Рисунке 1 –система обладает информацией о том, как выглядит модель молекулы, но не«знает», где его необходимо отобразить, а реальный маркер, лежащий настоле, ликвидирует такую неопределенность. Различное комбинированиесвойств позволяет решать широкий круг задач. В данном контекстеП. Милграм иА. Кишиноопределилидополненнуюреальность как«augmenting natural feedback to the operator with simulated cues».

Перевестиданное определение на русский язык достаточно сложно, так как значенияслов не совпадают, особенно в технической отрасли. Можно предложитьследующий перевод, максимально сохраняющий смысл оригинальногоопределения, – «дополненная реальность – результат добавления мнимыхобъектов, воспринимаемых в качестве элементов реального мира». Важноподчеркнуть, что подобные средства и технологии до сих пор не применяютсяв отечественном школьном образовании.3.Дополненную виртуальность (Augmented Virtuality, AV) выделитьнаиболее сложно. Указанные выше авторы определяют дополненнуювиртуальность как среду, в которой к виртуальной реальности добавляются36реальные объекты. При этом воздействие на человека может осуществлятьсятолько через экран компьютера (зрение), с воздействием на другие органычувств (слух, обоняние, положение в пространстве, тактильные ощущения,ощущения температуры, чувство ускорения), либо в различных сочетаниях.Примером таких технологий является среда виртуальной реальности, вкоторой человек может манипулировать виртуальными объектами какнастоящими: например, с помощью движения своих рук либо, когда ввиртуальную среду можно «добавить» реальный объект, и при этом он будетвзаимодействовать с виртуальными объектами.4.Виртуальная реальность или виртуальная среда (Virtual Reality /Virtual Environment, VR) – самодостаточная среда, в которой все необходимыесвойства присутствуют у всех объектов.

При этом в технологии виртуальнойреальности применяются непрозрачные дисплеи. В виртуальной реальностивозможно несоблюдение законов реального мира.5.Смешанная реальность (Mixed Reality, MR) за исключениемреального окружения и самодостаточной виртуальной реальности полностьюсодержит пространство «виртуальность-реальность». Смешанная реальностьвключает дополненную реальность и дополненную виртуальность.Следует подчеркнуть, что подобная градация порождает проблемусуществования некоторого «зазора» между дополненной виртуальностью идополненной реальностью.

При этом такой «зазор» трудно сопоставить сопределенным понятием.П. МилграмиА. Кишинорассматриваютдвааспекта«соприкосновения» реального и виртуального окружения:− информация приобретена по большей части из мира реального свключением объектов виртуального мира;− информация с самого начала оформлена в виде моделей и вдальнейшем расширена за счёт объектов реального мира, не являющихсямоделями).37Подобные технологии и их изучение свидетельствуют о наличиисущественной проблемы.

Необходима выработка новых способов длявыявления соотношений виртуальных и реальных процессов и объектов.Неясны критерии для определения состояний, когда реальные объектыпреобладают над виртуальными, и наоборот. Относительно несложнойзадачей является определение преобладающих реальных и виртуальныхобъектов для систем, расстояние между которыми велико в континуумеМилграма. Однако для средней части континуума критерии не такие чёткие, ипроводить соответствующие различия гораздо труднее.Для ликвидации приведённой проблемы может быть применён подходкомбинирования и выделения виртуальных и реальных объектов и процессов.В научных трудах можно встретить несколько основных оснований длявыявления различий [143, 154]:− реальность (Reality) – параметр, отражающий объемы и соотношения«реальной» и «виртуальной» информации (как правило, информацияреальная, в которую добавлена информация виртуальная или, в основном,виртуальная информация, в которую включены объекты реального мира);− погружение(Immersion) – значение, показывающее уровень«переплетения» реального и виртуального окружения (как тесно человеквзаимодействует с системой);− «непосредственность»,(Directness)–значение,«прямота»отражающее,илинасколько«прямолинейность»реальныеобъектыпоказываются «как есть в реальном мире» (степень реалистичности), илинасколько такие объекты перед отображением прошли определеннуюобработку при помощи компьютерных технологий.Уже на этом этапе исследования можно отметить, что подобныепараметры и выводы представляют отдельный интерес и, в дальнейшем, моглибы войти в содержание обучения аспектам создания и использования средствдополненной реальности в рамках содержательно-методической линии«Информационные технологии» курса информатики.38Сюда же можно добавить и то, что большинство дискуссий, имеющихместо в научной и популярной литературе о виртуальности и реальности,оперирует качеством и реализмом отображения виртуальных объектов наустройствах вывода компьютерной техники.

Исследователи рассматривают иобсуждают, какие качества делают виртуальный объект более «реальным» впредставлении наблюдателя.Для повышения качества виртуальных объектов при эмуляцииреальных объектов, важно точно воспроизвести как можно больше значимыхсвойств реального объекта. Из этого фактора следует еще один подход кклассификации, который отражает степень знаний о мире (Extent of WorldKnowledge). В данном подходе под словом «знания» необходимо пониматьколичество информации о реальном мире, доступной компьютерномуустройству. Существует следующее определение степени знания о мире. Подним предлагается понимать степень фактического знания об объектах и мире,которое может быть отображено в системе [40].Для использования в рамках исследования и последующего включенияв систему обучения информатике необходима выработка подхода к трактовкепонятия «дополненная реальность».