Диссертация (Технология дополненной реальности как объект изучения и средство обучения в курсе информатики основной школы), страница 8

Степень влияния технологиидополненной реальности на развитие общества может быть сравнима сэффектом, который имел место при появлении и массовом применениисервисов и ресурсов сети Интернет. Важным свойствам глобальныхкомпьютерныхсетейявляетсявозможностьконтекстно-зависимогопредоставления информации – предоставления информации в зависимости отокружающих человека условий. Наличие огромного массива различныхданных в открытом доступе делает значимым и актуальным не сам фактвозможности доступа к таким данным, а предоставление сведений,необходимых в данный момент конкретному человеку с привязкой к объектуоперирования,местонахождению,времениит.п.Вэтойсвязивостребованность дополненной реальности, знаний о ней и подходах к ееиспользованию в жизни и профессиональной деятельности будет возрастать скаждым днем.44Существуетнесколькоаспектов,значимыхдляобученияииспользования технологии дополненной реальности.

Для создания средствдополненной реальности, прежде всего, необходим так называемый «контент»– виртуальная часть (например, 3D-модель), которую компьютерноеустройство будет «накладывать» на конечное изображение. Вид такойвиртуальной части зависит от решаемой задачи.Кроме этого, важно, каким образом виртуальная часть будет«привязана» к реальному окружению.

Для этого необходимы различныеустройства ввода. Какие именно устройства ввода будут задействованы, такжезависит от задачи. Если необходима мобильность на больших пространствах(например,приработескартами),тоиспользуютсясистемыгеопозиционирования. Если требуется отслеживать положение устройства впространстве (например, карта звездного неба), то применяются гироскоп иакселерометр.

Если же необходима высокая точность, используются камера и,иногда, датчик глубины.Позиционирование объектов и процессов при реализации технологийдополненной реальности может осуществляться на основании несколькихразличных подходов:− объектно-зависимый подход, в рамках которого позиционированиеопирается на физические объекты или их изображения;− локационно-зависимый подход, при котором позиционированиеосуществляетсянаоснованииточныхпространственныхкоординат(информация о пространственном расположении средства дополненнойреальностиделаетнесущественнойиспользованиеизображениядляопределения вида виртуального объекта и его положения).В первом случае компьютерное устройство учитывает данные оизображении, во втором – данные о положении устройства.Уже на данном этапе исследования можно отметить, что дляприменения технологии дополненной реальности в рамках обученияшкольниководнимиизсамыхзначимыхеёпараметровявляются45помехоустойчивость(системыпозиционирования,основанныенаспутниковых технологиях, неэффективны в помещениях), точность ипростота.

Такие свойства характерны для технологий, базирующихся нараспознавании образов, которые выше были отмечены как объектнозависимыйподход.Приэтомнаиболеепростойидостаточнораспространённой является маркерная технологии, которую в настоящеевремя наиболее реально внедрить в преподавание школьных дисциплин. Приэтомподходевобучениииспользуютсяспециальныеконтрастныеизображения, распознаваемые программным обеспечением дополненнойреальности.

Такие изображения получили название маркеров.Имеется достаточно большое количество видов маркеров, но, какправило, в качестве маркера используется черно-белое изображение,состоящее из черного квадрата с толстыми рамками и некоторого изображениявнутри.Разработкамоделидополненнойреальности,основаннойнаиспользовании маркеров, может осуществляться при помощи алгоритма,отражённого на Рисунке 3.Рисунок 3 – Алгоритм построения моделидополненной реальности на основе маркерной технологии46Алгоритм включает в себя преобразование цветного изображения визображение, выполненного в режиме «градации серого», его последующеепреобразование в двуцветное (черно-белое) изображение (бинаризация) сучетом заданного порога преобразования в черное, определение иливыделение на изображении замкнутых областей и контуров, нахождение угловизображения-маркера, привязка системы координат к положению маркера впространстве (преобразование координат).Для реализации маркерной технологии дополненной реальностидостаточно компьютера, видеокамеры, специализированного программногообеспечения и маркеров, которые распечатываются на бумаге при помощиобычного принтера.Дальнейшимразвитиемобъектно-зависимогоподходакпозиционированию объектов при реализации технологии дополненнойреальности является использование безмаркерной технологии, при которой вкачестве опорного образа может использоваться практически любоеизображение либо образ (реальный объект).

Классификация различныхтехнологий позиционирования в рамках технологии дополненной реальностиотражена на Рисунке 4.Взаимодействие компьютерной техники с изображением объектов,явлений и процессов реального мира является отличительным признакомдополненной реальности, отделяющей эту технологии от технологиивиртуальной реальности. Дополненная реальность обладает существеннымпотенциалом для формирования более эргономичных отношений людей синформацией.Благодарятакимтехнологиямсведениядоставляютсяпользователям автоматически в зависимости от контекста различныхситуаций. Это имеет отношение и к получению образования, и кпрофессиональной деятельности, и к повседневной жизни.

За счет такихвыводов до понимания школьников в процессе обучения информатике можнодовести сведения о том, что технология дополненной реальности может47поднять взаимодействие человека с информацией на принципиально новыйуровень.ТехнологиипозиционированияОбъектнозависимыетехнологииЛокационнозависимыетехнологииМаркернаятехнологияБезмаркернаятехнологияРисунок 4 – Классификация технологий позиционирования в рамкахреализации технологии дополненной реальностиПри включении дополненной реальности в качестве объекта изученияи средства обучения в курс информатики основной школы нужно учитыватьчетыре основных компонента, без которых невозможно оперированиесредствами исследуемой технологии.Аппаратные средства дополненной реальности – компьютерныеаппаратныесредстваисистемы,обеспечивающиетехническиеитехнологические возможности для создания и функционирования системдополненной реальности.

Примерами таких компьютерных средств являютсяпроцессоры, устройства вывода информации разных типов (в том числе испецифические, такие как очки дополненной реальности), разнообразныеустройства ввода и датчики, такие как датчики для определения скорости и48ускорения, позиционирования в пространстве, гироскопы, подсистемы обменаинформацией по радиосвязи на незначительном расстоянии, обычные илиспециализированные компьютерные видеокамеры и другое оборудование.Особым примером аппаратных средств дополненной реальности являютсяспециальные очки с видеокамерами для захвата изображения и датчиками дляпозиционирования объектов в пространстве.

Результат функционированиясредств дополненной реальности в этом случае выводится на прозрачныеэкраны – стекла очков. Стоит отметить несовершенство конструкции раннихобразцов таких очков, что видно из примера на Рисунке 5.Рисунок 5 – Очки дополненной реальностиБраузердополненнойреальности–специальноепрограммноеобеспечение, в режиме реального времени объединяющее различныеинформационные слои, формируемые благодаря получению информации изтелекоммуникационных сетей и взаимодействию с датчиками.Система распознавания – система аппаратных и программных средств,которые на базе сведений об ориентации в пространстве и времени, формах,фактуреидругихзначимыххарактеристикахпозволяетпроводитьидентификацию людей и объектов в условиях реального окружения.Существуют описанные ранее локационно-зависимый и объектно-зависимыйподходы к распознаванию, среди которых объектно-зависимый подход, в своюочередь, может дифференцирован на два различных приёма, связанных сприменением или не применением искусственных изображений-маркеров.49Системадополненнойреальности–программно-аппаратныйкомплекс, способный работать с технологией дополненной реальности.Включает в себя систему распознавания, систему вывода информации,вычислительный комплекс и контент дополненной реальности.Контент дополненной реальности – отображаемое при помощипрограммных средств дополненной реальности содержательное наполнение.Для этого случая различаются два основных подхода.Первый подход заключается в том, что предусматривается особыйиндивидуальный обмен сведениями между неким искусственным объектом,содержащим контент, и компьютерной программой.

В таком качестве могутвыступать распространенные сегодня объекты, выполненные по технологииштрих-кодов, QR-кодов или RFID-меток, изображенные на Рисунке 6. Приэтом RFID-метки являются более дорогостоящим аналогом штрих-кодов, нодля этих меток не требуется визуальный контакт для взаимодействия. Такиеметки несут больше информации и могут перемещаться на большиерасстояниябезнарушенияработоспособностисистемдополненнойреальности.а) RFID-меткаб) QR-кодв) Штрих-кодРисунок 6 – Примеры объектов для предоставлениясодержания (контента) в системах дополненной реальности50Второй подход заключается в том, что используются источникиинформации, находящиеся в открытом доступе. В этом случае программныесредства дополненной реальности обращаются к специально созданным такназываемым контентным агрегаторам или брокерам для оперативногонахождения и получения оформленного по особым правилам содержания длякаждого объекта, по которому происходит запрос информации.

На самом деле,в рамках этого подхода можно говорить об использовании внутри технологиидополненной реальности «облачных» технологий.Правильное представление данных о дополненной реальности ирассмотрение этой технологии в курсе информатики основной школы требуетвыявлениямерпосистематизациисоответствующихсредствинформационных технологий. В основе такой систематизации могутнаходиться технические и пользовательские характеристики технологиидополненной реальности [142, 155].Критерием для классификации может выступать тип взаимодействиясистемы дополненной реальности с пользователем. В этом случае выделяютавтономные и интерактивные системы.Автономные системы дополненной реальности не предусматриваютвзаимодействие с пользователями и предназначены только для демонстрацииданных об объекте.