Диссертация (1168722), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Необходимость использованиядополнительных объектов, которыми в настоящий момент воспользоватьсясложно. Значимость масштабирования, а также необходимость «заглянуть»внутрь объекта, как это показано на примере на Рисунке 16.Рисунок 16 – Визуальные средства дополненной реальности позволяютдемонстрировать логическую структуру жёсткого диска компьютераСпособ 4. Применение динамических маркеров. При данном способемаркеры дополненной реальности отображаются на экране электронного126устройства и меняются в зависимости от действий обучающегося. В своюочередь, устройство дополненной реальности учитывает эти изменения.
Такойспособ позволяет получить необходимый уровень интерактивности объектовв динамических процессах. За счет того, что динамический маркер можетиметь различные состояния, им можно моделировать различные управляемыеустройства. Данный способ также подходит и в случае, когда следует выбратьодинобъектизмножества.Темсамымдостигаетсяприближениемоделирования к реальной деятельности, а также сокращение перечняресурсов, необходимых для обучения.Примером применения такого способа при обучении информатике восновной школе является задание на освоение особенностей беспроводныхкомпьютерных соединений, таких как Wi-Fi.
В роли динамических маркероввыступает специальным образом настроенное мобильное компьютерноеустройство аналогично тому, как это показано на Рисунке 17. В зависимостиот действий обучающегося, способов и параметров соединения такогоустройства с беспроводной сетью на его экране будут отображаться различныемаркеры, заранее заготовленные учителем или самими учащимися, которыеустройство дополненной реальности будет интерпретировать и реагироватьсогласно алгоритмам, заложенным в его программное обеспечение.Областьнеобходимостьприменения:использованияработасизменяющимисяинвариантныхсредствобъектами,обученияприварьировании изучаемых объектов и процессов.Все четыре способа обучения с помощью технологии дополненнойреальности с точки зрения позиционирования объектов опираются наобъектно-зависимый подход и использование изображений.
В качествеосновы для соответствующих реализаций в рамках настоящего исследованиябыла выбрана маркерная технология, так как она позволяет упростить задачуи свести её к распознаванию простых фигур.127Рисунок 17 – Отображение на мобильном компьютерном устройствединамических маркеров дополненной реальности,разработанных учителем или обучающимисяОчевидно, что использование технологии дополненной реальности вобразовании и, в частности, при обучении информатике порождает ряддополнительных проблем и задач. В частности, актуальными становятсязадачиразработкинеобходимыхмаркерови3D-моделей,атакжедополнительные требования, предъявляемые к профессиональным качествамучителей информатки.
В определённом смысле такие задачи и тебованияявляютсявзаимосвязанными,посколькусприменениемпростейшихконструкторов и технологий сами учителя могут участвовать в создании идоработке необходимых средств обучения.Указанные выше особенности построения и использования системдополненной реальности свидетельствуют, что в содержание подготовки иповышения квалификации учителей информатики должно быть включеноознакомление с различными аспектами применения систем дополненнойреальности в образовании.О значимости технологий такого типа для подготовки педагогов идругих специалистов отмечено в кандидатском исследовании А.В.
Кислякова,128обосновавшем повышение качества такой подготовки в условиях, когдавиртуальные и другие аналогичные им технологии применяются для сбора ипредоставления методических материалов [72].Современный учитель и, в особенности, учитель информатики долженобладать представлением не только об описанных выше технических аспектахработы разных систем дополненной реальности и механизме примнениямаркеров, но и на практике владеть алгоритмом наложения виртуальногообъекта на заданный маркер. При этом в такой алгоритм входят различныедействия, в числе которых получение данных при помощи видеокамеры,обработка полученных данных, определение маркера и его пространственногоместоположения, формирование данных, требуемых для корректногоотображения 3D-модели или иной значимой для обучения информации, выводна экран компьютера изображений, получаемых при помощи видеокамеры, сих одновременным дополнением виртуальными моделями или другимиинформационными объектами для каждого заданного маркера. Во многом этиаспекты определяют расширение содержания подготовки педагогов в областивладения особенностями технических средств обучения.Учителя информатики необходимо подготовить к обучению сиспользованием современной распространенной мобильной компьютернойтехники, в состав которой входят гироскопы, компасы, системы спутниковогогеопозиционирования, фото- и видеокамеры.
Так, в частности, прииспользовании технологии дополненной реальности на изображение,получаемое при помощи видеокамеры, в режиме реального времени педагогомили учащимися могут быть наложены виртуальные объёмные динамическиемодели. Подобные мобильные устройства могут применяться в любыхсочетаниях с обычными стационарными компьтютерами, в том числе иустановленными в школах, и выступать в качестве современных средствобучения в рамках подготовки по большинству школьных дисциплин. Приэтом, как уже отмечалось выше, для учителя информатики такие средства и129технологии выступают и в качестве объекта, специфике и подходам киспользовнию которого происходит обучение школьников.Таким образом, современным учителям информатики следует овладетьодной из ключевых особенностей технологии дополненной реальности, аименно, выводом виртуальных 3D-моделей на заданные визуальные маркеры.Ранее в диссертации было показано, что получение таких маркеров учителяминеявляетсясложнойзадачей.Вбольшинствеслучаевмаркерыраспечатываются при помощи обычных принтеров на листах бумаги, но когдамаркеры создаются путём простого рисования фломастерами на бумаге.Пример использования таких маркеров на уроке приведён в Приложении 1.Визуальные объекты дополненной реальности – модели, применяемыеучителями, могут заимствоваться из готовых библиотек или разрабатыватьсяс помощью специальных компютерных конструкторов.
Такие вируальные 3Dмодели могут быть анимированными и интерактивными, когда ихсуществование, отображение и поведение управляются педагогом илишкольником.Примером таких разработок может служить создание учителеминформатики 3D-модели компьютерного дата-центра – его стойки итерминалов, как это показано на Рисунке 18. Последующее примнениеподобных моделей в рамках технологии дополненной реальности даётвозможность на уроках информатики продемонстрировать обучающимсяреальные размеры и внешний вид такой компьютерной техники. Как правило,реальные её образцы традиционно являются недоступными для учителя науроках информатки. Использование для такого моделирования 3D-редакторовтипа системы Blender делает эту технологию доступной для многих педагоговпосле непродолжительного самостоятельного изучения или обучения накраткосрочном курсе повышения квалификации.130Рисунок 18 – Создание учителем информатики визуальной 3D-модели стойкикомпьютерного дата-центра для системы дополненной реальностипри помощи 3D-редактора BlenderВажноподчеркнуть,чтотакиесистемы3D-моделированияотносительно быстро осваивают и школьники, как самостоятельно, так и приизучении компьютерной графики, моделирования и мультимедиа-технологийв рамках основного и дополнительного обучения информатике.
Такоеобучение предусмотрено вышеописанными моделью и содеражаниемобновлённого курса информатики и продемонстрировано на примере вПриложении 2. Это даёт учителю возможность использования задачи изаданий не только на применение, но и на разработку подсистем и визуальныхобъектов для технологии дополненной реальности, что и было отмечено внескольких ячейках Таблицы 1.Дляприменениявобразовательныхцеляхиразвитияпрофессиональной подготовки педагогов важно учитывать, что использованиетехнологии дополненной реальности не требует наличия или разработкиспециального оборудования. В большинстве случаев для применения131дополненной реальности в качестве средства обучения подойдет стандартнаядля школы компьютерная техника, а также цифровая фото- или видеокамера.Кроме этого, понадобится специализированное программное обеспечение.
Внекоторых случаях компоненты такого программного обеспечения могутразрабатывать сами педагоги и школьники.Для большинства примеров и средств обучения в рамках настоящегоисследования в качестве базовой была выбрана маркерная технология, так какона обладает повышенной наглядностью, позволяет упростить задачу и свестиеё к распознаванию простых фигур. Для применения в обучении значимо, чтопри задействовании учителями или школьниками нескольких маркеров вовремя изменения их взаимного расположения над соответствующимимоделями будут осуществляться некоторые действия, существенные дляучебного процесса.Примером таких действий с маркерами можно считать занятие поинформатике и систему средств дополненной реальности, основанных намаркерной технологии, описанные в Приложении 1.
Примечательно, что дляпроведения такого занятия учителем совместно со школьниками на языкепрограммированияC#с применением библиотекиAForge.Netбыласамостоятельно разработана нижеследующая недостающая подпрограмма,отвечающая за нахождение углов и последующее опознание визуальныхобъектов, используемых в рамках занятия.public List <ExtractedGlyphData> FindGlyphs (UnmanagedImage image){List <ExtractedGlyphData> extractedGlyphs = new List<ExtractedGlyphData> ( );if ((image.PixelFormat != PixelFormat.Format8bppIndexed) &&(!Grayscale.CommonAlgorithms.BT709.FormatTranslations.ContainsKey(image.PixelFormat ))){132throw new UnsupportedImageFormatException ("Формат этогообъекта не поддерживается.");}// 1 – определение градаций серого цветаUnmanagedImage grayImage = null;if (image.PixelFormat == PixelFormat.Format8bppIndexed){grayImage = image;}else{grayImage = UnmanagedImage.Create (image.Width, image.Height,PixelFormat.Format8bppIndexed);Grayscale.CommonAlgorithms.BT709.Apply (image, grayImage);}// 2 – Определение краёвUnmanagedImage edgesImage = edgeDetector.Apply (grayImage);// 3 – Выделение краёвthresholdFilter.ApplyInPlace (edgesImage);// 4 – Подсчёт замкнутых областейblobCounter.ProcessImage (edgesImage);Blob[] blobs = blobCounter.GetObjectsInformation ( );// 5 – Проверка каждой замкнутой областиfor (int i = 0, n = blobs.Length; i < n; i++){List <IntPoint> edgePoints = blobCounter.GetBlobsEdgePoints(blobs[i]);List <IntPoint> corners = null;// выглядит ли объект как квадрат?if (shapeChecker.IsQuadrilateral (edgePoints, out corners))133{// взять точки границы с левой стороны и с правой стороныList <IntPoint> leftEdgePoints, rightEdgePoints;blobCounter.GetBlobsLeftAndRightEdges (blobs[i], outleftEdgePoints, out rightEdgePoints);// вычислить среднее расстояние между координатами пикселейс внешней и внутренней стороны объектаfloat diff = CalculateAverageEdgesBrightnessDifference(leftEdgePoints, rightEdgePoints, grayImage );// определить среднее различие, которое покажет насколько всреднем внешняя сторона объекта ярче внутрненнейif ( diff > 20 ){// произвести распознавание маркера дополненной реальностиExtractedGlyphData glyphData = RecognizeGlyph (grayImage,corners);if (glyphData != null){extractedGlyphs.Add (glyphData);if (extractedGlyphs.Count >= maxNumberOfGlyphsToSearch)break;}}}} // освободить использовавшиеся ресурсыif (image.PixelFormat != PixelFormat.Format8bppIndexed){grayImage.Dispose ( );}edgesImage.Dispose ( );134return extractedGlyphs;}Описанныеспособыиспользованиятехнологиидополненнойреальности в учебном процессе, положения модели, содержательные иметодические аспекты, отражённые в Таблице 1, а также отмеченные подходык отбору или разработке необходимых визуальных объектов предоставляютвозможность для создания конкретных заданий по информатике для учащихсяосновной школы.Практическое задание №1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
