Дополненная реальность — это расширенная версия реальности или интеграция цифровой информации с окружающей средой пользователя в режиме реального времени.
AR-приложения пишутся в специальных 3D-программах, которые позволяют разработчику создавать контекстную цифровую информацию в компьютерной программе и помогают взаимодействовать в реальной жизни.
Рассматривая достижения AR и его возможности, эта технология приносит пользу образованию во многих отношениях. Во-первых, поскольку AR заменяет бумажные учебники, плакаты, физические модели, печатные руководства, он будет портативным и доступным в любое время и в любом месте. По данным исследовательского центра Pew Research Center, 73 % подростков имеют доступ к смартфону, в результате чего AR-технологии доступны для большинства целевой аудитории [1]. Во-вторых, более высокая вовлеченность студентов гарантирована, потому что интерактивное и геймифицированное AR-обучение может оказать существенное влияние на студентов и поддерживать их вовлеченность на протяжении всего урока. Кроме того, AR предлагает более быстрый и эффективный процесс обучения за счет визуализации и полного погружения в предмет.
Кроме того, некоторые общеобразовательные школы испытывают трудности с обеспечением всех учащихся приборами или оборудованием для проведения физических или химических экспериментов. Таким образом, AR предлагает уникальную возможность для всех студентов получить качественное образование.
Цель исследования: применение возможностей дополненной реальности в образовательных целях.
Гипотеза: применение возможностей дополненной реальности в образовательных целях повышает эффективность учебного процесса.
Этапы разработки
- исследование основных возможностей дополненной реальности, используемые в образовательных целях;
- изучение возможностей Unity 3D и создание иммерсивной среды;
- разработка программного обеспечения дополненной реальности для мобильных устройств;
- отслеживание изображении, 3D-объектов в режиме реального времени с помощью Image Targets;
- применение объектно-ориентированного языка программирования для обеспечения взаимодействии с 3D объектами;
- улучшение дизайна и обеспечение дружественного интерфейса для пользователей;
- тестирование эффективности и выявления важности дополненной реальности в образовании.
Экспериментальная методика
– Создание трехмерной среды, интерактивного контента за счет применения возможностей Unity 3D.
– Было применено объектно-ориентированное программирование для обеспечения реального взаимодействия с виртуальными объектами.
– Улучшен дизайн приложения с помощью графического редактора.
Новизна исследования
Для лучшего понимания учебного плана разработана специальная методика, в которой применяется технология дополенной реальности, на основе которой будет решена проблема обеспечения школ лабораторным оборудованием.
Этот проект будет использоваться в качестве мобильного приложения для лучшего понимания образовательного процесса.
Результаты и заключение
– возможности дополненной реальности были изучены путем изучения предыдущих проектов;
– применен объектно-ориентированный язык программирования, обеспечивающий взаимодействие между пользователями и объектами;
– получены отзывы о тестировании проекта, которые были использованы для повышения качества проекта;
– проведен опрос среди учащихся и выяснено важность AR в изучении нового учебного материала.
Исследования в рамках этого проекта в настоящее время продолжаются, и планируется улучшить качество работы и расширить целевую аудиторию. Я сделала вывод, что люди лучше понимают процесс обучения через визуализацию и получения опыта в реальном времени.
- Сбор данных:
В настоящее время исследования по АR сместились от самого алгоритма к его применению в конкретных областях. Некоторые ученые пытались изучать приложения AR в образовательном контексте:
– Биллингхерст, Като и Пупырев разработали интерфейс под названием Magic Book, основанный на технологии AR [2]. Иллюстрации в книге преобразуются в анимации, которые затем накладываются на книгу. Человек может переворачивать страницы книги, смотреть на картинки и читать текст без каких-либо дополнительных технологий. Пользователи могут легко менять виртуальные модели, переворачивая страницу, и когда они видят сцену, которая им особенно нравится, они могут влететь на страницу и испытать ее как захватывающую виртуальную среду (рис. 1)
Рис. 1. Пользователь испытывает видео-опосредованную реальность
– Кауфман и Шмальстиг предполагали совместное взаимодействие учителя и ученика с помощью технологии AR и подтвердили своими экспериментами, что наблюдение 3D-объектов в своих учебниках и взаимодействие с ними помогает учащимся улучшить свои пространственные способности [3]. Система предлагает базовый набор функций для построения примитивов, таких как точки, линии, плоскости и другие простые элементы, а также булевы операции. Таким образом, учителя могут легко объяснить превращения геометрических фигур и отношения между ними в пространстве (рис. 2)
Рис. 2. Математическое и геометрическое образование с совместной дополненной реальностью
- Настройка платформы Vuforia и Image Targets (нацеленные изображения):
Реализация 3D-среды и создание интерактивного контента были сделаны с использованием возможностей Unity 3D. Unity3D — это платформа, где человек может создать иммерсивную среду с помощью AR или VR.
В данном случае я использовала AR-систему, которая отображает реальную сцену, захваченную камерой, как нижний слой. Для получения дополнительной информации я использовал демонстрацию евангелиста Мэтта Шелла, в которой он показывает интеграцию Vuforia SDK в редактор Unity. [4]
- Отслеживание и кодирование :
Есть 3 различных сцены:
1.Меню
2.Physic_lab
3.Что такое электричество? (видео)
- Тестирование и проведение опроса:
Я сравнила эффективность обоих методов обучения: традиционных методов обучения и применения АR в образовании, проведя эксперимент, в котором ученики разделились на 2 группы. В то время как первая группа использовала бумажные учебники для обучения студентов второй группы, они были предоставлены приложением AR. В первой части урока они изучали одну и ту же информацию, но с помощью разных методов обучения. Я заметила, что студенты второй группы были полностью погружены в процесс обучения, в то время как студенты первой группы испытывали некоторые трудности: они хмурились, чтобы что-то вспомнить. Данная информация была связана с физикой, и у них была тема об электричестве.
AR-приложение, получившее название physic_lab, включает в себя физическую лабораторию, где пользователи должны соединять лампочку и батарею с помощью кабелей и анализировать движения электронов, а также короткое видео.
Во второй части урока я дала им тест с аналогичными вопросами, относящимися к теме. Общее количество вопросов: 20.
Результаты показали, что средний балл 2-й группы был выше среднего балла 1-й группы. (Рис.3)
Рис. 3
Изучая полученные результаты, я могу сделать вывод, что люди лучше понимают процесс обучения благодаря визуализации и получению опыта в реальном времени.
Затем был проведен небольшой опрос, в котором приняли участие 70 учеников 8-го класса. Почти 80 % респондентов были удовлетворены применением AR в образовательном контексте. (Рис.4)
Рис. 4. Результаты опроса
Заключение:
По результатам проведенного исследования были получены следующие результаты и выводы:
– возможности АР были изучены путем просмотра предыдущих проектов ученых;
– применен объектно-ориентированный язык программирования, обеспечивающий взаимодействие пользователей с объектами / элементами;
– получены отзывы о тестировании проекта, которые были использованы для повышения качества проекта;
– проведен опрос, который помог проанализировать эффективность АР в образовании.
Исследования в рамках этого проекта в настоящее время продолжаются, и планируется улучшить качество работы и расширить целевую аудиторию. Я провел опрос об эффективности и новизне моего проекта и сделал вывод, что люди лучше понимают процесс обучения через визуализацию и получение опыта в реальном времени.
Эти результаты могут быть заметны в образовании, в целом. Некоторые общеобразовательные школы испытывают трудности с обеспечением всех учащихся приборами или оборудованием для проведения физических или химических экспериментов. Таким образом, этот проект предоставляет уникальную возможность всем студентам получить качественное образование.
Литература:
- Pew Research Center’s Teens Relationships Survey, Sept25-Oct9, 2014; Feb10-Mar16,2015
- M Billinghurst, H. Kato and I. Poupyrev, The magic book:A transitional AR interface, Computers & Graphics,25(5),2001, pp.745–753.
- H. Kaufmann and D. Schmalstieg, Mathematics and geometry education with collaborative augmented reality, Computers & Graphics,27(3), 2003, pp. 339–345.
- Matt Schell «Recorded Video Session: Creating AR Content with Vuforia» 2018
- Su Cai, Feng-Kuang Chiang and Xu Wang, International Journal of Engineering Education Vol. 29, No. 4, pp. 856–865, 2013 Printed in Great Britain
