Большинство российских педагогов еще помнят времена, когда появление в школах калькуляторов и компьютеров казалось победой технического прогресса в образовании. А сегодня уже никого не удивляет интерактивная доска в классе, для проведения опытов и экспериментов используются цифровые лаборатории, а предмет технология включает основы робототехники и 3D-моделирования. Еще одно новшество, упоминание о котором, кажется, совсем недавно встречалось только на страницах журналов о науке и технике, повсеместно и стремительно начинает появляться в школе. Речь идет о виртуальной реальности, или VR. Как эта технология может применяться в образовании и, самое главное, что из себя представляет VR-оборудование и программное обеспечение − обо всем этом мы рассказываем в первой статье специального проекта VR-Class.
История вопроса
В начале 2000-х годов была успешно реализована первая в истории попытка внедрить VR в образование детей. Все началось с 86 сельских школ США, для которых специалистами Университета штата Айова и Iowa Public TV была создана VR-платформа с несколькими виртуальными локациями. Посещать их могли около двух тысяч школьников в сопровождении виртуального инструктора, находящегося в центре VR-университета.
В 2013 году в США был реализован еще один проект − VR-курс по направлению STEM (наука, технологии, инженерия, математика). В рамках его сюжетов ученики при помощи симуляции реального мира получили возможность знакомиться с принципами работы атомной станции и, применяя знания из курса физики и химии, моделировать ее функционал.
В России в нескольких частных школах первое оборудование для VR появилось в 2016 – 2017 годах, а уже в 2019 году в нашей стране был запущен целый ряд крупных образовательных федеральных программ по внедрению VR-технологий в обучение. Шлемы виртуальной реальности в рамках федерального проекта «Современная школа» начали появляться в сельских образовательных организациях (закупки оборудования ведутся для центров «Точка роста»), а в десятках «Кванториумов» по всей стране с 2020 года дети и подростки начали осваивать объемную визуализацию и работать с виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной (MR) реальноcтями. В общем и целом за неполные два года VR-шлемами было оснащено две тысяч школ, а к 2024-му году в рамках реализации проекта «Цифровая школа» их количество планируется увеличить до 16 тысяч.
Что такое VR
Виртуальная реальность представляет собой созданную с помощью специального цифрового оборудования и программного обеспечения среду, с которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично в нее погружаясь.
Для образовательных организаций на тендерных площадках сегодня представлены VR-гаджеты всех форм и размеров − от картонных очков до многофункциональных шлемов. Однако приобрести только шлемы недостаточно. Для их полноценной работы понадобятся также контроллеры (джойстики и указки), которые помогают ученику взаимодействовать с объектами виртуального мира, и аккумуляторы (батарейки) к ним; маячки, которые устанавливаются в помещении, улавливают сигналы со шлема и отвечают за ориентацию школьника в пространстве; штативы для маячков; докстанции для зарядки шлемов и контроллеров, а также к некоторым шлемам и очкам смартфоны и компьютеры (для каких типов шлемов они необходимы – расскажем ниже). И конечно же, для хранения и зарядки гаджетов понадобятся специальные боксы, к которым придется подвести электричество и их соединить с системой вентиляции. Нужны эти боксы не только для сохранности ох какого недешевого оборудования, а еще и потому, что все оно нагревается во время подзарядки и требует большого количества розеток (в боксах они предусмотрены).
Какое бывает оборудование для VR
Несмотря на то, что шлемов и очков для виртуальной реальности на российском рынке становится все больше, а их стоимость снижается, покупка этих гаджетов для школы – недешевое удовольствие. Но, к счастью, в случае с VR для школ – дороже не значит удобнее и лучше. Сэкономить, и порой, очень серьезно, можно, если досконально изучить предложения и выбрать оборудование и ПО не «по бренду», а по потребительским свойствам, которые требуются педагогу.
Ключевые различия основного компонента (шлема, очков) комплекта для VR:
- качество линз (а значит, картинки виртуального мира),
- удобство использования (наличие/отсутствие проводов),
- наличие джойстиков (перемещение и взаимодействие с предметами в VR),
- необходимость устанавливать маячки и калибровать очки и шлемы перед использованием,
- возможность перемещаться в пространстве.
Однако принципиальное, главное различие не в этом. Все ныне существующие шлемы и очки для VR подразделяются на три типа. Рассказываем подробнее о каждом из них.
Тип 1. Кардборды
Oculus Go , Pico G2 , Google Cardboard, Samsung Gear VR, YesVR, VR-очки Huawei VR
Это самый простой, массовый и недорогой продукт на рынке. Гаджет представляет собой, проще говоря, картонный или пластиковый короб − держатель для смартфона с линзами. Экран смартфона программно делится пополам, каждая половина показывает изображение для одного глаза, и вместе получается объемное изображение. В самом коробе два небольших экрана, расположенных напротив каждого глаза, шоры, предотвращающие попадание внешнего света, и стереонаушники. Экраны показывают слегка смещенные друг относительно друга стереоскопические изображения, обеспечивая реалистичное 3D-восприятие. В шлемах также содержатся встроенные акселерометры и датчики положения.
Кардборды отслеживают только повороты и вращение головы, но не перемещение в пространстве. Говоря техническим языком, у них три степени свободы — 3 DoF (возможность геометрической фигуры совершать геометрические движения в пространстве, а именно: двигаться вперед/назад, вверх/вниз, влево/вправо). Они отлично подходят для просмотра учебных видео 360° и простых приложений.
Кроме самого шлема, в комплект обычно входит как минимум один контроллер (джойстик), с помощью которого происходит взаимодействие с меню и виртуальными предметами, а его движения в виртуальном мире выглядят как движение руки.
Тип 2. Гарнитуры
Oculus Rift, HTC Vive
Шлемы и очки этого типа работают с помощью проводного соединения с ПК и консолями. Все программное обеспечение загружается в компьютер, а шлем просто показывает картинку. За счет этого шлемы и очки выдают более высокий уровень графики, вплоть до реалистичной (если используется компьютер с мощной видеокартой). Чаще всего шлем соединен с компьютером проводом, лишь некоторые современные модели передают сигнал с компьютера через дополнительные внешние датчики по Wi-Fi.
Из пользовательских шлемов, доступных к покупке в России, самые популярные − Oculus Rift S стоимостью около 150 000 рублей за один VR-комплект (50 000 шлем и 100 000 компьютер), и HTC Vive Pro (обойдется примерно в 150 000 рублей, вместе с компьютером комплект будет стоить около 250 000 рублей).
Стоимость VR-очков и шлемов, работающих от компьютера, кратно превосходит любые другие модели. Разумеется, есть варианты подешевле, есть подороже (полный их обзор мы представим в одной из статей спецпроекта). Отметим лишь, что гарнитуры могут отличаться друг от друга эргономикой (насколько удобно шлем или очки сидят на голове), разрешением экранов, углом обзора, плотностью пикселей, особенностями линз, способом и качеством определения их положения в пространстве.
Еще одним важным отличием гарнитур является так называемая степень свободы – уровень 3DoF позволит только лишь смотреть по сторонам, уровень 6DoF не только смотреть, но и шагать в виртуальном пространстве, что позволит осматривать виртуальные предметы, обходя их с разных сторон или приближаясь-удаляясь физически, ногами.
Тип 3. Автономные шлемы и VR-очки
Oculus Quest, Vive Focus Plus и Pico Neo 2
Эти устройства не требуют подключения к компьютеру или смартфону, программное обеспечение и ОС устанавливается прямо в гаджет. Отличительной чертой таких шлемов является степень свободы 6DoF. Кроме того, автономные шлемы не требуют калибровки и установки в помещении датчиков, отслеживающих перемещение пользователя в пространстве.
В России пользуются наибольшей популярностью три автономных шлема: Oculus Quest, Vive Focus Plus, и Pico Neo 2.
Oculus Quest стал промежуточным звеном по бюджету и функционалу: в нем можно ногами перемещаться в пространстве и не использовать никаких проводов. Хотя его мощности недостаточно для полностью реалистичной графики виртуального мира, для подавляющего большинства образовательных задач производительности вполне хватит. Вместе с тем Oculus Quest можно подключить к компьютеру и использовать как VR-гарнитуру.
Еще один вариант автономного шлема − Pico Neo 2. Это новый полноценный шлем с 6DoF, который не требует подключения к компьютеру, работает без датчиков и полностью автономен. В отличие от Oculus Quest, в расширенной версии этот шлем поддерживает еще и трекинг движения глаз и обладает отличной системой охлаждения лица – жарко в нем не будет точно.
Все шлемы и очки обладают характеристиками, которые нужно учитывать при закупке: типом подачи контента, различной глубиной погружения, удобством ношения.
Шлемы по типам подачи контента:
- интерактивный кинематограф − виртуальная среда, с которой пользователь может взаимодействовать от первого лица;
- виртуальный кинотеатр − виртуальная среда, в которой пользователь смотрит за действиями персонажей от третьего лица, при этом находясь среди них;
- виртуальный аквариум −виртуальная среда, в которой пользователь может перемещаться и рассматривать виртуальные объекты, но не взаимодействует с ними;
- виртуальная поездка − виртуальная среда, в которой пользователь как бы едет среди виртуальных объектов и при этом может осматривать виртуальное пространство на 360°;
- виртуальная интерактивная площадка − среда, в которой пользователь имеет возможность общаться с другими пользователями.
Глубина погружения − степень ощущение присутствия в виртуальном мире. Эта характеристика определяет, насколько качественно VR-гаджет будет способен «обманывать» мозг, выдавая виртуальную картинку за реальную.
Отметим также, что распространенной на VR-шлемах с уровнем 6DoF становится и функция Inside-Out трекинга, когда для отслеживания положения пользователя в пространстве не требуется размещения базовых станций, маячков и монтажа камер в классе. Эта функция особенно важна для школы, т.к. снимает проблему калибровки шлемов перед началом работы и позволяет ученикам работать за партами.
Большинство устройств, представленных на российском рынке, совместимы с одной или несколькими из VR-платформ, на которых создаются ПО – программы для шлемов, начинка виртуального мира.
Приложения для мобильных VR-гаджетов совместимы в свою очередь с Android и iOS.
Как можно использовать VR в школе
Использование виртуальной реальности в школе открывает перед педагогами огромное количество возможностей: «проникать» вместе с учениками в микро- и макромиры, безопасно проводить рискованные физические эксперименты, ускорять и замедлять химические реакции и биологические процессы, перемещаться во времени и наблюдать исторические события глазами очевидцев. А кроме того, VR расширяет границы всех видов коммуникаций, позволяя приглашать на урок в виртуальным мир ученых, педагогов, сверстников своих учеников из любого города или страны.
Самое простое, для чего учитель может использовать оборудование виртуальной реальности в классе − это просмотр с учениками видео 360°, когда ученик, надев шлем, отправляется в качестве зрителя в мир учебного предмета. Например, если на уроке географии речь зашла о Мачу-Пикчу, дети могут «оказаться» в Перу, а изучая на уроках физики законы Теслы, переместиться в мастерскую физика и стать свидетелями его открытий.
Интересное решение для школ предложил Google, назвав образовательный продукт Expeditions. Для его установки достаточно скачать Google Play приложение Cardboard, и несколько учеников в виртуальной реальности, использующих одну сеть Wi-Fi, могут вместе отправиться в «экспедицию», причем один из них может выступить в роли проводника к Великой китайской стене, Букингемскому дворцу, МКС и Юпитеру – всего представлено более 500 образовательных экскурсий.
Уже разработаны готовые уроки с использованием таких видео, например, в комплекте с набором для виртуальной реальности ClassVR. Вот как это работает. Учитель загружает в гарнитуру «список воспроизведения» событий, относящихся к преподаваемому уроку, и ученик может взаимодействовать с ними посредством контроллеров. На передней панели ClassVR есть 8-мегапиксельная камера, которая позволяет им выбирать элементы, держа руку перед гарнитурой. Надев ее, ребенок получит доступ к различным действиям в виртуальной реальности. Также есть режим, который позволяет видеть класс и не врезаться в окружающие предметы. Однако ClassVR разработан для использования за партой, а не для перемещения по классу.
Другим примером может служить ПО для обучения от компании Nearpod, которая использует виртуальную реальность для добавления контекста к урокам, с «виртуальными полевыми» поездками, которые перемежаются викторинами, мероприятиями и слайдами, показывающими информацию по предмету. Например, в модуле «Банджи-джампинг» ученик получает 360-градусный вид на вершину башни для прыжков с банджи, прежде чем его попросят нарисовать диаграмму, подробно описывающую действие закона Ньютона в этой ситуации и действие этих законов на тарзанку, если бы инопланетная сила внезапно устранила гравитацию. Nearpod предлагает, к примеру, еще одно очень интересное ПО «Эпидемия», где ученики в виртуальной реальности, а значит совершенно безопасно, могут исследовать распространение гриппа и знакомиться с трехмерной моделью самого вируса.
Образовательный VR-контент сейчас можно найти в самых разных источниках, например:
- в каталогах App Store, Google Play или Steam. В данных сервисах находится несколько десятков самых разнообразных приложений, направленных на обучение и получение новых навыков;
- на «Ютьюбе», где уже сегодня выложены сотни роликов, созданных специально для VR;
- в библиотеках ПО от производителей оборудования. Кроме того, сегодня все больше компаний направления VR имеют в штате педагогов, методистов и программистов, которые разрабатывают образовательные материалы под заказ и создают их под конкретные задачи для общего доступа. Многие из предложений доступны совершенно бесплатно. Плюс есть демоверсии, позволяющие опробовать технологию и решить, готовы ли вы платить за конкретное предложение.
Если вы думаете, что сегодня слишком мало VR-программ для обучения, спешим уверить вас в обратном. По оценке Центра НТИ ДВФУ, в России сейчас более 15 компаний, разрабатывающих образовательные AR/VR-решения для школ и колледжей. Перечислим некоторые из них.
Modum Lab. В 2019 году запустила новое направление Modum Education, в рамках которого специализируется на разработке технологичных решений для школ и университетов. За год было реализовано несколько проектов, в частности в сотрудничестве с HP Inc. в московской школе №1296 открыт высокотехнологичный образовательный класс с виртуальной реальностью для изучения биологии и физики.
Luden.io. Еще в начале 2015 года выпустила приложение InMind VR, где в игровой форме можно было путешествовать по мозгу и лечить нейроны.
Решение VR Concept позволяет в рамках VR-платформы изучать архитектуру, машиностроение, сложные инженерные объекты, в том числе в удаленном и многопользовательском формате обучения.
Компания Rubius совместно с командой ученых и студентов Томского государственного университета создала прототип платформы для сборки образовательных модулей с использованием VR/AR. Пилотный проект предназначен для преподавателей ОБЖ.
Компания MEL Science развивает продукт MEL Chemistry VR. Он представляет собой систему занятий по химии длительностью от трех до семи минут, где с помощью VR визуализируется сложный материал. Это можно интегрировать в обычный школьный урок.
Издательство цифрового контента «Физикон» разработало концепт образовательной среды для проведения в школах занятий с использованием технологий VR, благодаря которым разработаны трехмерные модели и тематические комплекты для уроков физики, истории, естествознания, географии и биологии.
Еще несколько программ, которые можно использовать на уроках астрономии, химии, физики, географии:
Universe Sandbox 2. Настоящий космический симулятор, в котором ученики могут наглядно увидеть, как работает гравитация, климат и физические взаимодействия в космосе.
The Body VR. По праву один из лучших симуляторов путешествия внутри человеческого тела. Позволяет пройти путь по кровеносным сосудам, увидеть настоящие клетки и смертельные вирусы.
3D Organon VR Anatomy. Это первый в мире атлас анатомии человека в VR. В нем собрано более 4 000 реалистичных анатомических моделей.
Google Earth VR. Дает возможность увидеть мировые достопримечательности «в полный рост» и рассмотреть их со всех сторон. Египетские пирамиды, Эйфелева башня, Ниагарский водопад – уникальные объекты становятся ближе.
Перспективы VR в школе
Согласно данным аналитического агентства KPMG за 2019 год, VR/AR-технологии уже используют в 21% крупнейших отечественных компаний, и появление VR в школе открывает перед педагогами колоссальные возможности дополнить образование, сделать его более практико-ориентированным и интересным для учеников.
Не можем не сказать, что часть детских образовательных проектов в России находится на стадии пилотных, но уже в следующем году можно будет говорить о полноценном внедрении VR в ряд школ и первых результатах обучения.
Растет и число проведенных исследований о применении технологии: становится понятнее, как VR-очки влияют на детей, подростков и взрослых, и более того, в НТИ ДВФУ уже сейчас разрабатывают санитарные правила для школьников по эксплуатации VR-шлемов. Ожидается, что в ближайшее время будут появляться новые методические разработки, государственные рекомендации по эксплуатации VR/AR, а также новые исследования.
Выражаем благодарность НТИ ДВФУ и лично Виктору Демину за консультирование и всестороннее содействие в подготовке материала.
Оригинальная статья размещена здесь.
Чтобы быть в курсе последних новостей из мира образования, подписывайтесь на наш Telegram-канал.
