«Дополненная реальность» как инструмент повышения эффективности морского образования (в рамках разработки трехэлементной модели национальной морской деятельности и Стратегии создания и функционирования морского национального университета).

А.В.Щербина,

руководитель морской практики

УМиПП БГАРФ

«Дополненная реальность» как инструмент

повышения эффективности морского образования

(в  рамках разработки  трехэлементной модели национальной морской деятельности и Стратегии создания и функционирования морского национального университета).

Рассмотрен один из перспективных инструментов повышения эффективности морского образования. Показано, что использование средств «дополненной реальности» уже в среднесрочной перспективе способно стать не только элементом повседневной информационно-интеллектуальной поддержки морской деятельности, но и имеет значимый образовательный, научно-производственный и управленческий потенциалы, при этом являясь востребованным рыночным продуктом. При качественном управлении данной инновацией в ее развитии, последняя способна стать одним из  ресурсов развития морехозяйственного, научно-производственного, образовательного и туристического кластеров Калининградского региона.

Ключевые слова: морское образование, морехозяйственная деятельность, дополненная реальность,

1.Введение

В процессе стратегирования сопряженных друг с другом процессов создания и развития морского национального университета  видится целесообразным предусмотреть упреждающее создание и развитие элементов инновационной системы подготовки курсантов (студентов) к получению полноценного и конкурентного на рынке морских профессий высшего морского технического образования, рассматриваемого одновременно и как личная самоценность,  и как элемент непрерывного образования граждан РФ.

Этот посыл дает нам возможность перейти к частному целеполаганию, касаемому заявленных элементов инновационной системы подготовки.

Главная цель – создание и поддержание на актуальном уровне образовательно-исследовательской среды, формально не противоречащей международным стандартам образования (в том числе морского технического и общего образования), но содержательно основанной на использовании прорывных инновационных технологий для освоения и долгосрочного закрепления получаемых в период обучения знаний, умений и навыков.

Другая цель (в обеспечение главной) – создание и реализация новых  частных инновационных проектов (элементов проектов), востребованных как в образовательной, так и во внеучебной (в т.ч. неформальной) деятельности  молодежной среды. При этом предусмотривается параллельное создание адаптированных программ (элементов программ), рассчитанных на учащихся с ограниченными возможностями и другими особенностями развития.

Цель (в развитие успеха) – тиражирование собственных наработок для учебных заведений и других заинтересованных пользователей.

Одним из инструментов повышения эффективности  освоения и закрепления знаний, умений и навыков  и соответствующих заявленному целеполаганию, на наш взгляд, может стать  использование технологии так называемой  дополненной реальности (англ. augmented reality, AR — «расширенная реальность») [1].

Дополненная реальность - термин, обозначающий:

1.совокупность приборов, систем и информационных сред, комплексным использованием которых окружающая действительность дополняется результатами введения в естественное поле восприятия пользователя дополнительных сенсорных данных.

2. технологию теоретического и практического обучения с одновременным организацией изучаемой и созданием экспертной среды с целью визуализации сведений об окружающей обстановке  и/или ее элементах и  улучшения восприятия информации

В качестве дополнительных сенсорных данных  могут выступать различного рода тексты, плоские и объемные элементы и объекты, звуки и т.п., которые могут быть как пассивными, просто наблюдаемыми, так и активными, т.е. взаимодействующими с пользователем.

На сегодняшний день свое практическое применение технологии дополненной реальности нашли в пилотируемой космонавтике и  в военном деле:

- индикация на лобовом стекле летательного аппарата и/или на шлеме пилота:
              -  индикация на остекленении ходовой или боевой рубки надводного корабля ВМФ.

Позволяет получать информацию на фоне наблюдаемой   обстановки, не отвлекаясь на приборную панель и уменьшить время на принятие и реализацию решения, в т.ч. осуществлять целеуказание системам оружия поворотом головы или движением глазных яблок.

Проведение хирургических операции с использованием очков Google Glass, позволяет медикам использовать экспертную помощь коллег в формате видеоконференции или вызывать с помощью голоса результаты анализов. За последние несколько лет дополненная реальность получила применение и в рекламной сфере и маркетинге, где она используется для привлечения покупателя и увеличения объема продаж.

2.Причины актуальности дополненной реальности:

2.1. Доступность  информации.

2.2. Интерактивность. 

2.3. «Ух, ты» - эффект.  Необычный  способ  представления  информации привлекает внимание и усиливает запоминание.

2.4.  Реалистичность.  Увеличение эффекта воздействия на пользователя по сравнению с обыденным восприятием.

2.5. Инновационность. Дополненная реальность сейчас воспринимается как нечто новое, что переносит пользователя в мир будущего и учит его в нем.

3.Возможности использования.

3.1.Морехозяйственная и повседневная  морская деятельность, морская индустрия, яхтинг.

- наглядное отображение информации не мешающей наблюдению за надводной (надводной и воздушной) обстановкой в районах интенсивного судоходства, при заходе (выходе) в порт, проходе узкостей. Особенно актуально при малом экипаже и/или первом (редком, давнем) проходе по маршруту.

- информационная поддержка при изучении района плавания, принятии решения на переход морем, планировании маршрута перехода, тренажерной подготовке.

- идентификация объектов, опознавание стационарных (маяки, приметные мысы, навигационные знаки и т.д.) ориентиров и динамических целей (надводных и воздушных судов) во время рейса ( морского похода).

- поддержка пользователя при анализе текущей обстановки, предоставление ему дополнительной информации в реальном масштабе времени.

- уменьшение времени на организацию управления и/или взаимодействия как при повседневных, так и при редко возникающих ситуациях (включая аварийные).

3.2. Морской (речной) туризм. Индустрия морских развлечений.

- получение актуальной информации при заходе в порт (электронный гид по городу, карты города, на которых отображаются  в т.ч. существовавшие ранее объекты; местонахождение и отзывы о гостиницах, ресторанах и т.д.), при проходе вблизи интересных природных, индустриальных и пр. объектов.

- отображение информации (в т.ч. наглядное) как элемент «индустрии морских впечатлений», «морской индустрии сопереживаний» (например, здесь проходил маршрут морской экспедиции…; здесь затонул…, так выглядел с моря Калининград (Кронштадт, Петербург, Севастополь, Сочи и т.д.) в …. году и т.д.)

3.3.Судостроение и судоремонт.

- позволяет наблюдать несуществующий в реальности объект, продемонстрировать чертёж как 3D-модель и т.д.

- организация некоторых элементов управления и взаимодействия при построечных и/или (судо-) ремонтных работах.

- поддержка пользователя, предоставление ему необходимой информации в реальном масштабе времени.

3.4. Морское образование и воспитание.

- реализация изучения общеобразовательных и специальных предметов «методом погружения».

- повышение интереса к изучаемому предмету за счет изменения качества восприятия окружающей обстановки, «учеба и наука через игру». Повышение интереса учащихся общеобразовательных учебных заведений к морским, инженерным и морским инженерным специальностям.

- изготовление (в т.ч. и самими учащимися) и продвижение новых учебных (в т.ч. интерактивных) пособий, тренажеров, виртуальных стендов и т.д., возможность визуализировать любое понятие, явление и /или процесс, просмотреть и исследовать его.

- попутный воспитательный процесс.

- предрейсовая (предпоходовая) тренажерная подготовка.

3.5.Отраслевые выставки, конференции и презентации.

- презентации на больших экранах;

 - презентация - продажа продуктов и услуг;

- печатные СМИ (3D-обложки и интерактивные рекламные модули);

- печатные  издания  (3D-открытки, книги, проспекты, буклеты  с возможностью  просмотра интерактивных трехмерных иллюстраций);

- онлайн – и др. компьютерные игры (как инновационный способ продвижения своего продукта покупателю, в т.ч. и через Интернет);

- отображение «ненапрягающей» информации об объектах вокруг пользователя через экран мобильного телефона или планшета пользователя.

Системы дополненной реальности можно классифицировать разными способами [2]. По типу представления информации системы бывают:

• визуальные – в таких системах источником информации является изображение;

• аудио – такие системы подают пользователю информацию в виде звука;

• аудиовизуальные – системы, которые соединили в себе два предыдущих типа.

по типу устройств, от которых система AR получает информацию:

• геопозиционные – с ориентацией на сигналы систем позиционирования GPS или ГЛОНАСС, также могут использовать компас и акселерометр для определения угла поворота относительно вертикали и азимута;

• оптические – источником информации является изображение, полученное с камеры,.

по степени мобильности:

• стационарные;

• мобильные.

по степени взаимодействия с пользователем:

• автономные – системы, задача которых заключается в том, чтобы предоставить пользователю нужную информацию;

• интерактивные – происходит активное взаимодействие с пользователем, который на свои действия получает ответ от системы.

На сегодняшний день существует два основных вида продукта дополненной реальности.  Это

- очки, которые «дополняют мир» с помощью проецирования информации на стекла. 

- смартфон-камера  с  дополненной  реальностью,  когда  человек видит дополнение на экране смартфона.

Оба вида работают как с использованием специальных маркеров, так и без них. Маркеры  дополненной  реальности  предоставляют  и самому пользователю возможность наложить типовые 2D- и 3D- объекты поверх изображения с камеры и, таким образом, самому «дополнить» реальность.

4.Потенциальные потребители:

Экипажи и практиканты судов рыбопромыслового и транспортного флотов, экипажи кораблей ВМФ, крейсерских, прогулочных и малых яхт, пассажиры и туристы, совершающие морской и/или речной круиз, курсанты и студенты учебных заведений морского и инженерного профиля, сотрудники морских (военно-морских) и морских инженерных (военно-морских инженерных) образовательных учреждений, судостроительных и судоремонтных предприятий.

5. Потенциал грядущих изменений.

2020г.

Бассейны Балтийского и Чёрного моря (включая Балтийские и Черноморские проливы), подходы к российским и большинству европейским портам не оцифрованы вообще. Услуги допреальности в портах Средиземного и Северного морей и в Исландии – не предоставляются. Оцифровка портов – крайне примитивна: основные «массовые» гостиницы, кафе, рестораны, такси, и при этом - далеко не все музеи и культурно- исторические достопримечательности. Много неактуальной (старой, неоткорректированной, неуточненной и т.д.) временной и событийной информации. Даже в серьёзных отечественных открытых печатных изданиях (за исключением разве что лоций издания ГУНиО МО РФ), не говоря уже об интернет-изданиях в информации о морях, портах, морских и прибрежных объектах много пропусков и ошибок (фактологических и хронологических).

2030г.

Значимая часть бассейнов Балтийского и Чёрного моря (включая Черноморские проливы), подходы к российским портам - оцифрованы. На отечественных судах и в отечественных портах предоставляются услуги допреальности (в ряде случаев они включены в стоимость билета и/или сервиса гостиницы). В российской морской индустрии (вкл. туристическую и спортивную) активно используют продукты дополнительной реальности. Заключено несколько серьезных договоров об экспорте услуг допреальности, существуют совместные проекты по оцифровке Ботнического залива, Балтийских проливов, Северного и Средиземного моря. Уменьшение себестоимости оцифровки произошло в том числе и из-за того, что серьезные игроки, заинтересованные в продвижении своих товаров и услуг внутри и вовне, оказали обоюдовозмездную помощь при проведении оцифровки и продолжают своё участие в проекте с целью актуализации ценной для них информации.

Дополнительный бонус – откорректирована (уточнена) фактологическая и хронологическая информация в части касаемой объектов проекта. Изданы как «классические» печатные  издания (в т.ч. как сувенирно-подарочный вариант и как рабочая брошюра), так и 3D- открытки, книги  с возможностью  просмотра интерактивных трехмерных иллюстраций; в студенческих малых инновационных предприятиях ведется работа по созданию онлайн – и др. компьютерных игр увязанных с позиционированием и продвижением инженерно-морского, образовательного и культурно-туристического продукта.

2035г.

Значимая часть морских бассейнов и все порты бассейна Атлантического океана, часть морских бассейнов и подходы к основным портам Северного Ледовитого, Тихого и Индийского океанов - оцифрованы. На судах и в портах услуги допреальности включены в стоимость билета (сервиса гостиницы).  В мировой морской, образовательной и туристической индустрии (включая гостиничный бизнес) активно используют продукты дополнительной реальности. Стоимость их резко снизилась, прежде всего, за счет ещё более резкого возрастания спроса на продукт. Действуют совместные проекты по оцифровке Тихого океана, Арктики и Антарктики.

2040г.

Океанские и морские бассейны, подходы к портам и устьям рек – оцифрованы полностью. Завершается работа по оцифровке небольших водоемов  Услуги допреальности являются естественными и никого не удивляют.  В российских технических университетах проводиться ежегодные конференции «ДопРеальность – Next» с демонстрацией новых «слоёв реальности» и новых концепций и направлений использования продукта.

6.Возможные  критерии качества организации продукта дополненной реальности.

6.1.Минимальные затраты на создание приложений для широкого использования. Для  того  чтобы  элементы  технологии  дополненной  реальности  можно было применять в распространенных приложениях, стоимость разработки таких элементов нужно значимо уменьшать.

Одним  из  путей понижения  стоимости является  использование стандартных,  серийно производимых устройств, к  примеру, типовых WEB-камер, стандартных компьютеров, и обыкновенных дисплеев малого разрешения.

6.2.Правдоподобное расположение виртуальных объектов. Виртуальный объект, будучи размещенным в установленной точке реально наблюдаемой сцены, обязан себя вести так, чтобы у человека формировалось впечатление, что этот объект на самом деле является частью реально наблюдаемой сцены.

Визуальная информация должна обновляться, по меньшей мере, 15 раз в секунду, однако желательно не менее 30 раз. Задержка  в  позиционировании  или  реакции объекта (предмета) будут крайне заметны, и будут выделять его на общем фоне.

6.3.Правдоподобная передача не только визуального ощущения, но и иного, скажем, тактильного. Это, в определенном смысле, можно выразить фразой: «Что вы видите, то и чувствуете». Пользователь должен «чувствовать» наличие несуществующего объекта, в то же момент времени и в той же точке, в соответствии с получаемой визуальной информацией.

6.4.Виртуальные и реальные объекты визуально должны быть не- или малоотличимы. В дополнение к фотореалистичному обрисовке виртуальных предметов, что само по себе является неотъемлемым требованием дополненной реальности,  визуальное совмещение существующих  и  несуществующих объектов должно происходить корректно. Это, по сути, является одним из наиболее трудно реализуемых условий, так, как мы обычно  не знаем, откуда и куда смотрит человек. Следовательно, не представляя геометрических  характеристик  и  расстояний  между  реальными  объектами,  мы  не можем однозначно и правильно разместить в пространстве  реальные  и виртуальные объекты. Отметим то, что в сфере виртуальной реальности этот вопрос не возникает, так, как все объекты обрисовываются программой, как раз исходя из их характеристик.

6.5.Виртуальные объекты обязаны подчиняться физическим законам реального мира. В первую очередь, связано это с ситуациями «столкновения» виртуальных и реальных объектов. Человек может передвигаться как ему угодно в дополненном пространстве, дополненная  реальность должна обеспечивать возможность передвижения в пространстве без каких-либо механических ограничений.

6.6.Система дополненной реальности должна быть несложна в настройке и запуске. Для того, чтобы обусловить положение наблюдателя, большое количество систем дополненной реальности требуют определенной калибровки камеры, следящей за реальной сценой. Процесс калибровки сложен, особенно для камер с фиксированным фокусным расстоянием. Стандартные WEB-камеры, как правило, не могут менять фокусное расстояние, а если и могут, то только путем программной обработки уже полученного изображения. Для того, чтобы правильно совмещать виртуальные и реальные объекты, надо уметь верно подсчитывать относительное положение реальных объектов и реальной сцены в целом. На сегодня эта задача является сложной, особенно если реальные объекты заблаговременно не определены. Поэтому для управления может использоваться специальный  маркер,  представляющий  собой  средне- или высококонтрастное  изображение, как правило состоящее, для облегчения процедуры распознавания, из простых геометрических фигур. Рассматривая получаемую проекцию маркера и его рисунок, система ориентируется в пространстве и дополняет контент виртуальным окружением.

7.Некоторые  привносимые проблемы, связанные с использованием технологий (изделий,  продуктов и т.д.) дополненной реальности.

7.1. Уменьшение критичности восприятия получаемой информации;

7.2 Развитие индивидуальной «клиповости мышления», ухудшение способности длительного удержания объекта (явления, процесса) в «поле исследования», 

7.3 Ухудшение интуитивного задания приоритетов в исследовании (наблюдении) процессов (объектов, явлений).

Литература

1. R.T. Azuma. A Survey of Augmented Reality // In Presence: Teleoperators and Virtual Environments. – №6 (4). –1997. –P.355-385.

2. Бойченко И.В., Лежанкин А.В. Дополненная реальность: состояние, проблемы и пути решения // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. –2010. –1(21), часть 2. – С. 161-165.