РАЗРАБОТКА VR-ЗАЛОВЕДНИКА
|
Реферат 3
Введение 6
1 Общая информация о приложении 15
1.1 Инструменты и ресурсы 15
1.2 Роли пользователей и их функции 23
2 Программирование виртуальной реальности 25
2.1 Особенности создания VR 25
2.2 Перемещение по VR 30
3 Описание функциональности приложения 32
3.1 Экосистема в приложении 32
3.2 Изменение животного населения 35
3.2.1 Добавление существующего животного 35
3.2.2 Удаление животного 35
3.2.3 Добавление нового животного в приложение 35
3.2.3.1 Особенности плагина для добавления FBX моделей 35
3.2.3.2 Применение плагина в данной работе 39
3.2.4 Замена животного 41
3.3 Информация о животном 45
3.3.1 Редактирование информации о животном 47
3.3.2 Получение информации о животном 51
4 Заключение 53
4.1 Рекомендации по применению 53
4.2 Направления дальнейшей работы 53
Список таблиц 55
Список иллюстраций 55
Список литературы 56
Приложение 1. Пример использования основных функций программы 61
Введение 6
1 Общая информация о приложении 15
1.1 Инструменты и ресурсы 15
1.2 Роли пользователей и их функции 23
2 Программирование виртуальной реальности 25
2.1 Особенности создания VR 25
2.2 Перемещение по VR 30
3 Описание функциональности приложения 32
3.1 Экосистема в приложении 32
3.2 Изменение животного населения 35
3.2.1 Добавление существующего животного 35
3.2.2 Удаление животного 35
3.2.3 Добавление нового животного в приложение 35
3.2.3.1 Особенности плагина для добавления FBX моделей 35
3.2.3.2 Применение плагина в данной работе 39
3.2.4 Замена животного 41
3.3 Информация о животном 45
3.3.1 Редактирование информации о животном 47
3.3.2 Получение информации о животном 51
4 Заключение 53
4.1 Рекомендации по применению 53
4.2 Направления дальнейшей работы 53
Список таблиц 55
Список иллюстраций 55
Список литературы 56
Приложение 1. Пример использования основных функций программы 61
Актуальность темы исследования
Большинство информации об окружающей среде и животных люди часто получают дистанционно (через видео на телевидении, печатные издания, интернет), а не естественным способом. Это обусловлено цифровизацией общества, а зачастую отсутствием возможности попасть в естественную природную среду (нет денег или нет времени). Хотя порой общение с природой позволяет эмоционально восстановиться человеку от повседневной рутины и стрессов. В этой связи приложение, в котором человек может находиться в успокаивающей природной среде, могло бы помочь ему справиться со стрессами в повседневной жизни (конечно, при отсутствии возможности реального единения с природой).
В образовательном процессе изучение природы происходит в основном с использованием книг и презентационных материалов педагогов. Добавление к имеющимся методам изучения программы-симулятора природы в виртуальной реальности позволит разнообразить образовательный процесс.
Музеям природы и др. VR-приложение с природной экосистемой поможет получить увеличение потока посетителей, поможет сэкономить средства на экскурсоводе и, что немаловажно, увеличить индекс потребительской лояльности.
Преимущества:
1. Получение информации с помощью одновременного использования нескольких способов и через различные органы чувств по сравнению с другими методами.
Способы получения информации:
• Звуковой (голоса животных, аудио справочной информации).
• Визуальный (цвета объектов природы, текст справочной информации).
• Пространственный способ получения информации.
2. Эффект присутствия, позволяет получить представление изучаемого объекта в сравнении с другими объектами (по цвету, размеру) и себя (все объекты в естественном размере, относительно роста пользователя).
3. Возможность побывать в среде и увидеть животных, которых невозможно или затруднительно встретить в реальной жизни (например, ученики сегодня изучают пустыню, завтра тундру, потом тайгу).
4. Делает процесс обучения безопасным (при аллергии, в изучении хищных животных).
Оборудование для VR-обучения становится все более доступным, и для нормальной работы необходимо лишь хорошее программное обеспечение.
Степень разработанности темы исследования
Реализации программы-симулятора природных сред и животных в VR в целях обучения в учебных заведениях и самообразования на данный момент не существует. Есть отдельные программы в VR: обучающие, демонстрирующие модели животных, показывающие окружающие среды. Но программ, объединяющих приведенные пункты, не обнаружено. Анализ разработанности темы на основе имеющихся решений приведен ниже при описании аналогов.
В связи со слабой изученностью вопроса объединения данных пунктов во взаимосвязи и отсутствия ПО, реализующего такое объединение, данная тема нуждается в разработке.
Цель и задачи исследования
Цель:
Реализовать программу-симулятор природных экосистем и животных в VR.
Задачи:
1. Изучить области знаний, необходимые для проведения исследования и программной разработки ПО: 3D моделирование, VR.
2. Изучить программные средства разработки: UE4, Blender и аппаратное средство разработки: HTC Vive.
3. Анализ предметной области (типы окружающих сред, классификация живых организмов, их (сред, организмов) характеристики и взаимодействие (сосуществование, соотношение сред обитания и организмов). Сбор информации о потенциальном целевом клиенте, о конкурентных решениях и близких аналогах. По результату анализа предметной области: выбор модельной природной экосистемы и определение будущего образа продукта .
4. Проектирование образа будущего продукта. Данная задача включает разработку пользовательского сценария, интерфейса, анимации, аудио сопровождения и т.д.
5. Продумывание и описание функциональности приложения, используя анализ и проектирование. Результатом является архитектура приложения, набор классов, методов и взаимосвязей между ними.
6. Реализация приложения. Задача предполагает программирование согласно разработанной архитектуре и интерфейсу приложения.
7. Тестирование макета образовательного VR приложения на смоделированной природной сцене экосистемы. Отладка и настройка ПО на основе данных тестирования.
Объект и предмет исследования
Объект исследования: Симуляция природы средствами виртуальной реальности.
Предмет исследования: Изучение животных в сценах природных экосистем с использованием средств виртуальной реальности.
Методы исследования
Для достижения цели применены следующие основные методы исследования:
• анализ (напр. каждое животное в отдельности) и синтез (напр. взаимосвязь объектов в среде: животных, растений; среды с объектами),
• моделирование (животных, действий животных, растений, камней и др. объектов среды), в том числе логическое (напр. поведение животных),
• изучение документов, литературы (изучение методов 3D моделирования, принципов VR, документации UE4, Blender),
• тестирование (экспериментальное выявление недочетов и их устранение).
Научная новизна исследования
Сочетание VR, процесса обучения, симуляции природных сред и животных в одном программном продукте.
Использование VR при изучении животных в экосистемах с эффектом присутствия в данной экосистеме, используя функциональную возможность выбора среды окружения из имеющихся и животных, которые будут наполнять данную среду, с получением информации о животных.
Практическая значимость исследования
Разработанное программное обеспечение может использоваться в следующих областях: образование и развлечение, а именно для получения знаний об окружающем мире учениками школ (начальное, среднее образование), посетителями музеев, для проведения досуга, как взрослых, так и детей с познавательными элементами, для психотерапевтических сеансов.
Структура диссертации
Данная диссертация состоит из 4 глав, где:
• В главе 1 приведена основная (общая) информация об использованных в реализации инструментах и ресурсах и функциональных возможностях приложения.
• В главе 2 приведено описание базовых особенностей построения сцен виртуальной реальности.
• В главе 3 приведено описание реализации и использования основной функциональности разработки.
• В главе 4 приведены результаты работы, рекомендации по применению разработки и возможные направления дальнейшей работы.
Аналоги
1. Google музей живой природы и эволюции человечества [54].
Приложение позволяет в виртуальной реальности рассмотреть представителей живой природы, проживающих тысячи лет назад. Примером может служить Ромалеозавр: его скелет, найденный в Великобритании, в городе Дорсет, хранится в Музее естественной истории Лондона. Благодаря современным технологиям можно оживить древнее животного в виртуальной реальности и, погрузившись в это пространство, рассмотреть его со всех сторон.
Данная технология позволяет человеку оказаться в музее Лондона, даже находясь в другой части мира. Также человек может рассмотреть экспонаты, дополненные компьютерной графикой.
2. VR Природа [49].
Данное приложение погружает в природную обстановку, позволяя путешествовать по смоделированным сценам. Человек может свободно перемещаться и исследовать природу: деревни, парка, леса, ветряную мельницу. Исследование включает звуковое сопровождение, состоящее из звуков природы и музыки.
3. Виртуальная реальность в образовательных целях - VR Eon [50].
Продукт представляет собой набор картинок из разных сфер знаний: математика, биология, астрономия, архитектура, история, инженерное дело и др.
Приложение позволяет изучить материал в приближенном рассмотрении: то, как устроен глаз, сердце, мозг, архитектурные памятники, насекомых, молекулы и другое.
К некоторым историческим демонстрациям прилагаются пояснения. Например, исторические сведения относительно памятников.
Поддерживаемые платформы: мобильные IOS и Android. Работа приложения в VR осуществляется с помощью очков виртуальной реальности Oculus Rift, Cardboard, Fibrum.
4. VR-музей: Центральный музей железнодорожного транспорта РФ [53].
Приложение разработано для Центрального музея железнодорожного транспорта Российской Федерации города Санкт-Петербург. Цель приложения: создать виртуальные залы музея, в которых можно пройти экскурсии, например, очутиться внутри Сапсана. Имеется возможность брать экспонаты в руки. По ходу экскурсии пользователя сопровождает аудиогид, рассказывающий об экспозиции деталях экспонатов.
Приложение функционирует на платформе очков виртуальной реальности HTC Vive. Также поддерживаются HTC Vive PRO и HTC Vive COSMOS. В результате можно посетить музей в любой точке планеты, рассматривая его цифровую копию в виртуальной реальности.
5. 3D Organon VR Anatomy [51] и 3D Organon VR Anatomy | Enterprise Edition [52].
Приложение является анатомическим атласом в виртуальной реальности. Человек получает поглощающий опыт самопознания человеческого тела.
Человек может изучать кости, мускулы органы и другие анатомические структуры в трехмерном представлении. Исследовать объекты со всех ракурсов, прочитать/услышать анатомическую терминологию и изучить определения. Углубиться в систему человеческого тела, заглянуть под кожу и увидеть из чего мы сделаны.
Приложение содержит реалистичные 3D модели высокого разрешения, охватывая все аспекты человеческого тела. Обширная база знаний анатомических определений и терминов основана на официальной анатомической терминологии. Приложение содержит анимации суставов и костей.
Поддерживается режим многопользовательского тренажера. Пользователи могут участвовать в онлайн сеансах, созданных педагогами и институтами, что позволяет человеку присутствовать во время онлайн уроков анатомии и общаться со своим преподавателем и учениками в реальном времени, используя функцию голосовых и письменных сообщений.
Образовательные преимущества включают геймификацию изучения за счет того, что получаемый учениками опыт является стимулирующим, привлекающим и занимательным. Более того, высокий уровень погружения устраняет отвлечение внимания, в связи с чем исключает фактор скуки от занятий.
6. The VR Museum of Fine Art [48].
Исследование экспонатов музея в виртуальной реальности. Продукт позволяет рассмотреть известные скульптуры и картины в масштабе 1:1, без ограничений в виде стекол и охранников.
Приложение включает 15 высокореалистичных скульптур и 2 картины, отсканированных и представленных в мельчайших деталях. Имеются информационные голографические дощечки, расположенные около каждого произведения искусства.
Сравнение аналогов и программной разработки диссертации
Все представленные выше аналоги созданы для различных целей (Таблица 1) имеют свои особенности, преимущества, недостатки. Но ни один из них не содержит всех необходимых функций для достижения цели, поставленной в данной работе.
Таблица 1 - Основные характеристики аналогов
Основные характеристики аналогов
№ Программа Платформы, инструменты, техническое оснащение Основная цель использования Объект виртуализации Способы представления данных о
виртуальном пространстве
1 Google музей IOS, Android Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты животных Звуки природы,
животных, справочное озвучивание, текстовая информация
2 VR Природа Android, Cardboard Развлечение Природные среды Естественные звуки окружающего пространства
3 VR Eon IOS, Android, Oculus Rift,
Cardboard, Fibrum, не VR мобильная версия Образование, расширение кругозора Объекты различных сфер знаний:
математика, биологи, история,
инженерное дело и др. Встречается текстовая информация
4 ЖД VR-
музей HTC Vive,
HTC Vive
PRO, HTC
Vive
COSMOS Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты техники Справочное озвучивание, текстовая информация
5 3D Organon VR Anatomy Valve Index,
HTC Vive,
Oculus Rift,
Windows
Mixed Reality Образование Анатомия человека Справочное озвучивание, текстовая информация, диалоги текстовые и аудио с другими пользователями в
реальном времени
6 The VR
Museum of Fine Art Valve Index,
HTC Vive,
Oculus Rift Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты искусства Звуковое сопровождение, текстовая информация
Ни один из данных аналогов не поддерживает функции добавления моделей пользователем в готовое приложение, при его использовании. Многие аналоги содержат высококачественные модели с высокой детализацией, передачей реалистичной цветовой гаммы и достоверной формы объектов реального мира, представленных 3D моделями в виртуальной реальности, что, безусловно, является их преимуществом. Но разработка диссертации рассматривает вопрос используемых в программе моделей с несколько другого взгляда. По умолчанию, приложение содержит модели некоторых животных и при необходимости позволяет добавлять другие модели по усмотрению пользователя. Такая необходимость может возникнуть для изучения моделей животных вида, отсутствующего в приложении, или моделей, имеющих другую степень детализации (пониженное качество оправдано применять, если изучение таких моделей не предполагается вблизи, или требуется добавление значительного числа копий таких моделей в одной и той же изучаемой сцене экосистеме).
Также данные аналоги предназначены для достижения той или иной цели: развлечение, образование, расширение кругозора. Разработка диссертации за первоосновную цель принимает образование, но вместе с тем одновременно достигаются и другие: расширение кругозора и развлечение. При использовании приложения для получения информации о животных человек получает знания, а, следовательно, как основная, раскрывается образовательная составляющая при использовании учениками, и, как основная, составляющая саморазвития, при использовании любым человеком, интересующимся изучением природы. Но и цель развлечения также является одной из основных, т.к. при простом пребывании и прогулке в VR пространстве различных экосистем приложения, человек может испытывать чувство расслабления и уединения в природной среде. Таким образом, данная работа предназначена для достижения всех вышеприведенных целей.
В качестве объектов виртуализации и изучения в рассмотренных выше аналогах используются объекты из различных сфер знаний: музейные экспонаты животных, искусства, техники, анатомическое строение тела человека, природные среды. Один из аналогов [3] поддерживает объекты различных сфер знаний, но за счет того, что упор сделан на широту областей изучаемых объектов, в нем слабо представлена другая функциональность. В данной работе в качестве объекта виртуализации рассматривается животное.
Каждый из приведенных аналогов характеризуется своим набором данных и способами их представления: какие-то содержат большее [1,4,5] число различных способов, какие-то меньшее [2,3,6] в сравнении друг с другом. Программа диссертации содержит уникальный набор с данными, а именно: модели сцены экосистемы и животных, естественные звуки окружающего пространства (включающие звуки природы, животных), текстовую справочную информацию, визуальную географическую информацию (изображение карты ареала обитания животного).
Данные аналоги представляют ограниченное количество изучаемых пространств, например, аналог «VR Природа» [2] поддерживает 4 уникальные среды исследования. Разработка данной диссертации также имеет ограниченное количество стандартных сцен сред изучения, но в отличие от приведенных выше аналогов, имеет возможность добавления новых сцен сред самим пользователем, добавления новых моделей животных в процессе работы с приложением, их перемещения и удаления.
Практически все из приведенных аналогов, кроме «VR Природы» [2], в качестве основного способа представления информации используют цвет. Разработка диссертации также включает данный способ, но в отличие от своих аналогов, предоставляет пользователю возможность корректировать данную информацию (информацию о животном), пользователь может добавлять информацию о животном или изменять ее, например, если информация неточная или нужно сделать акцент на другом аспекте.
Таким образом, рассмотрев аналоги, можно сделать вывод о том, что каждый из них выполняет схожие функции по изучению виртуального пространства, но использует для этого различные методы представления данных для разнообразных объектов виртуализации, в большинстве имея схожие цели создания такого ПО.
Следовательно, они очень похожи, но в то же время и отличаются, и в данных отличиях и состоит их уникальность. Например, «ЖД VR-музей» [4] углубил разработку музейных экспонатов железнодорожной техники, «3D Organon VR Anatomy» [5] углубил разработку возможности взаимодействия студентов и преподавателей при изучении материала. Исследование аналогов привело к выводу о том, что ни один из них в полной мере не соответствует целям и требованиям, предъявленным к данной разработке, а только к ее частям.
В «Google музей» [1] имеется хорошая разработка описательной, информационной части касательно животного, но имеется ограничение по видам данных животных (только музейные экспонаты), не поддерживается возможность добавления животных по желанию пользователя, и нет возможности изменить среду, в которой будет находиться рассматриваемое животное. В связи с этим принято решение разработать «Виртуальный заповедник», включающий вышеперечисленные функциональные возможности.
Большинство информации об окружающей среде и животных люди часто получают дистанционно (через видео на телевидении, печатные издания, интернет), а не естественным способом. Это обусловлено цифровизацией общества, а зачастую отсутствием возможности попасть в естественную природную среду (нет денег или нет времени). Хотя порой общение с природой позволяет эмоционально восстановиться человеку от повседневной рутины и стрессов. В этой связи приложение, в котором человек может находиться в успокаивающей природной среде, могло бы помочь ему справиться со стрессами в повседневной жизни (конечно, при отсутствии возможности реального единения с природой).
В образовательном процессе изучение природы происходит в основном с использованием книг и презентационных материалов педагогов. Добавление к имеющимся методам изучения программы-симулятора природы в виртуальной реальности позволит разнообразить образовательный процесс.
Музеям природы и др. VR-приложение с природной экосистемой поможет получить увеличение потока посетителей, поможет сэкономить средства на экскурсоводе и, что немаловажно, увеличить индекс потребительской лояльности.
Преимущества:
1. Получение информации с помощью одновременного использования нескольких способов и через различные органы чувств по сравнению с другими методами.
Способы получения информации:
• Звуковой (голоса животных, аудио справочной информации).
• Визуальный (цвета объектов природы, текст справочной информации).
• Пространственный способ получения информации.
2. Эффект присутствия, позволяет получить представление изучаемого объекта в сравнении с другими объектами (по цвету, размеру) и себя (все объекты в естественном размере, относительно роста пользователя).
3. Возможность побывать в среде и увидеть животных, которых невозможно или затруднительно встретить в реальной жизни (например, ученики сегодня изучают пустыню, завтра тундру, потом тайгу).
4. Делает процесс обучения безопасным (при аллергии, в изучении хищных животных).
Оборудование для VR-обучения становится все более доступным, и для нормальной работы необходимо лишь хорошее программное обеспечение.
Степень разработанности темы исследования
Реализации программы-симулятора природных сред и животных в VR в целях обучения в учебных заведениях и самообразования на данный момент не существует. Есть отдельные программы в VR: обучающие, демонстрирующие модели животных, показывающие окружающие среды. Но программ, объединяющих приведенные пункты, не обнаружено. Анализ разработанности темы на основе имеющихся решений приведен ниже при описании аналогов.
В связи со слабой изученностью вопроса объединения данных пунктов во взаимосвязи и отсутствия ПО, реализующего такое объединение, данная тема нуждается в разработке.
Цель и задачи исследования
Цель:
Реализовать программу-симулятор природных экосистем и животных в VR.
Задачи:
1. Изучить области знаний, необходимые для проведения исследования и программной разработки ПО: 3D моделирование, VR.
2. Изучить программные средства разработки: UE4, Blender и аппаратное средство разработки: HTC Vive.
3. Анализ предметной области (типы окружающих сред, классификация живых организмов, их (сред, организмов) характеристики и взаимодействие (сосуществование, соотношение сред обитания и организмов). Сбор информации о потенциальном целевом клиенте, о конкурентных решениях и близких аналогах. По результату анализа предметной области: выбор модельной природной экосистемы и определение будущего образа продукта .
4. Проектирование образа будущего продукта. Данная задача включает разработку пользовательского сценария, интерфейса, анимации, аудио сопровождения и т.д.
5. Продумывание и описание функциональности приложения, используя анализ и проектирование. Результатом является архитектура приложения, набор классов, методов и взаимосвязей между ними.
6. Реализация приложения. Задача предполагает программирование согласно разработанной архитектуре и интерфейсу приложения.
7. Тестирование макета образовательного VR приложения на смоделированной природной сцене экосистемы. Отладка и настройка ПО на основе данных тестирования.
Объект и предмет исследования
Объект исследования: Симуляция природы средствами виртуальной реальности.
Предмет исследования: Изучение животных в сценах природных экосистем с использованием средств виртуальной реальности.
Методы исследования
Для достижения цели применены следующие основные методы исследования:
• анализ (напр. каждое животное в отдельности) и синтез (напр. взаимосвязь объектов в среде: животных, растений; среды с объектами),
• моделирование (животных, действий животных, растений, камней и др. объектов среды), в том числе логическое (напр. поведение животных),
• изучение документов, литературы (изучение методов 3D моделирования, принципов VR, документации UE4, Blender),
• тестирование (экспериментальное выявление недочетов и их устранение).
Научная новизна исследования
Сочетание VR, процесса обучения, симуляции природных сред и животных в одном программном продукте.
Использование VR при изучении животных в экосистемах с эффектом присутствия в данной экосистеме, используя функциональную возможность выбора среды окружения из имеющихся и животных, которые будут наполнять данную среду, с получением информации о животных.
Практическая значимость исследования
Разработанное программное обеспечение может использоваться в следующих областях: образование и развлечение, а именно для получения знаний об окружающем мире учениками школ (начальное, среднее образование), посетителями музеев, для проведения досуга, как взрослых, так и детей с познавательными элементами, для психотерапевтических сеансов.
Структура диссертации
Данная диссертация состоит из 4 глав, где:
• В главе 1 приведена основная (общая) информация об использованных в реализации инструментах и ресурсах и функциональных возможностях приложения.
• В главе 2 приведено описание базовых особенностей построения сцен виртуальной реальности.
• В главе 3 приведено описание реализации и использования основной функциональности разработки.
• В главе 4 приведены результаты работы, рекомендации по применению разработки и возможные направления дальнейшей работы.
Аналоги
1. Google музей живой природы и эволюции человечества [54].
Приложение позволяет в виртуальной реальности рассмотреть представителей живой природы, проживающих тысячи лет назад. Примером может служить Ромалеозавр: его скелет, найденный в Великобритании, в городе Дорсет, хранится в Музее естественной истории Лондона. Благодаря современным технологиям можно оживить древнее животного в виртуальной реальности и, погрузившись в это пространство, рассмотреть его со всех сторон.
Данная технология позволяет человеку оказаться в музее Лондона, даже находясь в другой части мира. Также человек может рассмотреть экспонаты, дополненные компьютерной графикой.
2. VR Природа [49].
Данное приложение погружает в природную обстановку, позволяя путешествовать по смоделированным сценам. Человек может свободно перемещаться и исследовать природу: деревни, парка, леса, ветряную мельницу. Исследование включает звуковое сопровождение, состоящее из звуков природы и музыки.
3. Виртуальная реальность в образовательных целях - VR Eon [50].
Продукт представляет собой набор картинок из разных сфер знаний: математика, биология, астрономия, архитектура, история, инженерное дело и др.
Приложение позволяет изучить материал в приближенном рассмотрении: то, как устроен глаз, сердце, мозг, архитектурные памятники, насекомых, молекулы и другое.
К некоторым историческим демонстрациям прилагаются пояснения. Например, исторические сведения относительно памятников.
Поддерживаемые платформы: мобильные IOS и Android. Работа приложения в VR осуществляется с помощью очков виртуальной реальности Oculus Rift, Cardboard, Fibrum.
4. VR-музей: Центральный музей железнодорожного транспорта РФ [53].
Приложение разработано для Центрального музея железнодорожного транспорта Российской Федерации города Санкт-Петербург. Цель приложения: создать виртуальные залы музея, в которых можно пройти экскурсии, например, очутиться внутри Сапсана. Имеется возможность брать экспонаты в руки. По ходу экскурсии пользователя сопровождает аудиогид, рассказывающий об экспозиции деталях экспонатов.
Приложение функционирует на платформе очков виртуальной реальности HTC Vive. Также поддерживаются HTC Vive PRO и HTC Vive COSMOS. В результате можно посетить музей в любой точке планеты, рассматривая его цифровую копию в виртуальной реальности.
5. 3D Organon VR Anatomy [51] и 3D Organon VR Anatomy | Enterprise Edition [52].
Приложение является анатомическим атласом в виртуальной реальности. Человек получает поглощающий опыт самопознания человеческого тела.
Человек может изучать кости, мускулы органы и другие анатомические структуры в трехмерном представлении. Исследовать объекты со всех ракурсов, прочитать/услышать анатомическую терминологию и изучить определения. Углубиться в систему человеческого тела, заглянуть под кожу и увидеть из чего мы сделаны.
Приложение содержит реалистичные 3D модели высокого разрешения, охватывая все аспекты человеческого тела. Обширная база знаний анатомических определений и терминов основана на официальной анатомической терминологии. Приложение содержит анимации суставов и костей.
Поддерживается режим многопользовательского тренажера. Пользователи могут участвовать в онлайн сеансах, созданных педагогами и институтами, что позволяет человеку присутствовать во время онлайн уроков анатомии и общаться со своим преподавателем и учениками в реальном времени, используя функцию голосовых и письменных сообщений.
Образовательные преимущества включают геймификацию изучения за счет того, что получаемый учениками опыт является стимулирующим, привлекающим и занимательным. Более того, высокий уровень погружения устраняет отвлечение внимания, в связи с чем исключает фактор скуки от занятий.
6. The VR Museum of Fine Art [48].
Исследование экспонатов музея в виртуальной реальности. Продукт позволяет рассмотреть известные скульптуры и картины в масштабе 1:1, без ограничений в виде стекол и охранников.
Приложение включает 15 высокореалистичных скульптур и 2 картины, отсканированных и представленных в мельчайших деталях. Имеются информационные голографические дощечки, расположенные около каждого произведения искусства.
Сравнение аналогов и программной разработки диссертации
Все представленные выше аналоги созданы для различных целей (Таблица 1) имеют свои особенности, преимущества, недостатки. Но ни один из них не содержит всех необходимых функций для достижения цели, поставленной в данной работе.
Таблица 1 - Основные характеристики аналогов
Основные характеристики аналогов
№ Программа Платформы, инструменты, техническое оснащение Основная цель использования Объект виртуализации Способы представления данных о
виртуальном пространстве
1 Google музей IOS, Android Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты животных Звуки природы,
животных, справочное озвучивание, текстовая информация
2 VR Природа Android, Cardboard Развлечение Природные среды Естественные звуки окружающего пространства
3 VR Eon IOS, Android, Oculus Rift,
Cardboard, Fibrum, не VR мобильная версия Образование, расширение кругозора Объекты различных сфер знаний:
математика, биологи, история,
инженерное дело и др. Встречается текстовая информация
4 ЖД VR-
музей HTC Vive,
HTC Vive
PRO, HTC
Vive
COSMOS Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты техники Справочное озвучивание, текстовая информация
5 3D Organon VR Anatomy Valve Index,
HTC Vive,
Oculus Rift,
Windows
Mixed Reality Образование Анатомия человека Справочное озвучивание, текстовая информация, диалоги текстовые и аудио с другими пользователями в
реальном времени
6 The VR
Museum of Fine Art Valve Index,
HTC Vive,
Oculus Rift Расширение кругозора, развлечение Музейные экспонаты искусства Звуковое сопровождение, текстовая информация
Ни один из данных аналогов не поддерживает функции добавления моделей пользователем в готовое приложение, при его использовании. Многие аналоги содержат высококачественные модели с высокой детализацией, передачей реалистичной цветовой гаммы и достоверной формы объектов реального мира, представленных 3D моделями в виртуальной реальности, что, безусловно, является их преимуществом. Но разработка диссертации рассматривает вопрос используемых в программе моделей с несколько другого взгляда. По умолчанию, приложение содержит модели некоторых животных и при необходимости позволяет добавлять другие модели по усмотрению пользователя. Такая необходимость может возникнуть для изучения моделей животных вида, отсутствующего в приложении, или моделей, имеющих другую степень детализации (пониженное качество оправдано применять, если изучение таких моделей не предполагается вблизи, или требуется добавление значительного числа копий таких моделей в одной и той же изучаемой сцене экосистеме).
Также данные аналоги предназначены для достижения той или иной цели: развлечение, образование, расширение кругозора. Разработка диссертации за первоосновную цель принимает образование, но вместе с тем одновременно достигаются и другие: расширение кругозора и развлечение. При использовании приложения для получения информации о животных человек получает знания, а, следовательно, как основная, раскрывается образовательная составляющая при использовании учениками, и, как основная, составляющая саморазвития, при использовании любым человеком, интересующимся изучением природы. Но и цель развлечения также является одной из основных, т.к. при простом пребывании и прогулке в VR пространстве различных экосистем приложения, человек может испытывать чувство расслабления и уединения в природной среде. Таким образом, данная работа предназначена для достижения всех вышеприведенных целей.
В качестве объектов виртуализации и изучения в рассмотренных выше аналогах используются объекты из различных сфер знаний: музейные экспонаты животных, искусства, техники, анатомическое строение тела человека, природные среды. Один из аналогов [3] поддерживает объекты различных сфер знаний, но за счет того, что упор сделан на широту областей изучаемых объектов, в нем слабо представлена другая функциональность. В данной работе в качестве объекта виртуализации рассматривается животное.
Каждый из приведенных аналогов характеризуется своим набором данных и способами их представления: какие-то содержат большее [1,4,5] число различных способов, какие-то меньшее [2,3,6] в сравнении друг с другом. Программа диссертации содержит уникальный набор с данными, а именно: модели сцены экосистемы и животных, естественные звуки окружающего пространства (включающие звуки природы, животных), текстовую справочную информацию, визуальную географическую информацию (изображение карты ареала обитания животного).
Данные аналоги представляют ограниченное количество изучаемых пространств, например, аналог «VR Природа» [2] поддерживает 4 уникальные среды исследования. Разработка данной диссертации также имеет ограниченное количество стандартных сцен сред изучения, но в отличие от приведенных выше аналогов, имеет возможность добавления новых сцен сред самим пользователем, добавления новых моделей животных в процессе работы с приложением, их перемещения и удаления.
Практически все из приведенных аналогов, кроме «VR Природы» [2], в качестве основного способа представления информации используют цвет. Разработка диссертации также включает данный способ, но в отличие от своих аналогов, предоставляет пользователю возможность корректировать данную информацию (информацию о животном), пользователь может добавлять информацию о животном или изменять ее, например, если информация неточная или нужно сделать акцент на другом аспекте.
Таким образом, рассмотрев аналоги, можно сделать вывод о том, что каждый из них выполняет схожие функции по изучению виртуального пространства, но использует для этого различные методы представления данных для разнообразных объектов виртуализации, в большинстве имея схожие цели создания такого ПО.
Следовательно, они очень похожи, но в то же время и отличаются, и в данных отличиях и состоит их уникальность. Например, «ЖД VR-музей» [4] углубил разработку музейных экспонатов железнодорожной техники, «3D Organon VR Anatomy» [5] углубил разработку возможности взаимодействия студентов и преподавателей при изучении материала. Исследование аналогов привело к выводу о том, что ни один из них в полной мере не соответствует целям и требованиям, предъявленным к данной разработке, а только к ее частям.
В «Google музей» [1] имеется хорошая разработка описательной, информационной части касательно животного, но имеется ограничение по видам данных животных (только музейные экспонаты), не поддерживается возможность добавления животных по желанию пользователя, и нет возможности изменить среду, в которой будет находиться рассматриваемое животное. В связи с этим принято решение разработать «Виртуальный заповедник», включающий вышеперечисленные функциональные возможности.
В результате выполнения исследования и разработки темы данной диссертации выполнены все задачи и достигнута поставленная цель, а именно: создана модельная природная сцена экосистемы, спроектированы образ продукта и функциональность программы, и как итоговый результат, реализована программа-симулятор сцен природных экосистем и животных в VR.
Пример использования основных функций реализованного ПО приведен в приложении №1.
4.1 Рекомендации по применению
Ниже приведены рекомендуемые области применения разработанного ПО, его основное функциональное назначение.
Области применения: образование и развлечение. Для получения знаний об окружающем мире учениками школ (начальное, среднее образование), посетителями музеев. Для проведения досуга, как взрослых, так и детей с познавательными элементами. Для психотерапевтических сеансов.
Функциональное назначение: приложение для дистанционного обучения, дающее возможность потребителям больше узнать о дикой природе, её флоре и фауне, наслаждаться экзотическими видами нетипичной для потребителя природной экосистемы.
4.2 Направления дальнейшей работы
1. Добавление звуковой составляющей в информацию о животных (голос животного).
2. Расширение разнообразия стандартных сцен экосистем (добавить другие).
3. Добавление авторизации пользователей (вход в приложение под логином и паролем) .
4. Добавление игровой составляющей (игры, задачи).
5. Добавить функциональное взаимодействие животных между собой. Например, если кролик находится в зоне видимости волка, то волк начинает охотиться на кролика.
6. Улучшить форму получения информации
■ Сделать интерактивную карту ареала. Напр., как в Google Earth VR [6] или другое.
■ Сделать картинку лапы интерактивной.
■ Добавить слепок челюсти.
7. Улучшить форму добавления животного в экосистему
• Сделать отображение имеющихся животных отсортированным списком (напр., по семействам и/или по алфавиту).
• Отображение списка недавно добавленных животных.
8. Добавить возможность загружать несколько текстур для добавляемого животного и возможность менять текстуры при необходимости (например, заяц летом бурый, зимой белый)
9. Расширить платформы, на которых возможно использование данного приложения.
10. Организовать перемещение по экосистемам наподобие использованного в приложении Google Earth VR [42].
11. Расширить информационные составляющие экосистемы: например, добавлять информацию не только для животных сцены, но и для
Пример использования основных функций реализованного ПО приведен в приложении №1.
4.1 Рекомендации по применению
Ниже приведены рекомендуемые области применения разработанного ПО, его основное функциональное назначение.
Области применения: образование и развлечение. Для получения знаний об окружающем мире учениками школ (начальное, среднее образование), посетителями музеев. Для проведения досуга, как взрослых, так и детей с познавательными элементами. Для психотерапевтических сеансов.
Функциональное назначение: приложение для дистанционного обучения, дающее возможность потребителям больше узнать о дикой природе, её флоре и фауне, наслаждаться экзотическими видами нетипичной для потребителя природной экосистемы.
4.2 Направления дальнейшей работы
1. Добавление звуковой составляющей в информацию о животных (голос животного).
2. Расширение разнообразия стандартных сцен экосистем (добавить другие).
3. Добавление авторизации пользователей (вход в приложение под логином и паролем) .
4. Добавление игровой составляющей (игры, задачи).
5. Добавить функциональное взаимодействие животных между собой. Например, если кролик находится в зоне видимости волка, то волк начинает охотиться на кролика.
6. Улучшить форму получения информации
■ Сделать интерактивную карту ареала. Напр., как в Google Earth VR [6] или другое.
■ Сделать картинку лапы интерактивной.
■ Добавить слепок челюсти.
7. Улучшить форму добавления животного в экосистему
• Сделать отображение имеющихся животных отсортированным списком (напр., по семействам и/или по алфавиту).
• Отображение списка недавно добавленных животных.
8. Добавить возможность загружать несколько текстур для добавляемого животного и возможность менять текстуры при необходимости (например, заяц летом бурый, зимой белый)
9. Расширить платформы, на которых возможно использование данного приложения.
10. Организовать перемещение по экосистемам наподобие использованного в приложении Google Earth VR [42].
11. Расширить информационные составляющие экосистемы: например, добавлять информацию не только для животных сцены, но и для
