XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Дополненная реальность, как способ навигации по школе
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Сегодня мы с вами живем во время бурного роста информационных технологий. Еще недавно не существовало интернета, а сегодня мировая сеть – неотъемлемая часть жизни любого человека. Использование виртуальной и дополненной реальности становится обыденным. И процесс внедрения новых технологий не прекращается. Сегодня – время рождения идей и нахождения неожиданных способов применения программных продуктов.
Конечно, написать программу, мне пока не под силу, но придумать, как она может выглядеть, как работать, чтобы ребенку было легко её применять, я бы очень хотел. К тому же, я уверен, что самые лучшие программисты были бы рады получить конкретный макет программного продукта. А если программа рассчитана на детей, то никто лучше них не скажет, как нужно сделать.
Недавно утром я увидел, как педагоги школы встречают первоклассников и провожают в кабинеты. И я задумался, как можно помочь ребятам привыкнуть к школе. И будет ли эффективно создание программы, которая будет прокладывать путь до любого места в школе. Например: класс, раздевалка, столовая, физкультурный зал, библиотека, туалет. Сможет ли школьник сам, используя дополненную реальность, найти дорогу. И будет ли ему удобно.
Цель: Исследовать эффективность использования дополненной реальности для навигации по школе. Создать макет приложения.
Задачи:
1. Изучить статьи и материалы по данной теме.
2. Выяснить, будет ли востребовано приложение навигации по школе.
3. Создать макет приложения.
Гипотеза: Приложение для навигации с использованием дополненной реальности будет востребовано и поможет детям ориентироваться в школе.
Методы исследования: наблюдение, анкетирование, фотографирование, работа в онлайн-редакторе.
Актуальность нашего исследования связана с новыми тенденциями в строительстве образовательных учреждений. Современные школы – это целые о комплексы, часто состоящие из нескольких зданий, с большим количеством помещений. Идею навигации с помощью дополненной реальности и подготовленный макет можно использовать для написания реального программного продукта, который облегчит ориентирование по школе.
I. Основная часть. Технологии дополненной реальности.
1.1. Сущность и происхождение дополненной реальности.
Для начала поясним, что такое технология дополненной реальности (AR - augmented reality). Её часто путают с виртуальной реальностью (VR - virtual reality).
Понять разницу довольно просто. Виртуальная реальность состоит только из нереальных, созданных в программе объектов.
Надевая шлем или садясь перед компьютером, вы оказываетесь в искусственно созданном мире.
Дополненная реальность - это когда нереальные, виртуальные, объекты становятся частью реальной окружающей картины мира (Приложение А).
Другими словами, когда человек видит что-то в дополненной реальности, он видит что-то виртуальное в реальном мире. Дисплей показывает пользователю физический мир с добавленными виртуальными объектами.
Самый распространенный пример - цветные линии, при телевизионном показе спортивных матчей (стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, «нарисованная» траектория полета). Или смешение реальных и вымышленных объектов в кинофильмах (в фильме «Мария Мирабелла» лягушонок – это объект дополненной реальности).
Но термин «дополненная реальность» был предложен только в 1990 году. Исследователь Том Кодел (TomCaudell) употребил его, описывая цифровые дисплеи, которые использовались при постройке самолётов (Приложение Б).
Существует несколько определений понятия «дополненная реальность». В 1994 году Пол Милгром (PaulMilgram) и Фумио Кисино (FumioKishino) сформулировали его следующим образом.
Дополненная реальность — результат добавления, воспринимаемых как элементы реального мира, мнимых объектов, обычно в качестве вспомогательной информации.
Исследователь Рональд Азума (англ. RonaldAzuma) в 1997 году определил её как систему, которая:
совмещает виртуальное и реальное;
взаимодействует в реальном времени;
работает в 3D.
Иногда в качестве синонимов используют термины «расширенная реальность», «улучшенная реальность», «обогащённая реальность», «увеличенная реальность». Так говорят, описывая определенные формы применения AR. Использование названных терминов в общем смысле неправильно.
Дополненная реальность находит применение в различных сферах жизни. Это авиастроение, военная и космическая промышленность, наука. Но большинство людей сталкивается в ней, прежде всего, в сфере развлечений (Приложение В).
Мордочки и ушки на фото - объекты дополненной реальности, которые видели все.
Также большой популярностью пользуются игры с виртуальными персонажами в реальном пространстве.
И здесь нельзя не сказать о самой известной игре дополненной реальности - PokemonGo. Её скачали более ста миллионов человек по всему миру. Игроки, используя мобильные устройства с GPS, могут находить, захватывать, и тренировать виртуальных существ, которых называют покемонами. Покемоны появляются на экране, и пытаются скрыться в различных реальных объектах. Популярность игре добавили многочисленные скандалы, связанные с тем, что игроки в погоне за виртуальными персонажами нарушали общественный порядок. Покемон Гоу заслуживает восхищения, хотя бы потому, что заставила миллионы людей встать из-за компьютера и гулять на свежем воздухе (Приложение Г).
Но сфера развлечений не единственное направление развития AR. Все больше компаний разрабатывают приложения с использованием дополненной реальности. Например, уже существуют приложения по подбору причесок и одежды.
Приложение IKEA Place помогает увидеть, как новые вещи будут смотреться в вашем интерьере. Даже если они ещё в магазине.
Авиакомпания American Airlines разработала приложение, которое показывает информацию об окружающих вас объектах в аэропортах. Вы можете быстро найти ближайшие кафе, туалеты и ваш выход на посадку (Приложение Д).
AirMeasure — виртуальная рулетка, способная определять расстояния и размеры;
Google Translate умеет переводить текст, который видит камера, в реальном времени;
Google Sky Map помогает узнать, какие звезды сейчас видно на небе. (Приложение Е).
Дополненная реальность — невероятно полезный инструмент в повседневных делах.
1.2. Перспективные направления в развитии дополненной реальности.
Не остается никаких сомнений, что AR найдет применение во всех областях жизни. Уже сейчас ведутся массовые разработки приложений и программ, основанных на принципах AR. И они будут востребованы, потому что дополненная реальность – это интересно, просто и удобно.
Дополненная реальность в будущем позволит действовать с виртуальными объектами так, будто они находятся рядом.
Станет возможной виртуальная примерка одежды в интернет-магазине.
Создание интерьера комнаты, начиная от цвета обоев, заканчивая расстановкой мебели.
Не останутся в стороне и военные технологии. Системы наведения в боевых истребителях и танках для армии - это сегодня дело обычное. Появились системы дополненной реальности для пехоты. В настоящее время это сильно усовершенствованные приборы ночного видения, с функцией указателя цели, который показывает, куда попадет пуля при текущем положении ствола (Приложение Ж).
Но идет разработка более мощных программ, которые будут накладывать на реальную картинку полностью цифровые слои местности, модели зданий, планы этажей, позиции врагов и даже самих врагов. Это может сильно упростить организацию военных учений. С помощью систем дополненной реальности солдаты смогут тренироваться с условным противником, не покидая пределов базы.
Российская армия разрабатывает похожие системы для саперов.
Еще одна важная сфера — медицина. Возможно, благодаря дополненной реальности, эта отрасль станет более понятна людям без медицинского образования. Например УЗИ станет максимально наглядным. Вместо черного, только врачу понятного экрана, появится разноцветная 3D-картинка (Приложение З).
Использование дополненной реальности во время операций обеспечит лучшую наглядность и поможет врачу быстрее реагировать и точнее работать.
Большую пользу принесет появление помощников для инвалидов. Для слепых аудио-помощник, сообщающий о предметах и событиях вокруг. Для глухих приложение преобразующее звук в надписи. Разработки в этом направлении уже ведутся. Надеюсь, в скором будущем они сделают жизнь людей с ограниченными возможностями более комфортной (Приложение И).
Конечно одно из самых перспективных направлений развития AR – это развлечения. Дополненная реальность может превратить весь мир в вашу игровую комнату. Уже сегодня вы можете играть с виртуальными персонажами в ближайшем парке или прямо на письменном столе, можете надеть виртуальную маску и повеселить друга, который живет в другом городе. И это только начало. Такие компании как Лего и Дисней активно ведут разработку игр с использованием AR, а намерения к ним присоединиться выразили практически все крупные производители игрушек.
Вдохновляют возможности AR в сфере образования. Обучение может стать куда более наглядным и легким для понимания. Самый эффективный способ узнать что-то - увидеть это своими глазами. Дополненная реальность позволит ученикам увидеть то, что сейчас они могут только представить. Интерактивные иллюстрации, которые можно рассмотреть со всех сторон, с которыми можно взаимодействовать и тут же видеть результат своих опытов, ожившая модель солнечной системы, возможность изучить строение человеческого скелета вплоть до мельчайших костей – все это будет доступно, благодаря дополненной реальности.
Вопрос только в том, как именно это будет реализовано. Будет ли детям понятно и удобно обучение с AR.
Не случайно, исследовательские группы занимаются сбором данных о том, как маленькие дети взаимодействуют с играми и приложениями дополненной реальности. Из этого напрашивается вывод, что мнение конечного пользователя, а именно ребенка, очень важно. А при разработке конкретного продукта четкое видение результата просто необходимо. Поэтому создание макета приложения для навигации по школе не бессмысленное фантазирование, а вклад в развитие новых информационных технологий.
II. Исследовательская часть.
2.1. Определение необходимости приложения навигации по школе.
Идея навигации внутри зданий не нова. С этой целью используют нумерацию кабинетов, указатели, карты. Но эти способы не всегда удобны и понятны даже взрослому человеку (мне не раз приходилось плутать с мамой по большому торговому комплексу). А ребенку? Для большинства детей найти дорогу в незнакомом здании, среди незнакомых людей - большая проблема. Лично я часто испытывал сложности, в связи с тем, что не знал куда идти, и если мне случалось отстать от класса, то приходилось искать помощи у взрослых. Поэтому мне кажется нужным появление программы навигации по школе. Программы, которая будет удобна для ребенка. И мы предполагаем, что дополненная реальность - наиболее простой и понятный способ показать дорогу.
Мы решили провести небольшое анкетирование среди учеников нашего класса (Приложение К).
На каждый вопрос было предложено два варианта ответа (да и нет). Результаты анкетирования показали, что большинство ребят испытывали сложности, связанные с плохой ориентацией на территории школы. Абсолютное большинство хотели бы, чтобы появилась программа навигации по территории школы. (Приложение Л).
2.2. Разработка макета программы.
1 этап
Выбор названия и создание логотипа
У любого приложения должно быть название. Поскольку наша программа по навигации, приходит в голову сравнение со сказочным путеводителем – волшебным клубочком. Во многих сказках именно он помогает героям найти верную дорогу. Отсюда появилось название приложения – «КЛУБОК».
Создавать логотип решили в онлайн редакторе Canva. Подумав, что для логотипа программы идеально подойдет изображение клубка, мы нашли в интернете подходящую картинку и загрузили её в редактор. Затем добавили текст, подобрали шрифт, изменили размер и цвет шрифта. Всё соединили и получили логотип. (Приложение М).
2 этап
Определение принципа работы приложения
В настоящее время широко применяется программы навигации с использованием карты местности. Я пробовал проложить с помощью такого приложения пешеходный маршрут и столкнулся с трудностями. Карта местности независима от того куда ты смотришь. Приложение обозначает меня, как точку, а в какую сторону я повернут, не определяет (Приложение Н). Поэтому трудно определить в каком направлении двигаться. Значит, необходимо чтобы навигатор «распознавал» в какую сторону смотрит ребенок.
Кроме того при навигации внутри школы нет строений или других географических объектов. Это затрудняет использование карты местности.
Итак, карта с указанием геолокации не подходит. Нужен более удобный способ.
Принцип работы приложения «Клубок» достаточно прост - это стрелки, указывающие направление до нужного объекта.
Ребенок заходит на своем смартфоне в приложение, выбирает объект, до которого хочет дойти, нажимает кнопку в путь и картинка, которую он видит через камеру телефона, дополняется указателями.
3 этап
Оформление стартовой страницы и навигации
Стартовая страница должна быть максимально понятной и удобной. Поэтому мы решили избавить ребенка от необходимости набирать пункт назначения, достаточно выбрать его из списка. Самые часто используемые направления будут подниматься вверх поиска.
Чтобы создать макет мы вновь использовали онлайн редактор Canva. Используя фигуры, рамки и текст, нарисовали стартовую страницу (Приложение О).
А чтобы показать, как будет выглядеть навигация, фотографии школы дополнили стрелками и текстом (Приложение П).
Мы надеемся, что в самом ближайшем будущем такая программа появится, и дети с большим комфортом смогут привыкать к школьной жизни. А моя работа не только приблизит это будущее, но и будет полезна разработчикам такой программы.
Заключение
Исследовав эффективность использования дополненной реальности для навигации по школе, я пришёл к выводу, что моя гипотеза подтвердилась. Созданный мною макет приложения для навигации будет востребован и поможет школьникам ориентироваться в школе.
Технология AR прекрасно работает на самом массовом носителе — смартфоне. Дополненная реальность уже меняет наше настоящее: виртуальные маски, охота за покемонами по городам, дети, стреляющие друг в друга не из деревяшек, а через экран телефона. Сейчас это уже реальность.
Следующий шаг — массовый выход AR из зоны развлечений в сектор информационной поддержки.
И одно из перспективных направлений - возможность ориентироваться в незнакомых местах, даже не глядя на карту.
К сожалению, даже если найти программиста и написать приложение «Колобок», в настоящее время протестировать его не получится. Потому что не у всех школьников есть смартфоны, а даже если есть, то приносить их в школу чаще всего запрещено. И этот запрет понятен. Большинство детей используют смартфоны исключительно для развлечения. Мы пока не привыкли с его помощью получать знания, но это обязательно произойдет. Дополненная реальность изменит наше представление о работе, учёбе, играх и взаимодействии с окружающим миром. Возможно, в будущем самые интересные идеи по развитию технологии будут звучать от тех, для кого эта самая технология была частью детства.
Надеемся, данная работа повысит интерес к продуктам дополненной реальности и послужит толчком для разработки новых программ. А дети перестанут относиться к смартфону, как к игрушке, осознав, что это отличный инструмент для самообразования.
Список используемой литературы.
Арсентьев Д.А. Внедрение элементов дополненной реальности в учебно-методическую литературу / Д.А.Арсентьев // В сборнике: Университетская книга: традиции современность материалы научно- практической конференции. – 2015 – С.18-22.
Пушкарев Г.С. Дополненная реальность: перспективы и будущее технологии - М.: МИЭМ НИУВШЭ, 2019. – 124с.
Иванова А.В. Технологии виртуальной и дополненной реальности:возможности и препятствия применения // Стратегические решения и риск-менеджмент. - М.: МГУП, 2018.- 115с.
Мытников А.Н., Мытникова Е.А., Кузнецова Л.Н., Солин С.Ю. Технологии разработки мобильных приложений // Теория и практика современной науки. — 2016. — № 4 (10). — М. С. 504-506
VI. Приложения
Приложение А
Пример дополненной реальности
Приложение Б
Цифровые дисплеи
Приложение В
Применение дополненной реальности в различных сферах жизни
Авиастроение Военная промышленность
Приложение Г
Игра дополненной реальности - PokemonGo
Приложение Д
Приложение IKEA Place
Приложение Google Sky Map, которое помогает узнать, какие звезды сейчас видно на небе.
Приложение Ж
Приборы ночного видения с функцией указателя цели, который показывает, куда попадет пуля при текущем положении ствола
Приложение З
УЗИ в формате 3-Д
Приложение И
Аудио-помощник для людей с ограничениями в здоровье
Приложение К
Вопросы для анкетирования.
1. Когда Вы в первом классе пришли в школу, испытывали ли вы неудобства, связанные с тем, что не знали где что находится (ваш класс, туалет, столовая)?
А. да
Б. нет
2. Случалось ли Вам потеряться на территории школы?
А. да
Б. нет
3. Хотели бы Вы, чтобы появилась программа, которая будет прокладывать маршрут до нужного объекта?
А. да
Б. нет
4. Как Вы считаете, поможет ли эта программа быстрее привыкнуть к школе?
А. да
Б. нет
Приложение Л
Таблица ответов
|
Да |
Нет |
|
|
1 вопрос |
30 |
0 |
|
2 вопрос |
10 |
20 |
|
3 вопрос |
28 |
2 |
|
4 вопрос |
30 |
0 |
Приложение М
Логотип приложения
Приложение Н
Принцип работы существующих приложений по навигации
Приложение О
Стартовая страница
Приложение П
Страница навигации