XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание и моделирование будущего облика города-наукоград Жуковский на платформе CoSpaces Edu
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
«Единственным источником знания является опыт»
А. Энштейн
Человек всегда пытался моделировать реальность, но лишь с появления технических и программных средств стало возможным моделирование близкое к реальности. Так появились миры, искусственно созданные человеком - виртуальная реальность. Виртуальной реальностью (англ. Virtuality Reality соĸр.VR) называют интерактивный мир, созданный с использованием современных компьютерных программ, который воспринимается человеком через основные органы чувств: зрение, слух, осязание и, порой, обоняние.
Технологии виртуальной реальности открывают для нас будущее. Благодаря им сейчас можно делать такие вещи, о которых несколько лет назад еще никто не мог даже подумать. С помощью технологий виртуальной реальности можно осмотреть экспонаты Московской Кремля и Лувра, рассмотреть строение нашего организма, оказаться в кабине сверхзвукового самолета, подняться на самую высокую гору в мире и опуститься на дно океана, не выходя из дома.
Сегодня существует достаточно большой спектр областей, где применяется дополненная (дополненная реальность (англ. Augmented Reality (сокр. AR)) – технология интерактивной компьютерной визуализации, которая дополняет изображение реального мира виртуальными элементами и дает возможность взаимодействовать с ними) и виртуальная реальность. Исследования показывают, что люди запоминают информацию только 20% от того, услышат, 30% - от того, что увидят, и до 90% - от того, что сделают сами или испытываем во время симуляции 1. Виртуальная реальность окружает нас сейчас повсюду, ей активно пользуются врачи, ученые, пилоты и водители, учителя и инженеры-конструкторы, технологи, художники и артисты. Виртуальная реальность присутствует сейчас в любой сфере человеческой деятельности, в начале 2022 года во всем мире почти 100 миллионов человек активно использовали в своей работе VR, сейчас количество больше в несколько раз 3. В настоящий момент во всем мире технологию дополненной реальности поддерживают более трех миллиардов смартфонов на iOS и Android.
CoSpaces Edu - (Коспейсес) – это среда программирования, созданная компанией Delightex, которая занимается разработкой инновационных технологии в области современного образования. Это образовательная технология, позволяющая легко создавать свои собственные 3D-творения, анимировать их с помощью кода и исследовать их в виртуальной или дополненной реальности. Программирование в CoSpaces проходит на языке CoBlocks. С помощью изученной программы CoSpaces Edu у нас появилась возможность спроектировать и воплотить виртуальную модель - образ будущего города-наукоград Жуковский.
Виртуальная модель города будущего сочетает в себе инновации, энергетическую эффективность и экономическую устойчивость, объединяет инфраструктуру и принципы охраны окружающей нас среды, сознательное потребление, услуги и технологии. Это город, в котором экономия энергии, сокращение выбросов и управление расходами являются частью повседневной и комфортной жизни горожан. Другими словами, устойчивый, эффективный, безопасный и умный город будущего.
Виртуальная реальность позволяет получить реальный опыт присутствия, повышая эффективность обучения и вероятность запоминания. Этим и обусловлена актуальность выбранной нами темы.
Новизна проекта заключается в том, что впервые учащихся начальной школы сделана попытка создать виртуальную модель города Жуковский с использованием программы CoSpaces Edu.
Основная цель проекта - с помощью инструментов программы CoSpace Edu, создать виртуальную модель будущего города – наукоград Жуковский и, на ее основе, привлечь внимание одноклассников к возможностям моделирования, по средствам виртуальных миров на платформе CoSpaces Edu.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
Научиться основам создания виртуальных моделей в программе CoSpaces Edu с помощью предлагаемых инструментов для работы в ней, соблюдая основополагающие принципы, создать собственный вариант города будущего.
Натуральность и убедительность - при погружении в виртуальную среду не должно оставаться сомнений в реальности происходящего в ней, для этого необходимо соотнести масштаб создаваемых объектов и привязать их в системе координат (x; y; z), используя полученные на уроках математики знания.
Интерактивность - взаимодействие с различными вещами и предметами, через создания, с помощью цифрового кода, алгоритмов действий и движений, звуковых эффектов, прописывая их на языке coBlocks, для каждого элемента нашей модели в отдельности.
Детализация виртуального пространства - возможность для каждого пользователя не просто увидеть наш город в будущем, но и изучить его благодаря знакомым историческим элементам и достопримечательностям.
Эффект присутствия - пользователь выступает не как простой наблюдатель, но как непосредственный участник событий, взаимодействуя с виртуальной средой посредством путешествия в виртуальном мире.
Формирование познавательных и конструктивных умений: наблюдение, моделирование, сравнение, анализ и систематизирование: отражение результатов своих исследований в творческой деятельности.
Этапы работы над проектом.
Постановка проблемы и ее актуальность.
Сбор теоретической информации о создании виртуальной модели по средствам CoSpaces.
Обсуждение маршрута и продумывание удобной навигации будущего проекта.
Создание виртуальной модели.
Консультирование с педагогом наставником и классным руководителем по наполнению модели.
Апробация виртуальной экскурсии по будущему городу-наукоград Жуковский в нашем классе.
Оборудование.
|
Персональные компьютеры с программным обеспечением, с минимальными системными требованиями (процессор i3 или аналог, 4 Гб оперативной памяти); экран; мышка; среда программирования CoSpaces (https://cospaces.io/edu); доступ в интернет; VR гарнитура; |
веб-браузер, поддерживающий WebGL. WebGL (Web Graphics Library) - программная библиотека для языка JavaScript предназначенная для визуализации интерактивной трёхмерной графики и двухмерной графики в пределах совместимости веб-браузера без использования плагинов.
Особенности создания виртуальной модели в программе CoSpaces.
В сентябре 2022 на занятиях в инженерном клубе Мегавольт г. Жуковский мы впервые познакомились с инструментом 3D-пространство CoSpaces, который поразил нас своими возможностями. В течение двух месяцев обучения в инженерном клубе мы изучали технические аспекты, необходимые для создания полнофункционального 3D-мира в программе CoSpaces.
Эта программа открыла для нас уникальную возможность попробовать спроектировать город Жуковский в будущем, в котором мы смогли протестировать, опробовать и устранить любые ошибки недочеты.
Мы спроектировали наш город так, чтобы проблемы, обсуждаемые на занятиях по предмету «Окружающий мир», такие как - чрезмерное использование природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, пагубно влияющее на нашу атмосферу, транспортная инфраструктура и ее доступность, нехватки парковочных мест, зон для прогулок и игр, проблемы с водоснабжением и электроэнергией, количество зелёных насаждений в черте города просто исчезнут. И, в скором будущем, мы все будем жить и работать в более пригодном для жизни месте, ориентированном на нужды человека – городе мечты, наукоград Жуковский.
Работа над нашим проектом начиналась с определения его цели. Это помогло нам более организованно вести работу. Мы выбрали объект, маршруты и определились с содержанием нашей модели.
Модель города Жуковский представлена уютными кварталами, с многочисленными скверами, фонтанами, детскими зонами, привлекательным ландшафтом и цветочными клумбами, местом для отдыха. Жилищные комплексы – это современные дома, со встроенными подзарядками для электромобилей, автопарковками и круглогодичными теплицами на крыше. Доступными и безопасными транспортными развязками, маршрутами и спланированными пешеходными зонами. Центральный технопарк, сердце нашего города – ЦАГИ и невероятной красоты городской парк.
Инфраструктура нашего города, демонстрирует работу преобразователей возобновляемых источников. Комфортная городская среда расположена в городском парке: велодорожки с подогревом (в зимнее время) и самосветящимся покрытием в темное время суток, детская карусель-генератор, который преобразует механическую энергию в электрическую (благодаря чему освещается небольшая территория парка), кафе, площадки для детей, и подростков, отдыхающих пожилого возраста. Автострада, многоярусная парковка с электропитанием для электротранспорта, круглогодичная экоферма (Рис.8 Приложение 2), которая использует энергию Солнца и ветра, расположенная на крышах жилые и административных зданий, современный полицейский участок (Рис.9 Приложение 2). Все здания в городе оснащены преобразователями энергии солнца (солнечные батареи) и ветра (представлен автономный действующий ветрогенератор). Действующие фонтаны работают за счет сточных вод (круговой цикл).
В строительстве используются материалы и разработки, которые позволили создать нужной плотности стены с высокой теплоизоляцией. Избежать теплопотерь, помогает идеальная архитектурная форма, которая имеет предельно простую форму без лишних выступов. Даже учитывая холодные зимы, количество вырабатываемой электроэнергии хватает на поддержание комфортной температуры в лютые морозы, приготовление пищи, использование бытовых приборов и даже содержание бассейна и тренажерного зала с особой системой кондиционирования. Такие дома уже построены сейчас в Финляндии и Германии Мониторинг работы всех систем первого в Европе «активного дома» («Луукку», Финляндия). 8
Реализация задуманного в программе CoSpace. Описание процесса проектирования и создания, трудности, возникшие в процессе работы, и пути их решения.
Для того, чтобы начать пользоваться платформой, нужно зарегистрироваться на сайте - https://cospaces.io/edu/. После регистрации открывается Ваш личный кабинет (Рис.1 Приложение 2), в котором мы и будем работать. Работа начинается с раздела «Галерея» (Рис.2 Приложение 2), где загружены материалы подложек для будущих проектов. При нажатии на клавишу «Создать проект», появятся сцены для создания заданий и сооружений. В бесплатной версии доступно только 3D окружение – пустое пространство и картинки 360°. Для реализации нашего проекта мы начинаем работу в пустом пространстве, которое постепенно будем наполнять объектами и предметами, сцена за сценой.
Работа над нашим проектом начиналась с определения его цели. Мы очертили основной круг освещаемых объектов и приступили к созданию модели сцен нашего будущего города с применением 3D объектов и строительных блоков из раздела «галерея», а затем создали интерактивный диалог с помощью программного кода CoBlocks (блоки кода). Каждый блок представляет собой фрагмент кода или инструкцию, которая говорит CoSpaces Edu запускать определенные действия с выбранным предметом. Открыв редактор кодирования, мы выбираем интересующий нас объект, например, городской электроавтобус, задаем ему траекторию движения, через написание кодов CoBlocks, привязываем его движение к координатам нашей дороги. Теперь электробус успешно возит пассажиров по центру нашего города (Рис.3 Приложение 2). Трудности, возникшие в процессе работы на данном этапе заключались в необходимости выполнить модель в корректном масштабе. Для этого необходимо было соотнести все элементы между собой.
В процессе подготовки сцены железнодорожного узла - платформы «Отдых» (Рис.7 Приложение 2), мы воспользовались возможностью загрузки звуковых файлов в проект. Это позволило придать станции реалистичный облик, знакомый каждому из нас. Мы добавили звук объявления, информирующего пассажиров на станции об отъезжающем поезде, добавили расписание приезжающих и отъезжающих электричек. С помощью галереи 3D объектов, мы заполняли нашу сцену, поворачивая и изменяя размер, подбирая нужный цвет и фактуру каждому объекту (Рис.4, 5, 6 Приложение 2).
В нашей модели мы указывали вектор движения и определяли ограничения передвижения наших объектов (физический движок- Physics), определяя для каждого из них его физические свойства - упругость (bounciness), массу (mass) и трение (friction). (Рис. 7 Приложение 2).
В нашем проекте мы предусмотрели виртуальную прогулку по Луне с помощью Ракеты «TUPOLEV» (Рис 7 Приложение 2). Помещение, ведь в нашем городе будущего каждый житель сможет отправиться в космическое приключение. Обсудив с нашим классным руководителем Г. Н. Ефименко вопрос, как люди смогут передвигаться по поверхности луны и насколько их ощущения могут отличаться от земных. Мы узнали о разнице между весом и массой, а также о связи гравитации и веса. Вес — это силы тяжести, действующая на массу объекта. Вес измеряется в ньютонах (N). Сила гравитационного поля Земли равна 10, а Луны — 1,6. Вес в ньютонах можно рассчитать, умножив массу (в кг) на силу гравитационного поля (Н/кг).
Показ объектов, как уже отмечалось, является частью, занимающей главенствующее положение в нашем проекте. Правильный отбор объектов, их количество, последовательность показа оказывают влияние на качество проекта. В качестве объектов в данной работе использованы основные и значимые места в нашем городе, в будущем.
Работа над виртуальной моделью нашего города познакомила нас с физическими законами и закономерностями представленных инженерных сооружений и, в свою очередь, способствовало пробуждение познавательного интереса к изучению истории город. Именно осознание значимости коллективной работы для получения результата, роли сотрудничества в процессе выполнения творческих проектов. Благодаря данному проекту мы смогли разобраться, не только в непростых процессах окружающего нас мира, но и привлечь внимание к разработке и активному поиску жизнь альтернативных и экологически чистых видов энергии среди наших одноклассников.
Заключение
Технологии помогают сделать обучение гораздо увлекательнее, вовлеченность и интерес — вот что важно для подлинно эффективного обучения. Несмотря на проведенную грандиозную работу, данную модель еще можно углублять и совершенствовать. В наши планы входит путешествие во времени, благодаря технологии 3D моделирования, а именно, историческая реконструкция рождение нашего города.
С помощью воображения и упорного труда можно попасть в любой мир, даже не выходя из дома и класса в школе. Мы научились решать сложные задачи с помощью рассуждений, осознавая, что, если последовательность операций в коде неправильная, желаемое действие не будет выполнено.
С помощью этой работы мы смогли продемонстрировать как свое понимание городской среды, так и научились эффективно применять программирование и принципы объемно-пространственной композиции для создания увлекательного цифрового пространства, позволяя спроектировать его более ярким и визуально привлекательным.
Таким образом, можно сделать вывод, что инструмент CoSpaces Edu, адаптируется к любому школьному предмету, и поставленной задачи, позволяет создавать свои собственные 3D-творения, анимировать их с помощью кода и исследовать их в виртуальной или дополненной реальности. Создание миров, с помощью CoSpaces Edu, развивает навыки обучения 21-го века и цифровую грамотность, повышает креативность и способствует сотрудничеству в классе. В мире все меняется очень быстро, и широкий кругозор, вместе с накопленным опытом и знаниями собственных экспериментов, поможет нам быстро сориентироваться в новых и сложных задачах и найти свой собственный путь их решения, ведь технология информационного моделирования позволяет в десятки раз ускорить этот процесс. этот процесс.
Список использованной литературы
Журнал Science Time. Выпуск №9 (2015) Активные формы обучения как основа эффективности образовательного процесса в начальной школе.
https://gb.ru/blog/tehnologii-virtualnoj-realnosti/
https://www.statista.com/statistics/591181/global-augmented-virtual-reality-market-size/
https://vc.ru/future/367134-pyat-trendov-vr-i-ar-v-2022-godu-kotorye-sdelayut-tehnologiyu-massovoy
https://zhukovskiy.ru/%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4/history/
https://sberuniversity.ru/edutech-club/glossary/945/
http://ve-group.ru/baza_znanii/slovar-terminov/
https://lulahouse.com
Ссылка на ролики в проекту https://disk.yandex.ru/d/vVp59Y8a6WLotw
Приложение 1.
Быстрые клавиши и клавиши редактирования
Приложение 2
«Пошаговый процесс создания и наполнения модели города».
Рисунок 1. «Начало проекта в личном кабинете».
Необходимо зайти на сайт https://cospaces.io/edu/ , пройти регистрацию, чтобы создать свою учетную запись.
Рисунок 2. Галерея проектов. Наш первый шаг в создании виртуальной модели города, мы выбираем первую сцену (пространство) для построения центра нашего города из библиотеки фонов.
Рисунок 3. Построение интерактивного диалог с помощью программного кода CoBlocks.
После того, как мы создали сцену и наполнили ее объектами, мы приступаем к программированию отдельных объектов с помощью языка программирования CoBlocks.
Блоки команд запускаются последовательно, в зависимости от того, как мы их выстраиваем.
Рисунок 7. Железнодоровная станция «Отдых».
Рисунок 4. Работа в библиотеке 3D объект. Перетаскиваем выбранный 3D объект- нашего героя, из библиотеки на нашу сцену и придаем им динамику. Таким образом, шаг за шагом мы заполняем наше пространство героями.
Рисунок 5. Анимирование 3D объектов, на примере жителя города. И с помощью параметров – выбрать сторону, придать динамику, анимировать (например, жестикуляция), изменить внешность (прическа, лицо), прописать ему реплику.
Рисунок 6. Кодировать персонажей/объектов так, чтобы они могли двигаться и говорить.
Рисунок 7. Работа с модулем космическое путешествие жителей Жуковского на ракете «Туполев» на Луну.
Рисунок 8 Круглогодичная экоферма. Такие фермы расположены на крышах зданий в городе, в парке.
Рисунок 9 Современный полицейский участок с роботами.
Ссылка на видео обзор нашего проекта : https://disk.yandex.ru/d/vVp59Y8a6WLotw