XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Целью нашего проекта является создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности (AR). Для наглядной работы приложения за основу была взята Красная книга Забайкальского края, а название созданного приложения - «Красная книга Забайкалья в AR».
Актуальность проекта «Создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности» состоит в том, что предоставляется возможность рассмотреть все созданные объекты в 3D-формате со всех сторон, делая их более реалистичными, что позволяет по-новому взглянуть и на Красную книгу. Каждый знает о существовании Красной книги, но не у каждого есть возможность её увидеть или приобрести, поэтому данное мобильное приложение дает широкую возможность войти такой книге в каждый дом. Мобильное приложение выступает и как средство пропаганды бережного отношения ко всему, что окружает нас. Значение Красной книги чрезвычайно велико. Она содержит большой список редких животных и растений, которым грозит исчезновение на земле [4].
Новизна и оригинальность предложенной идеи по созданию мобильного приложения с помощью технологии AR состоит в том, что она позволяет по-новому взглянуть на Красную книгу, осмыслить и осознать её значение. С помощью AR-технологии появляется возможность увидеть созданные объекты в 3D-формате, которые становятся более реалистичными, а это говорит о том, что созданное приложение удобно в эксплуатации, и в освоении.
За минувшие столетия с лица Земли исчезли многие виды живых организмов: вымерли несколько сотен животных и растений. Деятельность человека часто нарушает равновесие в природе [7].
С помощью данного мобильного приложения учащиеся школ, студенты средних и высших учебных заведений могут с большим интересом изучать мир животных и растений, используя современные технологии в образовательном процессе. Приложение предоставляет образовательные материалы о редких видах и проблемах, связанных с их вымиранием. Это способствует повышению экологической грамотности и ответственности населения. Изучаемый материал становится во много раз интереснее, нагляднее, объемнее. Любой объект, созданный с помощью технологии дополненной реальности (AR) принимает не плоские формы бумажного листа, а полноценные объемные фигуры, которые полностью соответствуют книжным моделям.
Для туристов и любителей природы созданное приложение может стать незаменимым гидом, помогая избегать воздействия на уязвимые экосистемы. Данное мобильное приложение обеспечивает легкий доступ к информации о редких видах, их местообитаниях, угрозах и мерах по их сохранению, что может стимулировать действия людей в направлении сохранения окружающей среды.
Задачи, решение которых необходимо выполнить для достижения поставленной цели:
1. Раскрыть содержание понятия «дополненная реальность»и рассмотреть её области применения;
2. Смоделировать максимально точные копии создаваемых объектов по отношению к оригиналу с помощью программы трехмерного моделирования Blender;
3. Разработать мобильное приложение с дополненной реальностью на базе операционной системы Android с помощью кроссплатформенной среды разработки Unity 3D.
Объект исследования: Редкие и исчезающие виды растений и животных, включенные в Красную книгу Забайкалья.
Предмет исследования: Внедрение технологии дополненной реальности для улучшения доступа к информации о редких видах и содействия их сохранению.
I. Основная часть
1.1 Дополненная реальность – перспективная технология ХХI века
Дополненная реальность (AR) – одна из самых перспективных технологий XXI века. С каждым годом AR-технология совершенствуется и становится привычным и полезным инструментом, а не просто впечатляющей игрушкой. Дополненная реальность (AR) «расширяет» реальный мир виртуальными объектами [3].
Дополненная реальность (augmented reality, AR) – технология, которая позволяет добавлять виртуальные объекты к тому, что окружающие видят в реальности. С помощью технологии AR реальный мир объединяют с виртуальным. Общий принцип работы технологии можно описать на примере смартфона. Его камера работает как «окно» - через него мы видим трехмерное пространство, в системе координат которого расположены виртуальные 3D-объекты.
В настоящее время сферы применения дополненной реальности присутствуют практически во всех направлениях: это и игровая индустрия, реклама, автомобильный сектор. Ещё одна сфера применения AR-технологии, это здравоохранение. Приложения помогают будущим врачам изучать реальную модель скелета. Военные тоже активно проявляют интерес к технологии дополненной реальности. Уже существуют приложения по подбору причесок и одежды, приложения по общественной безопасности, применение в образовании. Дополненная реальность (AR) с каждым годом всё больше внедряется в образовательный процесс [6].
В 1990 году учёный, профессор Университета Нью-Мексико Том Престон Кодел ввёл термин «дополненная реальность». Дополненная реальность первоначально стала развиваться больше как коммерческая, для нужд бизнеса. Это было вполне логично, так как чтобы приобрести опыт дополненной реальности, человеку достаточно смартфона или планшета.
Мобильные приложения служат разным целям, но, несомненно, приносят пользу своим пользователям. При разработке мобильного приложения обязательно необходимо учитывать, какие задачи оно будет выполнять, в чем будут преимущества в его установки, насколько активно целевая аудитория пользуется приложениями для смартфонов, каким спросом будут пользоваться приложения для учащихся.
Мобильное приложение – прикладное программное обеспечение, предназначенное для работы на смартфонах, планшетах и других мобильных устройствах.
Мобильные приложения можно разделить на три типа:
1. Веб-приложения – являются адаптацией сайтов для пользователей смартфонов. Создаются для того, чтобы посетители могли заходить на сайт в любое время, даже без доступа к персональному компьютеру или ноутбуку. Некоторые веб-сервисы необходимо скачивать и устанавливать, другие запускаются автоматически, при заходе на сайт через мобильный браузер.
2. Гибридные приложения – занимают промежуточную позицию между нативными и веб-программами. Имеют ограниченный доступ к аппаратной части смартфона. Требуют подключения к интернету, поскольку загружают контент из внешнего источника, размещенного на сервере.
3. Нативные приложения – создаются для конкретной операционной системы (iOS, Android, Windows). Нативные сервисы могут работать независимо от подключения к интернету. Они занимают меньше памяти, работают быстро, тратят меньше заряда батареи [8].
1.2 AR – технологии и образовательный процесс
Благоприятные условия для усвоения новых знаний возникают в детском и юношеском возрасте. В современной системе образования происходит конкуренция с развлекательной сферой, из-за чего и возникла необходимость в новом механизме восприятия, который сможет помочь учащимся вникнуть в процесс усвоения новых знаний.
Для того чтобы процесс обучения был максимально эффективным, необходимо сформировать интерес к чему-либо новому у учащихся, поэтому на сегодняшний день в образовательной среде становятся всё более популярными технологии с дополненной реальностью (AR).
Информационные технологии активно внедряются во все сферы жизни человека, а значит, происходят глобальные процессы, основное назначение которых усовершенствование устаревших методов управления информацией путем поэтапного внедрения электронных систем. Информационно-коммуникационные технологии стали неотъемлемой частью современного человека. Использование цифровых технологий считается основным требованием во многих профессиональных областях — это относится и к образованию.
Дополненная реальность чрезвычайно необходима для обучения в условиях занятий в классе или презентаций, тем самым позволяя учащимся глубже понять и изучить определенную тему. AR-технологии открывают новые возможности для изучения теории и отработки практики.
Однако цифровая среда требует от учителя другого восприятия картины мира, совершенно иных подходов и методов работы. Учитель должен обладать цифровой грамотностью, способностью создавать и применять контент посредством цифровых технологий, включая навыки компьютерного программирования, поиска, обмена информацией, коммуникацией [1].
В образовании дополненная реальность может быть использована для воссоздания исторических событий, чтения книг не в бумажном варианте, а в 3D-проекциях. Технология AR может успешно применяться на уроках истории, географии, биологии, уроках безопасности и жизнедеятельности (ОБЖ) и многих других предметах. Применение технологии дополненной реальности в образовательном процессе не отменяет учебники или книги, а дополняет предоставляемый преподавателем материал.
С помощью цифровых технологий преподаватели могут эффективнее преподносить материал, поэтому возможности обучения значительно расширяются. Совместно с учебными пособиями внедрение учебников с дополненной реальностью дает возможность не только визуализировать учебный материал, но и совмещать виртуальную реальность с физическим окружением, соприкоснуться с миром 3D, а значит сделать его более красочным, насыщенным, незабываемым и близким современным учащимся. AR технология действительно считается актуальной и обладает рядом преимуществ.
Дополненная реальность создает эффект присутствия, отображает связь между реальным и виртуальным миром. Вне зависимости от изучаемого предмета она привлекает к обучению учеников любого возраста собственной простотой, наглядностью, яркостью и понятностью. Технология AR создаёт обычную и удобную атмосферу для большинства учащихся и увеличивает мотивацию к получению новых знаний.
Воспользовавшись приложениями с AR, учащиеся могут управлять объектами дополненной реальности: перемещать их, поворачивать, менять размер, рассматривать с различных сторон - иными словами, вести взаимодействие с разными интерактивными элементами. Это дает большой импульс к развитию пространственного мышления, увеличивает качество получаемой информации, её усвоение, делает изучаемый предмет более привлекательным, способствует увеличению уровня познания. Благодаря объединению зрительной и звуковой информации, которая происходит в реальности, создается абсолютное погружение в информационную среду и активируется интерес к ее восприятию.
Технология AR позволяет учителю вовлечь учащихся в исследование, разрабатывая для этого учебные ситуации, использовать современные технологии, инструменты и способы деятельности для достижения качественного результата. Очень важно обучающемуся привить интерес к предмету, желание получать новые знания, углубляя уже имеющиеся, позволяя заинтересовать, раскрыть творческий потенциал, мотивировать к самостоятельным действиям и самообучению. Это можно добиться совместными действиями, как традиционными методами обучения, так и с помощью привлечения современных технологий.
1.3 Красная книга Забайкальского края
Забайкальский край расположен в восточной части Российской Федерации, в Дальневосточном федеральном округе. В географическом плане наш край занимает юго-восток Сибири. Площадь Забайкальского края составляет 431892 км2, что чуть меньше таких государств, как Швеция, Марокко, но больше, чем Япония, Италия или Германия.
Природа наделила Забайкалье бескрайней тайгой, привольными степями, обилием зверей, птиц и рыб, богатейшими недрами. Издавна это богатство является основой благосостояния забайкальцев. Поэтому сегодня очень важны вопросы и охраны природы, и рационального природопользования. Одним из наиболее действенных правовых механизмов решения этих проблем являются Красные книги, в том числе и региональные.
Природа Забайкальского края очень разнообразна и поэтому нуждается в бережном отношении к себе со стороны человека. Охраняемые природные территории занимают 5,4% площади Забайкальского края [2].
Красная книга Забайкальского края – официальный документ, содержащий список редких и находящихся под угрозой исчезновения животных, растений и грибов, сведения об их состоянии и распространении, а также необходимых мерах охраны.
На страницах книги можно найти представителей флоры и фауны, информацию об их численности, местах обитания, мерах, направленных на охрану биологических видов.
Созданию Красной книги предшествовало создание списка редких и исчезающих видов фауны Забайкалья, подготовленного в 1988 году сотрудниками Забайкальского педагогического университета. В 1998 году было принято Постановление Читинской областной Думы «О Красной книге Читинской области».
В составлении первого издания Красной книги («Красная книга Читинской области и Агинского Бурятского автономного округа» 2000г.) приняли участие сотрудники заповедников Сохондинский и Даурский, Читинского института природных ресурсов СО РАН (Сибирское отделение Российской академии наук), Забайкальского педагогического университета и других НИИ (Научно-исследовательских институтов) [5].
II. Практическая часть
2.1 Создание 3D-моделей с помощью программного обеспечения для создания трехмерной компьютерной графики - Blender
В работе над проектом «Создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности» и создании точных копий объектов 3D-моделей для мобильного приложения «Красная книга Забайкалья в AR» с помощью программы трехмерного моделирования Blender, были выбраны следующие виды флоры и фауны из Красной книги Забайкальского края:
1.Бурый ушан.
Это маленькая летучая мышь размером около 5 сантиметров с очень большими ушами. Окраска меха на верхней стороне тела тёмно-серая или буровато-коричневая, низ тела светлый. Вес – от 6 до 12 граммов. Летом селится в дуплах старых деревьев, охотится ночью по лесным опушкам, над полянами и водоемами. Бурый ушан – вид, находящийся под угрозой исчезновения. Продолжительность жизни составляет около 10 лет (Приложение 1).
2. Речная выдра.
Крупный зверь, ведущий полуводный образ жизни. Длина тела достигает 95 см, хвоста – 55 см, вес от 6 до 11 кг. Выдра проживает в лесных реках с большим количеством рыбы, относится к семейству куньих. Встречается в озёрах, прудах. Питается выдра, в основном, рыбой и моллюсками, реже – грызунами, лягушками и ящерицами. Средняя продолжительность жизни водного обитателя варьируется от 9 до 11 лет (Приложение 2).
3. Снежный барс.
Крупный хищник из семейства кошачьих, одно из самых редких животных в нашей стране. Таинственный и скрытный зверь обитает в труднодоступных горах, на высоте от 1500 до 6000 метров – там, где обитает их главная добыча – горные козлы. Длина тела без хвоста от 103 до 130 см., масса – 55 кг. Плотность популяции в нашей стране невелика – менее одного животного на 100 квадратных километров (Приложение 3).
4. Кувшинка четырёхугольная.
Многолетнее корневищное водное растение семейства кувшинковых. Листья плавающие, округло-овальные. Цветки 3-5 см, редко до 9 см диаметром, белые, полуоткрытые, с 10-12 лепестками и сильным ароматом. Цветёт с конца июля по август. Лекарственное растение, применяется в народной медицине. Нуждается в бережном отношении (Приложение 4).
Смоделированные объекты в 3D-формате с помощью программного обеспечения для создания трехмерной компьютерной графики Blender:
- Бурый ушан;
- Речная выдра;
- Снежный барс;
- Кувшинка четырехугольная.
2.2 Руководство пользователя мобильного приложения «Красная книга Забайкалья в AR»
1). Общие сведения о пользовательском интерфейсе программы
Мобильное приложение «Красная книга Забайкалья в AR» предназначено для пользователей, имеющих первоначальные навыки работы с операционной системой Android, на которой будет запускаться данная программа (Приложение 5).
2). Установка приложения
Чтобы установить данное мобильное приложение себе на телефон, нужно перейти по ссылке на Google Диск и скачать предоставленный файл установщик формата .apk (Приложение 6).
Чтобы скачать файл нужно кликнуть по нему правой кнопкой мышки и выбрать в контекстном меню пункт «Скачать». В окне обозревателя укажите путь для размещения файла, задайте имя, если есть такая необходимость, после чего нажмите кнопку «Сохранить».
Затем нужно открыть этот файл на мобильном устройстве и нажать кнопку «Установить», далее пойдет процесс установки приложения (Приложение 7).
Далее остается лишь дождаться окончания установки. Система предложит Вам сразу открыть установленную программу. Вы можете отказаться от этого, нажав кнопку «Готово» (Приложение 8).
3). Запуск мобильного приложения «Красная книга Забайкалья в AR»
Для запуска мобильного приложения необходимо найти нужное приложение в списке приложений Вашего мобильного устройства или на экране быстрого доступа. Запустить его нажатием на иконку приложения (Приложение 5).
4). Основное меню мобильного приложения
После успешной установки и запуска мобильного приложения открывается основное окно, где отображается меню данного приложения (Приложение 9). Меню содержит большой набор подменю, обеспечивающий доступ к различным системным действиям. Названия большинства категорий в меню мобильного приложения говорят сами за себя. Таким образом, меню образует иерархическую структуру функциональных возможностей данного мобильного приложения.
5). Раздел «Начать» в главном меню мобильного приложения
Чтобы открыть данный раздел в главном меню, нужно нажать на кнопку «Начать» (Приложение 9).
При переходе в данный раздел, отображается вид с камеры. Для полноценной работы данного раздела мобильного приложения, нужно навести камеру мобильного устройства на указанные метки. Подождать, пока камера сфокусируется на рисунке, после чего появится 3D-модель.
После успешной установки и запуска мобильного приложения, открываются все функции, доступные пользователю, такие как меню (Приложение 9), настройки (Приложение 10), и другие.
Технология дополненной реальности позволяет наглядно убедиться, что созданные с помощью программы Blender 3D-модели детально и максимально отражают тонкости оригинальных объектов. Мобильное приложение разработано на базе операционной системы Android с помощью кроссплатформенной среды разработки Unity 3D.
Заключение
Работа над проектом «Создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности» позволила сделать вывод, что созданное мобильное приложение «Красная книга Забайкалья в AR» очень актуальное, современное и своевременное.
Данный проект уникален тем, что не имеет аналогов в мире, так как идея является авторской. Проект не только вписывается в текущие тенденции охраны окружающей среды, но и предоставляет инструменты для активного участия общества в решении глобальных проблем сохранения окружающего мира.
Освоить принцип работы мобильного приложения доступно каждому человеку. Для этого необходимо желание учащегося и быть открытым для получения новых знаний и знакомства с новыми технологиями.
В ходе работы над проектом был проведен устный опрос, теоретическое знакомство и практическое применение мобильного приложения «Красная книга Забайкалья в AR» среди одноклассников, друзей и знакомых. Цель данного опроса – это не только сбор информации о необходимости создания и применения в образовательном процессе данного мобильного приложения, но и применение современных технологий в учебном процессе. В результате опроса было получено много положительных отзывов со стороны и учащихся, и учителей, была проявлена заинтересованность в установке приложения на телефоны.
Современные технологии стали неотъемлемой частью повседневной жизни молодого поколения. Новейшие технологии дают возможность осваивать новые знания в новом формате, которые ещё совсем недавно были недоступны. Дополненная реальность (AR) прекрасно справляется с этими задачами, открывая современному поколению большие возможности и перспективы уже не в далеком будущем, а в завтрашнем дне.
Дальнейшая работа над проектом «Создание мобильного приложения с помощью технологии дополненной реальности» будет продолжаться и расширяться. В мобильное приложение «Красная книга Забайкалья в AR» будут добавлены и другие представители флоры и фауны.
Задачи, поставленные в данном проекте, были полностью выполнены.
Список использованных источников и литературы
1. Бороненко Т.А., Кайсина А.В., Федотова В.С. Развитие цифровой грамотности школьников в условиях создания цифровой образовательной среды // Перспективы науки и образования. 2019. №2 (38). – 193 с.
2. Забайкальский край. Большая российская энциклопедия – электронная версия [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://old.bigenc.ru/geography/text/5377661
3. Котельева А.В., Барсов В.В. Проблемы и перспективы дополненной реальности // Информационные системы и технологии. – 2018 – Т.1, №1 – 457 с.
4. Красная книга. История создания. [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://www.oopt-rk.ru/krasnaja-kniga/krasnaja-kniga-istorija-sozdanija/
5. Красная книга Читинской области и Агинского Бурятского автономного округа (животные). / Госкомитет по охране окружающей среды Читинской области. Государственный природный биосферный заповедник «Сохондинский». Редколл.: А.М. Возмилов и др.– Чита: «Поиск», 2000. – 214с.
6. Семёнова Г.В. Опыт применения технологий дополненной и виртуальной реальностей в образовательном процессе // Известия Тульского государственного университета. Педагогика: Журнал. – 2022 - №1 – 58 с.
7. Соколова А.Г., Семикова Е.В., Шибаев А.С.- Красная книга // Юный ученый. – 2016. - № 2 (5). – 184 с.
8. Типы мобильных приложений | Виды приложений для Андроид и iOS [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://punicapp.com/blog/pages/1046/tipy-mobilnyh-prilozhenij
Приложение 1
Бурый ушан
Созданная 3D-модель Бурого ушана в программе Blender
Приложение 2
Речная выдра
Созданная 3D-модель Речной выдры в программе Blender
Приложение 3
Снежный барс
Созданная 3D-модель Снежного барса в программе Blender
Приложение 4
Кувшинка четырёхугольная
Созданная 3D-модель Кувшинки четырёхугольной в программе Blender
Приложение 5
Экран загрузки мобильного приложения
Приложение 6
Установочный файл мобильного приложения
Приложение 7
Начальный этап установки мобильного приложения
Приложение 8
Завершение установки мобильного приложения
Приложение 9
Скриншот работы меню мобильного приложения
Приложение 10
Скриншот работы меню «Настройки» мобильного приложения