Реферат: Чуприна С. И., Рябинин К. А

Чуприна С.И., Рябинин К.А.

ПГниУ, мех.-мат. фак., каф. МОВС, г. Пермь

Применение мультимедийных средств в образовательном процессе для повышения информационно-коммуникационной компетентности студентов


Высшее образование сегодня требует постоянной актуализации и модернизации в соответствии с потребностями общества и уровнем развития ИТ-индустрии. Современный уровень информационно-коммуникационных технологий значительно изменил среду обитания и жизнедеятельности человека, поэтому информатизация образования и формирование высокого уровня информационно-коммуникационной компетентности (ИКК) всех участников образовательного процесса является одним из самых приоритетных направлений в развитии образовательных учреждений любого уровня образования. Здесь и далее под компетенцией мы будем понимать совокупность взаимосвязанных качеств личности (знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов, необходимых для качественной продуктивной деятельности по отношению к ним.

Повышение уровня ИКК сотрудников и студентов образовательных учреждений – тема отдельного исследования. В данной работе мы рассмотрим лишь один из аспектов повышения уровня ИКК, связанный с применением в образовательном процессе мультимедийных средств на примере использования средств, полученных кафедрой математического обеспечения вычислительных систем (МОВС) в ходе реализации в нашей стране приоритетного национального проекта «Образование» и в рамках программы развития Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пермский государственный университет».

Технологии мультимедиа позволяют интегрировать аудиовизуальную информацию, представленную в различной форме (видеофильм, текст, графика, анимация, слайды, музыка) в рамках единой информационной системы, используя возможности интерактивного взаимодействия с системой на базе мультимедиа-операционных сред. Характерной особенностью реализации мультимедиа-образовательных продуктов является объединение всех их компонентов на одном материальном носителе.

При традиционном использовании средств мультимедиа для создания презентаций (чаще всего в среде Microsoft PowerPoint) мы стремимся использовать не только достаточно широкие возможности анимации, импорта различных графических приложений, видео- и звуковых материалов, но и совмещать технические возможности компьютерной и мультимедийной техники (прежде всего мультимедийного проектора) с «живым» общением педагога и ученика.

Помимо традиционных мы активно используем доступные инновационные технологии мультимедиа в научно-практической деятельности студентов и преподавателей, считая научно-исследовательскую и практическую деятельность по разработке программных продуктов неотъемлемой частью образовательного процесса на нашей кафедре. Приоритетными направлениями в области использования средств мультимедиа в научно-исследовательской работе преподавателей и студентов кафедры МОВС являются:

применение трёхмерного сканирования для построения высококачественных моделей произвольных объектов;

стереоскопическая визуализация;

системы виртуальной реальности;

дополненная реальность;

разработка систем фотореалистичной визуализации.

Трёхмерное сканирование – это процесс автоматизированной оцифровки объектов реального мира при помощи соответствующих программных и аппаратных средств. В распоряжении кафедры МОВС находится трёхмерный сканер Roland LPX-600, позволяющий получать высокоточные трёхмерные модели реальных объектов, которые затем можно использовать как в среде CAD-систем, так и в среде графических редакторов для создания разнообразных приложений виртуальной реальности. Так, например, результаты трёхмерного сканирования активно используются в машиностроении для решения задач быстрого прототипирования деталей, узлов конструкций и изделий в целом; в медицине – для создания моделей протезов; в археологии – для оцифровки экспонатов с целью создания виртуальных выставок, виртуальных музеев и т.п.

Наши студенты и преподаватели использовали трёхмерный сканер в организации совместных семинарских занятий со студентами и сотрудниками лаборатории исторической и политической информатики историко-политологического факультета ПГНИУ, специализирующимися в области компьютерных технологий и ресурсов в исторических исследованиях и образовании; участвовали в оцифровке экспонатов музея археологии Прикамья и др. На сегодняшний день на кафедре продолжаются исследования с целью разработки единой универсальной технологии быстрого получения высококачественных 3D-моделей произвольных объектов с использованием результатов 3D-сканирования.

Стереоскопическая визуализация – это процесс построения и демонстрации двумерных изображений, создающих у наблюдателя иллюзию объёма. Отображение некоторой трёхмерной сцены (реальной или виртуальной) происходит с двух слегка разнесённых в пространстве точек, то есть моделировании видения мира выполняется при помощи «двух глаз». Затем полученная пара картинок должна быть показана наблюдателю так, чтобы один глаз видел только первую картинку, а другой – только вторую. В результате, у человека создаётся иллюзия протяжённости пространства, то есть возникает восприятие объёма. Для демонстрации стереоизображений на кафедре МОВС имеются затворные очки eDimensional 3D Vision и шлем виртуальной реальности eMagin Z800 3D Visor.

Шлемы виртуальной реальности оснащены двумя дисплеями, детектором поворотов головы и наушниками, что позволяет использовать их не только для простого показа стереоизображений, но и для создания эффекта «погружения» в виртуальную реальность, когда управление виртуальным взглядом осуществляется естественным для человека образом – при помощи поворотов головы. Визуализация на базе виртуальной реальности находит активное применение в системах обучения и симуляции (например, в медицине, авиации и космонавтике), в задачах научной визуализации (например, при проведении научных экспериментов и анализе многомерных данных), в индустрии развлечений, выступая в качестве основы нового поколения человеко-машинных интерфейсов.

Под руководством доцента Залоговой Л. А., ведущей лекционные и практические занятия по компьютерной графике, системам виртуальной реальности и мультимедиа, для имеющегося типа шлемов виртуальной реальности в рамках дипломной работы Константина Рябинина был разработан кроссплатформенный модуль графического расширения (графический «движок»), на базе которого создано несколько демонстрационных приложений: виртуальный исторический музей, система визуализации моделей для Triad.Net и др. Помимо систем виртуальной реальности, в рамках курсовых и дипломных работ студенты под руководством доцента Залоговой Л. А. разрабатывают также системы построения фотореалистичных изображений, что востребовано при реализации широкого спектра программных систем: от систем научной визуализации до систем создания специальных эффектов в индустрии развлечений (кинематограф, компьютерные игры и т.п.).

Дополнение реальности – это процесс автоматизированного добавления виртуальных объектов в реальную картину мира. Чаще всего такой процесс осуществляется путём размещения мультимедийных данных поверх видеопотока, причём на основании его содержания (к примеру, размещение портрета художника и названия рядом с наблюдаемым через видеокамеру произведением искусства). Технологии дополнения реальности набирают популярность, в частности, в связи с широким распространением мобильных вычислительных устройств (смартфонов и планшетных компьютеров). Такие устройства, в отличие от персональных компьютеров, в силу своих размеров могут всегда находиться у пользователя «под рукой», оснащены встроенными видеокамерами и при этом обладают достаточной вычислительной мощностью для осуществления распознавания образов и генерации дополняющих реальность мультимедийных данных.

В настоящее время дополненная реальность на практике чаще всего используется при решении задач маркетинга (например, имеются магазины, витрины которых «расширены» при помощи дополненной реальности, реклама и т.п.) и задач ориентирования на местности. В последнем случае имеет место целый комплекс успешно коммерциализируемых направлений в области туризма и музейного дела, связанных с распознаванием окружающей обстановки, определением местоположения человека и выводом интерактивной информации о том, где он находится, как добраться до нужного места, что за объект находится в фокусе его видеокамеры и проч.

Исследования в области дополненной реальности осуществляются на кафедре МОВС под руководством старших преподавателей Дуракова А. В. и Юркова К. А. В качестве аппаратной платформы для этих исследований выступают смартфоны и планшетные компьютеры на базе iOS (iPhone 4, iPad 2), Android (HTC Desire S, Samsung GalaxyTab P1010) и Windows Phone7 (HTC HD7). Осенью 2010 года разработка проекта мультимедийного гида на основе дополненной реальности под названием «Гид на ладони» была поддержана в рамках программы У.М.Н.И.К. фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, а 1 декабря 2011 года в Пермской государственной художественной галерее состоялась пресс-конференция, на которой Дураков А. В. И и Юрков К. А. представили его промо-версию. Пресс-конференция вызвала интерес к инновационному проекту не только ИТ-специалистов и сотрудников музеев, но и представителей министерства культуры, молодежной политики и массовых коммуникаций Пермского края. С помощью мобильных устройств пермские ценители искусства смогут расширить свои знания об экспонатах музея. Дополнять привычную реальность будут этнографические и архивные данные на русском и английском языках, фото- и видеоматериалы. Имеющиеся в распоряжении кафедры мобильные устройства используются также при проведении занятий по спецкурсу «Стратегии электронного бизнеса, архитектура и проектирование», а в рамках самостоятельной работы студентов для разработки и тестирования приложений по тематике курсовых и выпускных проектов, а также инновационных проектов, уже получивших заслуженные награды на конкурсах и выставках различного уровня.

Таким образом, в результате использования технологий мультимедиа не только для традиционной поддержки образовательного процесса, но и для подготовки и реализации курсовых и выпускных работ, в научно-исследовательской деятельности, в процессе создания и использования программных средств образовательного назначения, а также для разработки современного программного обеспечения «под заказ», студенты способны работать с различными мультимедийными средствами как на уровне конечного пользователя, так и на уровне программиста-разработчика. Это свидетельствует в пользу обоснованности выбранной стратегии обучения с применением средств мультимедиа, так как она в большей степени гарантирует выработку необходимых на практике профессиональных навыков и компетенций в соответствии с ФГОС третьего поколения.

В заключение хочется отметить, что, безусловно, основное содержание работы со средствами мультимедиа составляет вовсе не освоение интерфейса соответствующих программных и аппаратных средств, а осмысление целей их применения в учебном процессе, потребностей учащихся, выявление преимуществ мультимедийного способа представления информации и другие действия креативного характера, но эта тематика выходит за рамки данной работы.