ИТО-2001 / Секция III / Подсекция 2 : устное выступление и публикация 

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ 3D ТЕХНОЛОГИЙ В ДИСТАНЦИОННОМ ОБРАЗОВАНИИ

Хатьков Николай Данилович, Павличенко Юрий Александрович

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), г.Томск.

Рассматриваются возможности использования 3D инструментария к подготовке методического материала для дистанционного обучения. На основе математической модели лабораторной работы показаны ограничения в использовании 3D сцен для этого вида методических материалов. Представлены возможные типы методических материалов, где целесообразней использовать существующие 3D технологии. Указано на трудности в использовании 3D сцен при использовании Web – образовательных систем. На примере системы Sydney показана практическая реализуемость сделанных предложений.

задать вопрос автору

В некоторых учебных курсах (математика, физика, архитектура и др.) представление информации при использовании дистанционных технологий целесообразно осуществлять с использованием трехмерных изображений(3D сцены с объектами). Техническая реализация трехмерных изображений предполагает также и наличие у них звукового сопровождения. Наиболее простое техническое решение при проектировании курса заключается в использовании видео файлов, занимающих значительный объем дискового пространства. При этом, как показано в [1], более лучшим решением является применение графических библиотек типа DirectX, OpenGL. Здесь же оговаривается, что для некоторых видов методического материала, например, для проведения виртуальных лабораторных работ (ЛР), требуется разумное сочетание возможностей 2D (изображения на плоскости) и 3D (изображения в пространстве) изображений. Это обусловлено требованием к обязательному наличию свойства интерактивности в ЛР, которое достаточно сложно реализовать при 3D построениях. В самом деле, если объект имеет координаты x,y,z, одна из которых является постоянной во времени t(время проведения ЛР), например, z=const, то координатная функция, описывающая поведение объекта в пространстве:

F(M)=M{V,X,Y,Z,t} (1),

где M{} – математическая модель эксперимента, V – факторы математической модели, X,Y,Z – пространственная реализация математической модели,

уменьшается на одну степень свободы. Это дает существенный выигрыш в простоте реализации ЛР, что и позволило построить инструментарий в [1] для двух пространственных координат функционала (1). Однако, в некоторых случаях без 3D построений не обойтись, например, ЛР по изучению движения ионизированных частиц в пузырьковой камере, силовые линии электромагнитных полей и пр. Упростить построение ЛР в этом случае можно за счет того, что движущимся объектом является небольшая область с постоянными размерами. В этом случае выражение (1) также упрощается за счет ввода ограничений на изменчивость объекта во время его перемещения. Следовательно, сложность проектирования инструментария для ЛР будет существенно зависеть не только от факторов математической модели, но и от количества степеней свободы пространственного объекта в ЛР. Современные средства автоматизированного проектирования 3D изображений позволяют создавать фотореалистичные движущиеся объекты со звуковым сопровождением, например, 3DSMAX 4.02. Результатом работы подобных программ являются видео файлы или M{X,Y,Z} для каждого кадра с полным отсутствием V. Следует отметить, что частично функционал (1) присутствует в 3D играх, в которых поведение объектов описывается, как правило, линейными функциями. На основании этого, можно определить области использования существующего на данный момент 3D инструментария:

Применение 3D сцен в компьютерных курсах может накладывать ограничения на тип используемых систем в дистанционном образовании, основанных на удаленных приложениях (Web – технологиях) или на приложениях расположенных непосредственно у потребителя (кейс – технологии). Передача изображений и звука по сети интернет требует наличия высокоскоростных каналов связи, а реализация интерактивного режима – бесперебойной связи. Для массового потребителя, в настоящее время, это является достаточно дорогой услугой. Несомненным преимуществом в этом отношении является программное обеспечение, расположенное с методическим материалом непосредственно у потребителя или в локальной вычислительной сети, поскольку для использования, например, OpenGL отсутствуют какие либо ограничения связанные с передачей информации. Одной из компьютерных систем осуществляющих поддержку образовательного процесса c применением 3D сцен c практической реализацией a), b) и с) является Sydney[2]. Очевидно, что круг задач решаемых с помощью 3D технологий был бы более широким в области дистанционного обучения, если была бы реализована математическая модель (1).

Литература

  1. Ю.А.Павличенко, Н.Д.Хатьков. Использование трехмерных изображений в компьютерных лабораторных работах. Tезисы международной научно-методической конференции “Новые информационные технологии в университетском образовании”, г. Новосибирск, июнь 2001г, стр.102
  2. Интегрированная мультимедийная система дистанционного обучения Sydney, рег.№990548 от 29 июля 1999г., РОСПАТЕНТ.