Доклад. Конференция на Кипре - MEDIAS 2012
Создание интерактивных 3d интерфейсов для систем управления обучением
Скачать: Презентация в формате .pptx
Авторы: Огурцов А. Пустовой Т. Шведков И. Яганов Р.
Докладчик: Шведков Илья Александрович
ВВЕДЕНИЕ
В докладе представлен способ интеграции систем поддержки обучения с открытым исходным кодом (на примере АСО Moodle) с системами виртуальной реальности с поддержкой 3d-стерео графикой (на примере трехмерного интерактивного движка Quest3d).
ЗАДАЧА
Задача заключалась в разработке универсального обучающего тренажерного комплекса (ТК), включающего в себя современное стерео 3D виртуальное окружение и автоматизированную систему обучения.
Автоматизированная система обучения (АСО) - программно-аппаратный комплекс, который включает в себя систему управления обучением, и множество технических решений позволяющих взаимодействовать с системой управления обучением по заранее определенным интерфейсам.
К тренажерному комплексу предъявляются следующие требования:
- Возможности по формированию учебных курсов
- Возможности получения различных видов отчетов преподавателем об успеваемости и результатах обучения обучаемых
- Поддержка режимов обучения: «Лекция», «Самоподготовка», «Контрольное занятие», «Практическое занятие»
- Поддержка режима «делай как я»
- Возможность выполнения базовых операций по редактированию и перекомпоновки учебных курсов Заказчиком или его представителями самостоятельно из АРМ руководителя обучения
- Возможности по резервному копированию и восстановлению учебной и административной информации, а также возможность вернуться к «режиму заводских настроек» - состоянию в котором система передается Заказчику.
- Поддержка 3d/стерео режимов
ВЫБОР ПЛАТФОРМЫ
СИСТЕМА ДЛЯ СОЗДАНИЯ 3D ВИРТУАЛЬНОГО ОКРУЖЕНИЯ
Для реализации поставленной задачи рассмотрим мультимедийную среду разработки Quest3d.
Quest3d это многофункциональная система для разработки real-time-приложений. Гибкость и управляемость системы позволяет использовать ее в любых областях, наиболее распространенные из них: архитектурные визуализации, презентации объектов и технологий, образовательные программы, виртуальный туризм, игры и многие другие.
Уникальный метод визуального программирования, простой и понятный интерфейс программы Quest3d, визуальный интерфейс программирования, помогает разработчикам не знакомому с программированием быстро освоить продукт и добиться результатов и в сжатые сроки создавать собственные приложения. Встроенные технологии и методы позволяют добиться результата схожего с самыми передовыми игровыми движками.
В качестве системы для создания виртуального окружения и обеспечения взаимодействия с обучаемым в режиме обучения мы используем Quest3D. Эта система виртуальной реальности отличается рядом важных преимуществ:
- средства визуального программирования, которые позволяют менять параметры и оценивать изменения в режиме реального времени;
- широкие возможности по расширяемости, за счет компонентов. Система имеет комплект средств разработки - SDK (от англ. software development kit), который позволяет создавать модули на языке C++;
- импорт 3D моделей из большого количества форматов, а именно DXF, 3DS, OBJ, DAE, FBX и формат MAX* различных версий;
- ряд высоко реалистичных инструментов для моделирования природного окружения (воды, погодных условий, земной поверхности, и т.д.)
- высокая скоростью просчета и отрисовки сцен;
Предыдущий опыт создания встроенной системы обучения средствами Quest3d показывает что самостоятельная разработка автоматизированной системы обучения и системы управления – процесс трудоемкий. Приведем пример тренажера на базе "SCS-2009", разработанный компанией ООО «Интерактивный образ» в составе которой мы принимали участие для компании ООО “Сторм” - Тренажер для подготовки судоводителей маломерных судов и государственных инспекторов ГИМС МЧС России (тренажер маломерного судна).
В этом тренажере мы реализовали по нуждам заказчика многофункциональный редактор упражнений. В котором можно:
- Задавать различные погодные условия;
- Расставлять судна (В зависимости от назначения урока);
- Задавать траекторию движения для различных видов судов;
- Указывать место старта для обучаемого.
Но на ряду со всеми возможностями данного редактора, тренажер для подготовки судоводителей маломерных судов и государственных инспекторов ГИМС МЧС России «SCS-2009» имеет ряд отсутствующих функций, которые необходимо реализовать в разрабатываемом нами тренажере. А именно:
- Отсутствие редактора тестов;
- Отсутствие расписания занятий;
- Отсутствие календарного плана;
- Невозможность ведения успеваемости обучаемых;
- Ограниченный набор упражнений;
- Отсутствие поддержки режимов обучения: «Лекция», «Самоподготовка», «Контрольное занятие»;
- Отсутствие выполнения базовых операций по редактированию и перекомпоновки учебных курсов.
Все эти функции реализовать на платформе Quest3d возможно, но по опыту можно сказать, что это процесс достаточно трудоемкий и требует от заказчика дополнительного вложения средств и времени. По этому было принято решение применить новый подход, заключающийся в интеграции системы управления обучением - LMS (Learning Management System) в трехмерный движок Quest3d.
Система управления обучением — основа системы управления учебной деятельностью, используется для разработки, управления и распространения учебных онлайн-материалов с обеспечением совместного доступа. Создаются данные материалы в визуальной учебной среде с заданием последовательности изучения. В состав системы входят различного рода индивидуальные задания, проекты для работы в малых группах и учебные элементы для всех студентов, основанные как на содержательной компоненте, так и на коммуникативной
В качестве системы управления обучением была выбрана открытая система Moodle.
Moodle — система управления, также известная как система управления обучением или виртуальная обучающая среда. Представляет собой свободное (распространяющееся по лицензии GNU GPL) веб-приложение
Причины, по которой, был выбран именно этот инструмент:
- Наличие программных интерфейсов(API) позволяющих создавать дополнительные модули для системы управления обучением, которые могут реализовывать необходимую функциональность;
- Широкое распространение и поддержка большим количеством разработчиков по всему миру;
- Открытость программного кода, позволяющая при необходимости провести полный аудит на предмет безопасности;
- Наличие базовой необходимой функциональности по организации учебного процесса;
- Совместимость с большим количеством образовательных стандартов, в том числе и со форматов распространения учебного контента SCORM;
- Высокие возможности по доработке и темизации пользовательского интерфейса, под конкретные предметные области.
Moodle написана на PHP с использованием SQL-базы данных (MySQL, PostgreSQL, Microsoft SQL Server и др. БД — используется ADOdb XML). Moodle может работать с объектами SCO и отвечает стандарту SCORM
Благодаря развитой модульной архитектуре, возможности Moodle могут легко расширяться сторонними разработчиками. Помимо языковой поддержки и шаблонов оформления, Moodle позволяет различные типы модулей.
РЕШЕНИЕ
Наша задача заключалась в наиболее оптимальном варианте объединения этих двух систем, которые были разработаны в различных (гетерогенных) средах.
Напоминаем, что Quest3d это многофункциональная система для разработки real-time-приложений с визуальным языком программирования. Процесс разработки приложений в этой среде заключается в логическом соединении связей между каналами (channels).
Каналы в Quest3d это различного рода подпрограммы или функции написанные на С++, которые могут иметь точки входа/выхода. И работают с определенными типами данных.
Quest3d, в своем арсенале имеет ограниченный набор каналов. Но благодаря встроенному пакету SDK для разработчиков, можно этот набор пополнять. Так для нашей текущей задачи средствами Visual C++ и Quest3d SDK был написан новый канал для связки Quest3d и Moodle. Со стороны LMS Moodle, нами также были дописаны новые компоненты (модули). Для обеспечения возможности взаимодействия различных компонентов АСО между собой был разработан специальный протокол.
Этот протокол является производным от XML-RPC протокола и позволяет описывать команды передаваемые сервису доступа к системе управления обучением, и возможные варианты ответов этого сервиса. Протокол состоит из команд общих для всех режимов обучения, и команд специфичных для отдельных режимов. Для реализации связи между двумя системами, был реализован протокол на основе xml команд.
Система виртуального окружения, которая реализована средствами Quest3d, в свою очередь данный запрос обрабатывает и выводит результат. Ниже на рисунке мы можем увидеть общую схему взаимодействия Moodle и Quest3d, где красным цветом помечены дописанные нами блоки.
В зависимости от вида рабочего места (АРМ руководителя обучения или АРМ обучаемого) взаимодействие пользователя с системой управления обучением различается. В частности, руководитель обучения, работает через браузер, а обучаемый проходит обучение в виртуальном 3D пространстве, создаваемом при помощи системы виртуальной реальности Quest3D. Приведем диаграммы последовательностей для руководителя АРМ
А для АРМ обучаемого получим:
Для того, чтобы описать поведение пользователей при работе с АСО, рассмотрим UML диаграммы прецедентов для обучаемых. Диаграмма прецедентов будет иметь следующий вид:
Интерактивное справочное руководство Система управления обучения и её компоненты имеют широкий ряд возможностей по созданию интерактивных обучающих пособий. Именно поэтому, имеет смысл, реализовать интерактивное справочное руководство для АСО инструментами, входящими в саму АСО. При этом справочное руководство будет сформировано в виде еще одного учебного курса, который можно будет модифицировать и дополнять через АРМ руководителя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, мы рассмотрели 2 системы – Quest3d и Moodle, и способ их интеграции. Объединение системы поддержки обучения с системой виртуального окружения является наиболее оптимальным решением для поставленной задачи. На основе стерео 3d виртуального окружения и автоматизированной системой обучения, нами был разработан универсальный обучающий комплекс. Подобное объединение двух разных систем, обеспечивает новый, современный подход к самому процессу разработки и эксплуатации тренажерных комплексов.
Система управления обучением, на современном этапе развития информационных систем и технологии, распространяются без специально-созданных интерактивных 3d интерфейсов. Именно поэтому мы изучили данную тему и разработали качественно новое решение. Мы надеемся, что универсальный обучающий тренажерный комплекс будет развиваться и дополняться различными идеями. В данном докладе мы показали, как можно объединить две системы разработанных в различных средах средствами универсальных протоколов. Безусловно данная тема требует большего внимания и развития, по этому, что возможности ее применения безграничны.
