Как виртуальная реальность помогает сделать уроки увлекательными

VR Concept — российская образовательная платформа, предлагающая проведение школьных уроков как в традиционной форме, так и с использованием технологии виртуальной реальности. Её ключевое преимущество — возможность для учителя и учеников находиться в едином виртуальном пространстве, где они могут видеть друг друга и совместно изучать учебный материал в интерактивной обстановке.

В интервью циклу «Страну меняют люди» основатель и генеральный директор VR Concept Денис Захаркин рассказал, как возникла идея сделать российский 3D-движок, почему пришлось самим обучать преподавателей использованию VR-технологий и как школьники реагировали на новый формат во время первого пилота проекта.

— Мы занимаемся разработкой российского 3D-движка и продуктов виртуальной реальности для промышленности, машиностроения, строительства и образования. С помощью нашего продукта в школах, колледжах и вузах обучают студентов и школьников химии, физике, биологии: они узнают, как устроена клетка, как проходит физический процесс или из чего состоит молекула.

Химические соединения, клетки, молекулы, устройства тела человека, животного, атомная станция, двигатель самолета и сам самолет — всё помещается в один шлем виртуальной реальности. На детей это оказывает фантастический эффект с точки зрения вовлечения, потому что им намного проще понять сложные научные определения и концепции.

Наши продукты используются не только в обучении, но и в промышленности. «Газпром нефть», например, загружает в наш движок большие тяжелые модели всего цеха со всем оборудованием и оценивает, удобно ли будет занести оборудование, осуществить его пусконаладку и так далее.

Компания «Синара — Транспортные машины», которая производят «Ласточки», весь локомотив загрузила в наш софт, там больше 40 тысяч деталей. Что интересно — сама модель занимает примерно 100 мегабайтов. На самом деле размер файла здесь имеет малое значение, потому что вся промышленность использует САПР-модели (система автоматизированного проектирования — САПР). Это так называемая твердотельная модель, описанная формулами. Невозможно напрямую предсказать по размеру файла, сколько в итоге у нас получится объектов или полигонов, когда мы прочтем эту САПР-модель.

Началось всё в 2008 году. Я окончил МГТУ «Станкин» как программист и устроился в компанию, которая была интегратором систем виртуальной реальности. Причем это были не лёгкие шлемы, а сложные дорогие проекционные системы виртуальной реальности стоимостью миллионы долларов. Вы заходите в комнату, где все стены являются экранами, на вас вешаются датчики, которые снимают ваши движения, и компьютер синтезирует изображение специально под наш ракурс взгляда...

В 2013-2014 годах рынок VR вышел уже на более массовый уровень, сильно подешевели устройства, и мы с партнерами решили основать компанию VR Concept для создания российского 3D-движка для научных исследований и промышленности.

Тогда рынок VR был совсем маленьким, и специализированные продукты можно было по пальцам пересчитать. Мы их все хорошо знали, потому что были их дистрибьюторами в России и видели все болячки.

Основная — игровые 3D-движки не умеют читать без конвертаций САПР-модели, которые использует вся промышленность. Например, автомобильные компании используют программы САПР для проектирования частей и сборок автомобилей — от кузова и салона до двигателя и ходовой части.

Мы захотели сделать 3D-движок, который бы умел бы их читать напрямую, чтобы те данные, которые попадают в виртуальное пространство, соответствовали тому, как их задумывали архитекторы, конструкторы и инженеры. Используем для этого российское САПР-ядро компании C3D Labs. Ядро читает твердотельную модель и внутри нашего софта превращает её в полигоны понятные для видеокарт, которые передают изображение на шлем VR.

Приведу пару примеров использования движка, которым сам горжусь: у нас был кейс в прошлом году с департаментом строительства Москвы, когда они взяли наш софт, чтобы продемонстрировать строящееся здание кластера «Ломоносов» на Московском урбанистическом форуме.

На выставке посетители могли походить по зданию, которое еще даже не до конца построено, и смогли увидеть, что такое BIM-модель (цифровая 3D-модель здания, которая содержит полный объем его данных и характеристик: от толщины стен, используемых материалов и теплоизоляции до точных местоположений розеток и сантехнических узлов).

На МАКСе наше решение использовало «ОКБ Сухого», чтобы показать, как система охлаждения воздуха истребителя будет себя вести на разных режимах на земле и в воздухе. Есть ещё много всяких интересных кейсов, мы не про все можем рассказывать...

— Предлагаю вернуться к образованию тогда.

— Мы изначально очень плотно работали с вузами.

Предоставляем учебным заведениям глубокий доступ к нашему движку, что позволяет им не только использовать его в образовательных проектах и курсовых работах, но и модифицировать по своему усмотрению.

Высшая инженерная школа НИЯУ МИФИ — один из наиболее заметных примеров использования нашего продукта. Школа, созданная «Росатомом», обучает магистров 3D-проектированию, программированию и работе с 3D-движками.

Так как мы работаем с САПР-моделями, в случае необходимости разработки студентов могут быть легко интегрированы в промышленную сферу.

МГТУ «СТАНКИН», мой родной вуз, МГТУ им. Н. Э. Баумана, Мосполитех и КНИТУ также активно интегрируют наш продукт в учебный и проектный процессы, создавая решения для своих отраслей.

Хочу отдельно рассказать про Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, потому что они были одним из наших первых образовательных клиентов. Сами нас нашли, приехали к нам в офис в Москву, чтобы лично познакомиться и в результате успешно интегрировали наш продукт в учебный процесс.

Потом, в 2019 году, университет обратился с запросом на обучение их преподавателей использованию VR-технологий с помощью нашего программного обеспечения. Мы разработали 36-часовой курс, подключили Московский педагогический государственный университет для аккредитации программы и выдачи сертификатов и провели им курс.

В 2020 запустили его бесплатную онлайн-версию под названием Акселератор «Цифровизация Обучения», которую теперь проводим ежегодно. В этом году запустили уже третий поток.

Курс направлен на учителей и преподавателей со всей России. Причём его участник может слышать словосочетание «виртуальная реальность» первый раз в жизни, у него может не быть шлема VR — это нормально, мы всему научим.

Например, учитель математики может использовать VR для наглядного объяснения кватернионов — сложных математических объектов, используемых для описания пространственного вращения. Или учитель биологии с помощью VR может визуализировать микроскопические процессы, такие как клеточное деление или кровообращение, давая ученикам возможность «путешествовать» внутри организма.

Весь курс выстроен так, чтобы отсеивать тех, кто не хочет искренне учиться. В прошлом году, например, было около 1000 регистраций и 300 участников. По регламенту на второй этап может пройти не более 100 человек, а до финала дойдут двадцать.

Финал акселератора проходит в гибридном формате. Те, кто могут, приезжают очно, остальных подключаем по видеосвязи. Присутствуют профессора, проректора, представители технических партнёров, разработчики VR и другие эксперты в области образования и виртуальной реальности. Учителя, занявшие первые три места, награждаются VR-шлемами, причём победитель получает самый продвинутый шлем на рынке.

Уроки по физике, химии или виртуальной реальности могут быть созданы и программистами, но учитель лучше понимает, как и что работает, так как сам ведёт занятия и знает, как и чем можно заинтересовать ребят.

— Вы следите потом за судьбой победителей акселератора?

— Да, мы сформировали сообщество на тысячу участников. Это и победители, и финалисты прошлых лет, и наши клиенты. Мы поддерживаем с ними связь и всегда открыты для помощи и консультаций по вопросам использования технологий виртуальной реальности.

В этом году еще у нас был интересный проект с инновационным блоком правительства Москвы, совместно с Агентством инноваций города. Мы проводили пилотные уроки с использованием наших технологий в реабилитационно-образовательном центре № 76. На время пилота мы предоставили центру необходимое оборудование: восемь комплектов VR, состоящих из шлемов и компьютеров.

Преподаватели химии, физики и биологии прошли наше обучение и разработали прототипы учебных материалов. Например, была создана модель молекулы бензола в виртуальной реальности, а также модели эукариотических и прокариотических клеток, вирусов и различных биологических объектов. Для физики сделали магнитное поле, чтобы учащиеся могли наглядно увидеть его объемное действие.

В ходе уроков, после обычного введения в тему у доски, учитель предлагал классу надеть VR-шлемы, и ученики виртуально попадали в одно пространство и видели учебный материал, друг друга и учителя.

Первый этап показал эффективность новой технологии: ребята активно погружались в процесс, проявляли интерес, а учителям было удобно её использовать. При этом процесс в целом остаётся сопоставим с классическим уроком — длительность не превышает полутора часов.

В ходе второго этапа пилотного проекта мы привлекли студентов Московского политехнического университета, поскольку некоторые учащиеся испытывали дискомфорт от полётов в VR (на первом этапе все участники просто висели в пустоте), плюс графика всё же оставляла желать лучшего. Студенты, в рамках своей учебной практики и стажировок, разработали с нуля новые 3D-модели и создали виртуальный класс со столами с моделями клеток или молекул, где вместо полета учащиеся могли передвигаться по полу.

Кроме этого, студенты создали интерактивные анимации по запросам учителей. Раньше элементы моделей были неподвижны, и их можно было только собирать и разбирать вручную, а теперь школьники могли взаимодействовать с объектами более динамично. Например, была разработана модель атомной электростанции, демонстрирующая её работу, и визуализирован процесс секвенирования ДНК.

В итоге проект вызвал фурор среди учителей и учеников.

Сейчас у нас появилась идея сделать библиотеку готовых VR-уроков. В идеале еще хотим внедрить в процесс обучения искусственный интеллект для мгновенного создания 3D моделей по запросу учителей.

Например, если педагогу нужно продемонстрировать во время урока нервную систему, мышцы, солнечную систему, молекулы или элементы химии и физики, он может быстро получить доступ к нужной 3D-модели из обширной базы данных, просто сказав «покажи солнечную систему» или «покажи скелет лягушки», и модель мгновенно появится в VR-пространстве. Пока хотим создать минимально жизнеспособный продукт как небольшой внутренний проект.

— Ради чего это все?

— Мне нравится, что занимаясь виртуальной реальностью, ты создаешь нечто совершенно новое не только в технологиях, но и в бизнес-процессах, командной работе, нетворкинге... И сама по себе технология виртуальной реальности меня лично очаровывает. Она для меня — вершина всех технологий, особенно на стыке с нейротехнологиями.