2 - 2017

Разработка виртуального интерактивного 3D-курса для изучения средств комплексов связи

Олег Тевс
Кандидат военных наук, доцент, подполковник, преподаватель кафедры организации связи, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого МО РФ
Ольга Васильева
Курсант 4­го курса факультета многоканальной связи, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого МО РФ
Александр Астахов
Студент 2­го курса ­факультета информационных технологий и управления, Южно­Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова

Разработанная виртуальная интерактивная 3D­панорама является предметно­ориентированной и предназначена для изучения узлов связи пунктов управления курсантами и слушателями на военных кафедрах. Необходимость создания данного программного продукта обусловлена необходимостью подготовки личного состава для эксплуатации узлов связи пунктов управления и получения знаний различными категориями должностных лиц органов управления для планирования боевого применения.

В основу курса положена технология фотопанорам и размещенных на них ссылок, которая обеспечивает интерактивность.

Обучаемый сам управляет процессом просмотра, перемещаясь по панорамному изображению, которое путем программного преобразования демонстрирует полный сферический в 360° обзор.

Кроме того, имеется возможность приблизить предмет для его детального рассмотрения, а также ознакомиться с информацией о тех предметах, которые предусмотрены для этого при разработке виртуальной интерактивной 3D­панорамы. Для того чтобы просмотреть эту информацию, перейти на другое панорамное изображение, открыть сторонний файл или ссылку, используются горячие точки (hotspot) — рис. 1.

Рис. 1. Пример использования горячих точек (hotspot)

Рис. 1. Пример использования горячих точек (hotspot)

Нажав на горячую точку (hotspot), обучаемый попадает на другое панорамное изображение, открывает сторонний файл или ссылку, посвященную более детальному разбору материала (деление изображения на более мелкие элементы), который соответствует выбранной области панорамы (рис. 2).

Рис. 2. Панорамное изображение аппаратной (станции) связи при переходе по горячей точке (hotspot)

Рис. 2. Панорамное изображение аппаратной (станции) связи при переходе по горячей точке (hotspot)

Для создания виртуальных интерактивных 3D­панорам при изучении узлов связи пунктов управления была выбрана программа Easypano Tourweaver 7.70. Рассмотрим основные элементы диалогового окна программы, представленные на рис. 3:

  • Заголовок — отображает название открытого проекта;
  • Строка работы с полем формы — сюда вынесены наиболее часто используемые и необходимые функции. Может быть настроена по желанию пользователя;
  • Строка меню — содержит все функции работы с проектом;
  • Рабочая область — область, на которой размещается содержимое текущей создаваемой панорамы. Содержит в себе три вкладки, соответствующие возможным видам окон при работе с панорамой: окно загрузки панорамы, главное окно (где отображается панорама), дополнительное окно (содержит в себе дополнительную информацию о каком­либо объекте или панораме в целом; может не использоваться);
  • Область работы с объектами — позволяет добавлять, удалять, частично редактировать такие объекты, как панорамное изображение, обычные изображения, используемые для отображения информации при детализации объектов, а также изменения вида и оформления кнопок управления и горячих точек;
  • Область свойств объектов — позволяет осуществлять настройку таких свойств объектов, как действия при наведении на них курсора или нажатия на них. Именно с помощью этой панели настраиваются переходы между окнами и панорамами, открытие окон с дополнительной информацией, файлов, а также переход по внешним ссылкам;
  • Область компонентов — позволяет осуществлять размещение и работу с такими основными инструментами, как горячие точки, компоненты контроля и воспроизведения мультимедиа.

Основным плюсом данной программы является ее сравнительная простота эксплуатации, а также возможность последующего размещения созданных в ней продуктов в различных форматах, что позволяет осуществлять их публикацию как совместно с другими программными продуктами, так и самостоятельно. Рассмотрим процесс создания виртуальных интерактивных 3D­панорам.

Все начинается со съемки объекта или местности, для которой необходимо разработать виртуальную интерактивную 3D­панораму.

Рис. 3. Элементы главного окна Easypano Tourweaver 7.70

Рис. 3. Элементы главного окна Easypano Tourweaver 7.70

Рис. 4. Пример соблюдения требований при съемке объекта стандартными средствами создания фотографий для их последующего преобразования в панорамное изображение

Рис. 4. Пример соблюдения требований при съемке объекта стандартными средствами создания фотографий для их последующего преобразования в панорамное изображение

Для разработки панорамы можно использовать как снимки, сделанные с помощью обычной техники создания фото, так и снимки, создаваемые с помощью специализированных программ, которые преобразуют обычные фото в панораму непосредственно в процессе фотосъемки.

В первом случае необходимы лишь технические устройства, позволяющие создавать снимки в необходимом качестве, то есть требуемого разрешения. Однако к самим фото предъявляются следующие требования (рис. 4):

  • перекрытие порядка 20­40%;
  • минимизация разницы угла наклона соседних фотографий;
  • неизменное расстояние до объекта;
  • последняя фотография должна перекрываться первой.

В дальнейшем созданные снимки преобразуются в панорамные с помощью специализированных программ PTGui Pro 8, Autopano Giga, Autopano Giga.

Однако наиболее применителен к практическому использованию второй способ — создание панорамных изображений в ходе съемки. Он требует меньших временных затрат, не нуждается в сложном техническом оборудовании и его размещении в пространстве, например, с помощью штативов.

Для создания панорамного изображения необходимо наличие технического устройства, позволяющего сделать фотоснимки требуемого качества, и установленного на него программного обеспечения.

При создании виртуальных интерактивных 3D­панорам в процессе изучения узлов связи пунктов управления была использована программа 360° Teliportme 3.8, установленная на техническое средство с ОС Android 4.2.2.

Приложение 360° Teliportme 3.8 при создании панорамного снимка само контролирует все те требования, которые необходимо соблюдать при съемке объекта стандартными средствами создания фотографий для их последующего преобразования в панорамное изображение:

  • при обнаружении необходимого перекрытия происходит склеивание изображения, а также сглаживание места слияния изображений;
  • угол наклона контролируется с помощью встроенного в само техническое устройство гироскопа, что отслеживается визуально с помощью меток на экране (рис. 5);
  • неизменное расстояние до объекта обеспечивается не меняющимся в пространстве местоположением снимающего;
  • последняя фотография перекрывается первой, так как приложение автоматически ведет угол уже сфотографированного пространства и еще неохваченного (рис. 5).

После получения панорамного изображения, как правило, необходимо произвести его редактирование в графическом редакторе для устранения недочетов изображения, возникших при склейке изображений программой. Подобные недочеты особенно часто возникают при однообразии структуры склеиваемых изображений — программа не всегда может корректно распознать место перекрытия, повторяя уже использованное изображение (рис. 6) или недостаточно четко соединяя изображения (рис. 7).

Рис. 5. Использование программы 360° Teliportme 3.8 
для съемки панорамного изображения 360°

Рис. 5. Использование программы 360° Teliportme 3.8 для съемки панорамного изображения 360°

Рис. 6. Повтор уже использованного изображения при некорректном распознавании программой структуры изображения

Рис. 6. Повтор уже использованного изображения при некорректном распознавании программой структуры изображения

Рис. 7. Нечеткое или сдвинутое соединение изображений

Рис. 7. Нечеткое или сдвинутое соединение изображений

Ретуширование фото наиболее удобно выполнять в специализированной программе, например в многофункциональном графическом редакторе Adobe Photoshop (рис. 8). Кроме того, при редактировании удобно использовать обычные фото тех областей, где имеется нечеткое изображение или сдвинутое соединение фото (рис. 8).

Рис. 8. Редактирование изображения с помощью программы Adobe Photoshop CS3

Рис. 8. Редактирование изображения с помощью программы Adobe Photoshop CS3

После того как панорамное изображение отредактировано, его можно использовать непосредственно для создания виртуальной интерактивной 3D­панорамы с помощью программы Easypano Tourweaver 7.70.

После запуска программа в появившемся окне предлагает открыть недавние проекты или создать новый. Для того чтобы создать новый проект, необходимо выбрать пункт Новый Проект (New Project) — рис. 9.

Рис. 9. Создание нового проекта в программе Easypano Tourweaver 7.70

Рис. 9. Создание нового проекта в программе Easypano Tourweaver 7.70

Для начала создания новой виртуальной интерактивной 3D­панорамы в появившемся диалоговом окне необходимо выбрать название проекта, место его размещения, а также основное оформление, которое в дальнейшем возможно изменить как в деталях, так и просто сменив на другое (рис. 10).

Рис. 10. Основные параметры создаваемого проекта

Рис. 10. Основные параметры создаваемого проекта

Рис. 11. Добавление нового панорамного изображения

Рис. 11. Добавление нового панорамного изображения

После выбора основных параметров проекта появляется главное окно программы Easypano Tourweaver 7.70 (см. рис. 11).

Для добавления панорамы в проект в области работы с объектами на вкладке Панорамы (Scene) необходимо нажать на иконку добавления нового изображения панорамы (см. рис.11), в появившемся окне выбрать нужный файл, выделив его и нажав кнопку Открыть (Open) — рис. 12.

Рис. 12. Выбор изображения для панорамы

Рис. 12. Выбор изображения для панорамы

После выбора изображения для панорамы в области работы с объектами на вкладке Панорамы (Scene) в списке панорам появится добавленное изображение, а при его выделении будет также видна миниатюра данного изображения (рис. 13).

Рис. 13. Список добавленных панорамных изображений

Рис. 13. Список добавленных панорамных изображений

Рис. 14. Свойства панорамы

Рис. 14. Свойства панорамы

Рис. 15. Изменение свойства панорамы

Рис. 15. Изменение свойства панорамы

А в области свойств объектов будут указаны установленные по умолчанию свойства для данной панорамы (рис. 14).

Свойство Тип Панорамы (Scene Type) необходимо установить в значении Сферическая (Spherical) для всех панорам данного проекта, так как для лучшей визуализации и наглядности уже готовые панорамные изображения были расширены по вертикали с помощью имеющихся фото объектов в графическом редакторе Adobe Photoshop CS3. Например, исходное изображение первого добавленного панорамного изображения имело по вертикали 598 точек, а редактированное — 950 точек.

После изменения свойства Тип Панорамы (Scene Type) на Сферическая (Spherical) изменяется и иконка возле названия редактируемой панорамы в области работы с объектами на вкладке Панорамы (Scene) в списке панорам (рис. 15).

Описанным выше способом добавляются и последующие панорамные изображения.

Для того чтобы связать и структурировать имеющиеся панорамы и перемещения между ними, используются горячие точки (hotspot).

Для добавления горячей точки (hotspot) необходимо в области работы с объектами на вкладке Панорамы (Scene) в списке панорам выбрать двойным нажатием панораму, на которую необходимо добавить данный объект. После выбора изображение панорамы развернется в рабочей области. Перемещать его можно, используя горизонтальную и вертикальную полосу прокрутки (рис. 16).

Рис. 16. Выбор панорамного изображения

Рис. 16. Выбор панорамного изображения

Для размещения горячей точки (hotspot) в области компонентов справа необходимо выбрать ее нажатием, затем для размещения на панораме нажать на изображении в той области, где должен быть помещен данный объект. Горячая точка будет помещена в указанную область (рис. 17). Ее основные свойства и внешний вид могут быть изменены в области свойств объектов на вкладке Свойства (Properties).

Рис. 17. Размещение горячей точки (hotspot) на панораме

Рис. 17. Размещение горячей точки (hotspot) на панораме

Однако лишь размещения горячей точки (hotspot) недостаточно — необходимо задать действия при нажатии на нее, то есть переход на другое панорамное изображение. Для этого следует в области свойств объектов на вкладке Действия (Actions) справа нажать Панорамы & Видео (Scene & Movie), в открывшемся списке выбрать Перейти к панораме (Link to scene) — рис. 18.

Рис. 18. Редактирование действия при нажатии на горячую точку (hotspot)

Рис. 18. Редактирование действия при нажатии на горячую точку (hotspot)

В появившемся диалоговом окне нужно выбрать панораму, к которой необходимо совершить переход при нажатии на данную горячую точку (hotspot), и эффект перехода — и нажать ОК (рис. 19). В области свойств объектов на вкладке Действия (Actions) слева появится запись о действии, а если в списке действий несколько, то можно изменять их очередность в данной области.

Рис. 19. Выбор панорамы для перехода на нее при нажатии на горячую точку (hotspot)

Рис. 19. Выбор панорамы для перехода на нее при нажатии на горячую точку (hotspot)

Подобным образом можно разместить горячую точку (hotspot) на панораме, которая была выбрана для перехода, например, поместив на ней горячую точку (hotspot) с действием перехода на исходную панораму.

Кроме того, при нажатии на горячую точку (hotspot) можно осуществить переход на дополнительное окно (Popupwindow), выбрав в области свойств объектов на вкладке Действия (Actions) Окно (Window), а в открывшемся списке — Открыть дополнительное окно (Open popupwindow).

Однако предварительно следует создать необходимые окна, перейдя на вкладку Дополнительное окно (Popupwindow) как в рабочей области, так и в области работы с объектами (рис. 20). В области работы с объектами можно удалять уже созданные по шаблону объекты и добавлять новые, выбирать для редактирования дополнительные окна. В рабочей области производится редактирование внешнего вида дополнительных окон. Изначально, согласно шаблону, кнопка для закрытия дополнительного окна уже размещена, однако ее можно переместить или удалить.

Рис. 20. Создание и редактирование вкладки Дополнительное окно (Popupwindow)

Рис. 20. Создание и редактирование вкладки Дополнительное окно (Popupwindow)

Дополнительное окно (Popupwindow) можно использовать для размещения на нем дополнительной текстовой, звуковой, видео­ или другой информации для более детального ознакомления с объектами на панораме или, например, их детализации, если использовать более подробные изображения объектов.

После структурирования элементов виртуальной интерактивной 3D­панорамы необходимо отредактировать внешний вид оболочки самого проекта для наилучшего восприятия материала обучающимися, без предоставления им лишней или отвлекающей информации.

Для этого, перейдя на вкладку Главное окно (Mainwindow) в рабочей области, необходимо, нажав на удаляемый объект, выделить его и нажать клавишу Delete для его удаления (рис. 21). Таким образом, удалены все кнопки верхнего ряда, кнопки внизу остаются, как необходимые для управления панорамой. Кроме того, следует удалить все неиспользуемые, связанные с удаленными кнопками объекты, например дополнительные окна (popupwindow).

Рис. 21. Удаление объектов

Рис. 21. Удаление объектов

Рис. 22. Публикация проекта

Рис. 22. Публикация проекта

После того как виртуальная интерактивная 3D­панорама создана, структурирована и отредактирована, для дальнейшего ее использования необходимо опубликовать созданный проект. Для этого нужно выбрать соответствующий пункт меню в строке меню Файл -> Опубликовать (File -> Publish (рис. 22) или воспользоваться сочетанием клавиш Shift+F12.

В открывшемся диалоговом окне во вкладке Формат (Format) необходимо выбрать параметры для публикации (рис. 23).

Рис. 23. Выбор параметров публикации виртуальной интерактивной 3D-панорамы

Рис. 23. Выбор параметров публикации виртуальной интерактивной 3D-панорамы

Кроме названия проекта и места его размещения требуется выбрать формат для сохранения виртуальной интерактивной 3D­панорамы в соответствии с последующим ее использованием — как самостоятельного программного продукта (как правило, это пункты с параметром Flash) или же для интегрирования в другие проекты (HTML5). Другие вкладки данного окна также содержат параметры для настройки публикуемой виртуальной интерактивной 3D­панорамы, однако эти настройки более детальны и, как правило, устанавливаются автоматически, не требуя специальных изменений. После того как параметры установлены в необходимых значениях, для публикации проекта необходимо нажать кнопку Опубликовать (Publish) — рис. 24. Созданная виртуальная интерактивная 3D­панорама будет опубликована и готова для дальнейшего использования в соответствии с заданными целями ее применения.

Рис. 24. Публикация виртуальной интерактивной 3D-панорамы

Рис. 24. Публикация виртуальной интерактивной 3D-панорамы

Полученные результаты, приведенные в статье, позволяют представить типовую модель 3D­курсов для изучения средств и комплексов связи, узлов связи пунктов управления. Прежде всего, следует отметить, что модель 3D­курсов может быть представлена с разных точек зрения: для разработчиков электронных мобильных устройств это прежде всего электронное устройство, обладающее набором технических характеристик; для создателей электронного образовательного контента это непосредственно учебное содержание, формы представления которого, как и способы взаимодействия с ним, удовлетворяют определенным требованиям; преподавателю важен учебный материал, представленный в виде 3D­курсов, его дидактический потенциал, а также возможности организации и управления учебным процессом, реализованные в учебнике; для слушателей и курсантов это современное технологическое образовательное средство с образовательным контентом.

Представленная модель 3D­курсов и рассмотренный алгоритм его формирования на примере разработки 3D­курсов позволяют сделать выводы о его преимуществе.

Готовый виртуальный тур для изучения узлов связи пунктов управления может представлять собой:

  • исполняемый файл Windows для просмотра на компьютере с диска или flash­карточки;
  • готовый к публикации на сайте модуль, который можно включить в любой сайт для просмотра;
  • виртуальный тур, который можно оптимизировать и настроить для демонстрации на планшетных компьютерах.

Применяемое программное обеспечение для демонстрации тура на сайте или локальном ресурсе вуза подобрано таким образом, чтобы экономить амортизацию внешних носителей при просмотре панорам за счет создания многослойной, «шахматной», системы загрузки изображений.

При просмотре панорамы загружается лишь та область, которая используется в данный момент, что экономит интернет­ трафик и позволяет уменьшить место для хранения и воспроизведения виртуальных туров.

В виртуальном туре возможна демонстрация фотографий, видеороликов, вывод текстовой информации, логика действий и запрограммированные последовательности показа, что незаменимо для презентаций.

Предлагаемая технология позволяет погружать обучаемых в виртуальное пространство узла связи пункта управления или в его элемент, а кроме того, дает возможность усилить восприятие учебного материала. 

Литература:

  1. Дорофеев С.Ю., Тюгаев Д.Н. Создание аппаратно­программного комплекса для изготовления виртуальных туров на основе интерактивных 3D­панорам // Инновационные технологии кафедры КСУП: Научно­ практическая конференция. Томск, 2008.
  2. Васильева О.Н., Иванов В.Г., Панихидников С.А., Стратанович В.Н. Особенности разработки и применения интерактивного тренажера при изучении тактико­специальных дисциплин. В сб.: «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании»: сб. научных статей V международной научно­технической и научно­методической конференции. 2016. С. 260­265.
  3. Иванов В.Г., Панихидников С.А., Кутенко В.А., Хвостова К.А. Применение технологий виртуальных интерактивных 3D­панорам при изучении узлов связи пунктов управления. В сб.: «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». III Международная научно­техническая и научно­методическая конференция: сб. научных статей. 2014. С. 825­829.
  4. Иванов В.Г., Корнеенко Е.А., Панихидников С.А., Тевс О.П. Модель электронно­программ­
    ного тренажера для изучения полевых узлов связи. В сб.: «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». Международная научно­техническая и научно­методическая конференция: сб. научных статей в 2­х томах. Под. ред. С.В. Бачевского. Сост. А.Г. Владыко, Е.А. Аникевич, Л.М. Минаков. 2015. С. 1237­1242.
  5. Афанасьев В.О., Бровкин А.Г., Корниевский А.Н., Подобедов В.П., Семченко В.С., Томилин А.Н. Исследования и разработка системы интерактивного наблюдения индуцированной виртуальной среды (системы виртуального присутствия) // Космонавтика и ракетостр