ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ В ДИСТАНЦИОННОМ ОБРАЗОВАНИИ

Буханов А.Н.
(Москва, МГТУ "Станкин")

        Одной из самых динамично развивающихся областей компьютерных технологий на сегодняшний день является компьютерная графика. Диапазон применения этой технологии простирается от создания игр, телевизионной рекламы и кино- спецэффектов до компьютерного проектирования в машиностроении и фундаментальных научных исследований.
        Компьютерная графика предоставляет прекрасную возможность улучшить и ускорить процесс проектирования и создания технически сложных объектов: автомобилей, станков, роботов, самолетов. Эта возможность заключается в том, что перед тем, как начать производство можно собрать изделие “на мониторе компьютера”, устраняя недостатки и просчеты без построения опытного образца.
        Разрабатывая документацию, не сложно создать трехмерное изображение будущего механизма, позволяющее сэкономить большие материальные средства на том, что не придется много раз создавать реальный объект, а затем уточнять документацию на него. При этом полученный видеоматериал можно использовать для создания презентационного и рекламного ролика.
        Проектирование не единственная область применения компьютерной графики.  Компьютерную графику могут с успехом применять в своей работе дизайнеры и архитекторы. Известно, что прежде чем создавать дом или жилой массив строят модель, которая должна создать общее впечатление. Проще и быстрее создать такую модель с помощью программ трехмерного моделирования, отталкиваясь от конструкторской документации. При этом можно создать полную иллюзию реальности будущего дома или жилого массива, так как существует возможность контролировать не только форму дома, но и свойства материалов, из которых он сделан. При этом дизайнер может создать различные варианты внутреннего интерьера еще до того, как дом будет построен. Конечно затраты на такое моделирование достаточно велики, но они оправдываются сокращением стоимости строительства за счет уменьшения издержек, связанных с устранением результатов дизайнерских просчетов.
        В связи со структурной перестройкой экономики нашей страны и необходимостью в качественной подготовке специалистов, нужных новой рыночной экономике, а также переподготовки ставших незанятыми специалистов другого профиля, возникла необходимость в создании системы дистанционного образования, позволяющей учителю и ученику быть разделенными в пространстве, поскольку часто местность, где есть потребность в обучении и где такое обучение может быть осуществлено не совпадают.
        Одним из аспектов такой системы является создание новых учебных методик, ориентированых на отсутствие непосредственного контакта между учителем и учеником. В связи с бурным развитием компьютерной техники и телекоммуникационных средств появляется возможность создать “виртуальную” среду общения, которая позволит заменить непосредственный контакт с учителем. Основой такой среды могут стать мультимедийные учебные курсы, при использовании которых достигается иллюзия присутствия в учебном классе. Применение таких курсов основывается не только на новых аппаратных возможностях компьютерной техники (высококачественный звук, видеоизображение, устройства ввода информации с помощью микрофона), но и новые возможности предоставляемые компьютерной графикой.
        Компьютерные учебные курсы с представлением информации в графическом или анимационном виде, будут намного эффективнее обычных учебных курсов. Такой вид информации более доступен и легок в понимании. По этому основой создания “виртуальной” среды общения должна стать высококачественная графическая и видео- информация. Но затраты на съемку и производство учебного фильма достаточно велики, а, не смотря на динамичное развитие средств телекоммуникаций, передача видео информации посредством компьютерных сетей пока возможна только с серьезной потерей в качестве (из-за невысокой скорости информационных магистралей возникает необходимость максимально уменьшать объем передаваемых данных).
        На сегодняшний день глобальная сеть Internet объединяет огромное количество компьютеров по всему миру, а технология WWW позволяет легко обмениваться наглядной гипертекстовой информацией и другими материалами. Это дает предпосылки к использованию Internet и WWW в дистанционном образовании. На ряду с возможностью широкого распространения информации аргументами за использование глобальных сетей в целях дистанционного образования является возможность одновременного получения учебного материала большим количеством обучаемых. Internet и WWW предоставляют не только возможность получить учебный материал, но и организовать интерактивное обучение посредством электронной почты и интерактивных возможностей WWW, причем на современном уровне развития технологии расстояние между учителем и обучаемыми практически не имеет значения. С экономической точки зрения организация работы учебного web-сервера обойдется намного дешевле, чем организация иных форм обучения, в том числе и из-за снижения в последнее время стоимости услуг Internet-провайдеров и появления на рынке большого количества бесплатного или условно-бесплатного программного обеспечения для организации работы web-сервера.
        Одним из важнейших компонентов учебного материала являются средства, позволяющие передать информацию не только с помощью текста, но и средства, позволяющие передать информацию, используя более наглядное визуальное ее представление - представление, позволяющее более легко воспринимать учебный материал. Бурное развитие в последнее время мультимедиа-технологий не могло не отразиться на информации, передаваемой по компьютерным сетям. Технология WWW предоставляет возможность наряду с обычной текстовой информацией передавать звук и видеоизображение, что делает использование Internet в дистанционном образовании весьма привлекательным.
        Современный уровень развития телекоммуникационных средств и понижение цен на мультимедиа-компьютеры дают возможность передавать звуковую и видеоинформацию посредством компьютерных сетей, а бурное развитие, в последнее время, такой глобальной сети как Internet и, в частности, самой эффективной и популярной ее технологии WWW, дает прекрасную возможность использовать компьютерную графику в дистанционном образовании, предоставляя возможность ученикам получать схемы, чертежи, изображения и учебные фильмы посредством программы просмотра информации предоставляемой WWW-сервером.
        Несмотря на очевидную привлекательность публикации учебного видео- и звукового материала в Internet, публикации такого рода в настоящее время сопряжены с некоторыми проблемами, главная из которых - повышенные требования к скорости передачи данных в каналах связи и размеру дискового пространства. Ограничения скорости обмена - основная проблема при публикации мультимедиа-информации. Эта проблема имеет несколько путей решения: повышение аппаратных возможностей вычислительной техники и производительности каналов передачи данных; создание и улучшения форматов видео- и звуковых файлов. Другой путь решения проблемы - создание учебных фильмов, ориентированных исключительно на передачу посредством компьютерных сетей. Такой фильм должен отвечать ряду требований, позволяющих максимально уменьшить размер передаваемой информации, сохраняя при этом достаточное качество.
        Основой удачного фильма является удачная видеосъемка и качественный монтаж отснятого материала. При производстве учебного фильма без использования программ компьютерного моделирования потребуется качественное оборудование для съемки и монтажа, а следовательно и высококвалифицированные специалисты, способные использовать и обслуживать это оборудование. Так как предполагается передавать обучающий фильм посредством компьютерных сетей (то есть в цифровом виде), то потребуется оборудование для оцифровки отснятого и смонтированного видеоматериала.
        Cложный и дорогостоящий процесс подготовки учебного видео фильма можно существенно удешевить и облегчить если отказаться от использования в качестве материала для учебного видеофильма “натуральную” видеосъемку. Альтернативой использованию видеоматериала, полученного “живой” съемкой, может стать компьютерное моделирование нужного для учебного фильма процесса или явления. На сегоднящий день программы компьютерного моделирования достаточно хорошо развиты для того чтобы получать с их помощью изображение практически любого явления или процесса, которое будет максимально приближено к реальному. Такой способ производства учебного видеофильма не потребует большого количества дорогостоящего оборудования и, как следствие, большого количества специалистов для его обслуживания. Производство учебного видеоматериала может производится одним специалистом, с помощью одного, но достаточно мощного компьютера. Не потребуется оборудования для оцифровки аналогового видеоизображения, что также повлияет на снижении стоимости производства видеофильма.
        Конечно могут возникнуть ситуации, когда изображение, смоделированное на компьютере, не сможет реалистично передать требуемую визуальную информацию, ситуации, когда потребуется использование “живого” видео. Современные средства монтажа позволяют соединить компьютерное изображение и оцифрованное “живое” видео. Таким образом, при подготовке учебного видеофильма значительно дешевле, а учитывая цифровой способ передачи фильма, удобнее использовать средства цифрового (компьютерного) моделирования и монтажа.
        В современных условиях использование компьютерной, то есть не полученной с помощью видеосъемки, а смоделированной посредством компьютера, трехмерной графики в дистанционном образовании не только предпочтительно, но и, в связи с необходимостью передачи учебного материала по компьютерным сетям, необходимо. Цель производства трехмерной графики и специфика доставки ее к обучаемым заставляет отказаться от традиционной технологии ее производства. Данная технология базируется на использование одной программы (программы трехмерного моделирования), производя с ее помощью не только самомоделирование 3D-сцены, но и монтаж, озвучивание, управление текстурированностью и внешнем видом объектов и создание среды, необходимой для восприятия 3D-сцены как реальной. Данная технология уже не может обеспечить необходимое качество моделирования объекта или явления, необходимое для учебного фильма, и должна быть заменена.
        Наиболее предпочтительным решением этой проблемы представляется использование не одной программы, а комплекса программных средств. Таким образом по-прежнему основной программой остается программа трехмерного моделирования, но ее основная функция - это моделирование и визуализация трехмерных объектов. А большинство функций, связанных с созданием визуальной среды, приближенной к реальной, выносятся за рамки этой программы и возлагаются на остальное программное обеспечение (монтажные системы, программы обработки изображений (текстур), звуковые редакторы, системы проектирования (подготовка исходных фигур для трехмерного моделирования)). Таким образом некоторые функции программы трехмерного моделирования будут выполнять не внутренние модули программы, а отдельные программные продукты, предоставляющие необходимые для создания качественного учебного ролика возможности. Такой подход приведет к некоторому увеличению затрат, связанных с покупкой программного обеспечения, но эти затраты будут быстро компенсированы увеличением производительности и качества производимых учебных фильмов.
        Таким образом при создании учебного видеофильма будет использоваться не одна программа, а несколько, тесно между собой взаимодействующих. А это значит, что технология создания учебного видеофильма не будет соответствовать технологии создания изображения, заложенной в выбранной программе трехмерного моделирования, а выйдет за рамки одной программы и будет определяться совокупностью выбранных программных средств.
        Использование нескольких взаимодействующих програмных продуктов позволяет значительно повысить качество создавемой продукции и добиться высокой степени реализма при моделировании природных явлений, описываемых в учебном фильме. Отказ от использования “живых” съемок в пользу компьютерного моделирования позволяет значительно сократить затраты как на оборудование, так и на обучение персонала, что в свою очередь приведет к значительному снижению стоимости производства фильма. Использование в процессе создания учебного видеофильма современной программы обработки изображений позволит более качественно моделировать необходимую для ученого фильма среду, что обеспечит более легкое восприятие информации, передаваемой учебным фильмом.
        В заключении следует отметить, что использование в производстве средств компьютерного моделирования, нелинейного монтажа, цифрового оборудования и хранение промежуточных результатов и готового продукта в цифровых форматах наиболее полно отвечает потребностям предпологаемого способа публикации учебного фильма - посредством глобальных компьютерных сетей.