По пути расширения границ восприятия и визуализации картографических образов

В ходе обучения студентов, средства наглядной визуализации – необходимый и практически повсеместно используемый методический элемент. Наличие не только диаскопов, проекторов, но и интерактивных досок, а порой и устройств дополненной реальности, распространенное явление для большинства ВУЗов и их структурных подразделений [1-3]. Однако проецирование двумерных изображений на плоские поверхности или же использование эффекта погружения в дополненную реальность не всегда эффективно с точки зрения преподаваемых дисциплин или потребностей обучающихся в восприятии информации. В связи с этим, преподавателям, работающим с графикой, картами или иными потенциально многомерными объектами, стоит обратить внимание на возможности использования голографической визуализации.

Применение голограмм в повседневной жизни достаточно давно и успешно реализуется в высокотехнологичных азиатских странах, а также США. Использование голографического проекционного оборудования в рекламе, шоу-бизнесе, искусстве, релизах продукции автомобильной и IT индустрии, позволяет потенциальному потребителю или зрителю более осмысленно и глубоко, так сказать, с панорамного ракурса оценить предлагаемый или демонстрируемый с помощью указанной технологии продукт или услугу.

Сфера образования также является очень благоприятной средой для активного внедрения голографических технологий визуализации информации. Переход на качественно иной уровень трансляции цифровых данных позволит не только расширить возможности восприятия информации обучающимися, но и представит дополнительные условия для демонстрации ранее не возможных к визуализации материалов.

Однако существует ряд лимитирующих факторов, не дающих возможность полноценно использовать технологию голографической визуализации. Одним из основных можно назвать высокую стоимость оборудования, а также модернизации учебных аудиторий. Для преодоления указанной проблемы эффективно использовать доступные и простые в самостоятельном создании портативные голографические визуализаторы, способные формировать проекции для демонстрации на современных смартфонах и планшетах.

Основной идеей использования голографической визуализации в ходе организации учебного процесса является, во-первых, изменение формы восприятия изображений за счет вовлечения в работу дополнительных органов чувств и перехода на более активную работу зрительного восприятия информации; во-вторых, усиление интереса студентов к изучаемому предмету за счет ввода дополнительных, ранее не используемых технологических приемов восприятия данных; в-третьих, активизация самостоятельной работы за счет подготовки технологических средств проецирования, изучения дополнительного программного обеспечения; в-четвертых, вовлечение в исследовательскую инновационную деятельность с возможностью соответствия  современным технологиям и методам.

Реализация образовательной технологии сводилась к следующим этапам:

1. Подготовительный, заключавшийся в проведении подготовительных работ по подбору, адаптации, а также интеграции атрибутивных аналоговых данных, необходимых для проведения лабораторных и самостоятельных работ. В более узком виде данный этап можно свести к подбору тематического и функционального типа карты природы (особое внимание уделялось тому факту, что за основу должны быть взяты настенные учебные карты для высшей школы масштаба 1:4 000 000). В качестве предмета исследования и последующей работы, было решено использовать Карту ландшафтного районирования СССР, как наиболее наглядной и подходящей к реализации поставленных задач модели. Этап подбора картографического материала заканчивался определением границ будущего проекта. Как правило – это любой участок карты, совмещающий в картографическом изображении несколько градиентных переходов качественного фона с явным графическим представлением послойной цветной заливки.

Следующей стадией реализацией проекта был перевод аналогового варианта участка карты природы в цифровую форму с применением периферийных устройств ввода графической информации. По окончании подготовительного этапа каждый представитель студенческой группы в качестве исходных материалов получал участок карты природы в аналоговой и цифровой форме.

2. Этап традиционной реализации профессиональных задач, определенных целями курса путем создания цифрового и аналогового макета карты-оригинала.

Сутью этого стала организация объектно-ориентированной индивидуальной работы студентов над созданием авторских оригиналов с подбором и определением цветовых, шрифтовых, а также штриховых оформительских средств. Традиционно студенты-картографы старших курсов уже отлично разбираются в технологических и дизайнерских решениях в ходе процесса векторизации растрового изображения, подборке способов картографического изображения, а также проектирования и создания легенды, выбранного в ходе реализации предыдущего этапа участка тематического карты природы (в нашем случае, карты ландшафтного районирования СССР).

Аналоговый вариант карты необходимо было создать традиционным «ручным» способом проектирования и составления карт с использованием чертежных инструментов, светостола, а также акварельных красок (рис.1).

Рисунок 1. Аналоговый вариант карты (студенческая работа)

Окончанием текущего этапа послужила качественно и профессионально оформленная цифровая карта в растровом и векторном форматах данных, а также ее аналоговый вариант, построенный путем традиционного процесса картографирования. В рамках 2 этапа можно выделить также подъэтап самостоятельной работы студентов, направленный на активизацию их общегеографических знаний, а именно, на поиск типичных представителей фауны, встречающихся именно на индивидуально определенных первым этапом объектах исследования и работы. Животные были представлены в виде натуралистских векторных пиктограмм, размещены на карте и добавлены к легенде. Указанный подъэтап был стартовым к процессу создания голографических образов типичных представителей фауны территории исследования (рис.2).

Рисунок 2. Цифровой вариант карты (студенческая работа)

3. Этап перевода векторных пиктограммных значков в голографические образы.

В качестве самостоятельной работы, каждому представителю студенческой группы было необходимо, используя рекомендованную литературу и ссылки на Интернет источники преобразовать двумерное изображение типичного представителя фауны территории моделирования в голографических образ. Методика создания голограммы, сформулированная студентами самостоятельно, представлена ниже.

Алгоритм создания 3D-голограммы

1. Подбор картинки для голографической проекции – выбран рисунок в формате «.png» с прозрачным фоном.
2. Изготовление сетки на темном фоне для размещения изображения. Разметка на черном фоне необходима для точного расположения рисунка, если наложение будет произведено некорректно, то возможно раздвоение голограммы.
3. Рисунок размещается на фоне с четырех сторон согласно сетке. Его необходимо развернуть на 90°, 180° и 270°. Нижнее основание рисунка с животным должно совпадать с одной из сторон квадрата сетки.
4. Для более корректного отображения голограммы убирается сетка. Полученное изображение является готовым к созданию голографической проекции.

Полученное изображение открывается на экране телефона. Для получения полноценной 3D – голограммы необходимо использовать правильную усеченную пирамиду, которая помещается в центр изображения. Подобную пирамиду можно приобрести за сумму в пределах 70 руб., либо изготовить самостоятельно из оргстекла, пластика или любого другого полупрозрачного плотного материала, вырезав 4 части будущего проектора размерами 60х35х10 см (приемлемый размер для экрана современных смартфонов, для планшетов, мониторов или телевизоров размер пирамиды увеличивается пропорционально диагонали экрана) и склеив их между собой скотчем или клеем. Описанная выше методика создания 3D – голограммы основана на отражательных и преломляющих свойствах: изображение, проецируемого с экрана телефона на грани пирамиды. Свет преломляется на 90° в сторону середины проектора и таким образом получается трехмерное голографическое изображение (рис. 3).

Рисунок 3. Схема создания голограммы (студенческая работа)

Модификаций вышеописанной методики может быть движущееся изображение, выполненное по той же технологии, только сохраненное в нескольких вариантах расположения отдельных частей элемента изображения и сохраненное в формате *.gif.

Таким образом, изображение типичного представителя фауны территории исследования, как будто бы «выходило» из пространства карты. Для целостного понимания процесса реализации представленной методики студентам было предложено создать небольшой видео проект, о том, как они воспринимают процесс трансформации восприятия реальности от изначального, раздаточного участка карты, через его цифровизацию, традиционное аналоговое построение, и далее преобразование элементов изображения в форму объемной голографической проекции.

Результаты работы студенческого коллектива представлены на Видео.

Резюмируя вышеописанную методику, хотелось бы отметить, что ее апробация показала не только максимальную заинтересованность студентов к выполнению поставленных задач и вовлеченности к обработке больших массивов самостоятельно изученной информации, но и позволила на наглядных, ими же созданных примерах продемонстрировать понимание довольно таки размытого в картографии понятия «новые геоизображения», а также совсем не применяющейся на практических занятиях голографической  визуализации. Подобный опыт может оказаться полезным не только для обучения студентов информационных и технических специальностей, но и для всех иных направлений подготовки будущих креативных и самостоятельных профессионалов [1-3].

Список литературы: