Применение технологий виртуальной реальности для изучения геометрических фигур: от моделирования в Blender до визуализации в VR DelightED Edu

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретико-методологический базис визуализации математических объектов в виртуальной реальности

1.1. Генезис и современное состояние иммерсивных технологий в российской математической школе

1.2. Математические принципы полигонального моделирования и алгоритмы оптимизации трехмерных объектов

Глава 2. Практическая реализация и визуализация геометрических моделей в среде VR DelightED Edu

2.1. Технологические этапы создания сложноструктурированных фигур в Blender для VR-систем

2.2. Настройка интерактивного взаимодействия и методика отображения данных в платформе VR DelightED Edu

Заключение

Список использованной литературы

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФИГУР: ОТ МОДЕЛИРОВАНИЯ В BLENDER ДО ВИЗУАЛИЗАЦИИ В VR DELIGHTED EDU

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования определяется стремительным развитием цифровых образовательных технологий и необходимостью поиска инновационных методов преподавания математических дисциплин в условиях трансформации современной педагогической парадигмы. Интеграция иммерсивных технологий в процесс изучения геометрии открывает качественно новые возможности для формирования пространственного мышления обучающихся, позволяя преодолеть традиционные ограничения двумерных представлений сложных геометрических конструкций. Виртуальная реальность как средство визуализации математических объектов представляет собой не просто технологическое новшество, а фундаментальное изменение способов познания абстрактных математических структур через непосредственное взаимодействие с трехмерными моделями в иммерсивной среде.

Современное состояние методики преподавания геометрии характеризуется существенным разрывом между возможностями визуализации, предоставляемыми традиционными средствами обучения, и когнитивными потребностями обучающихся в эпоху цифровизации образования. Многочисленные исследования подтверждают эффективность применения VR-технологий для развития пространственного воображения и углубленного понимания геометрических закономерностей [5, c. 47]. Тем не менее методические аспекты интеграции программных средств трехмерного моделирования и платформ виртуальной реальности в учебный процесс остаются недостаточно разработанными. Отсутствие системных исследований, посвященных технологическому циклу создания образовательного VR-контента от этапа полигонального моделирования до интерактивной визуализации, обусловливает необходимость комплексного анализа данной проблематики.

Степень разработанности проблемы свидетельствует о наличии отдельных работ, исследующих применение виртуальной реальности в образовательных целях, однако конкретные технологические решения для изучения геометрических фигур с использованием связки Blender — VR DelightED Edu практически не освещены в научной литературе. Дискуссионными остаются вопросы оптимального уровня детализации трехмерных моделей, алгоритмов оптимизации полигональной сетки для обеспечения стабильной работы VR-приложений, а также методов организации интерактивного взаимодействия пользователя с геометрическими объектами в виртуальном пространстве [12, c. 103].

Цель курсовой работы состоит в исследовании технологических и методических аспектов применения виртуальной реальности для изучения геометрических фигур посредством создания трехмерных моделей в Blender и их последующей визуализации в образовательной платформе VR DelightED Edu.

Задачи исследования:

• проанализировать генезис и современное состояние применения иммерсивных технологий в российском математическом образовании;
• рассмотреть математические принципы полигонального моделирования и алгоритмы оптимизации трехмерных геометрических объектов;
• описать технологические этапы создания сложноструктурированных геометрических фигур в программной среде Blender для VR-систем;
• исследовать процесс настройки интерактивного взаимодействия и методику отображения геометрических данных в платформе VR DelightED Edu.

Объект исследования — процесс визуализации геометрических фигур средствами технологий виртуальной реальности в образовательном контексте.

Предмет исследования — технологические методы создания трехмерных моделей геометрических объектов в Blender и их адаптации для образовательной платформы VR DelightED Edu.

Теоретическую базу исследования составляют концепции дифференциальной геометрии и топологии поверхностей, теория полигонального моделирования трехмерных объектов, а также современные дидактические подходы к применению цифровых технологий в математическом образовании. Методологической основой выступают принципы системного анализа, позволяющие рассмотреть процесс создания VR-контента как последовательность взаимосвязанных технологических операций от моделирования до визуализации.

Методы исследования включают аналитический обзор научно-методической литературы по проблематике иммерсивных образовательных технологий; математическое моделирование геометрических объектов с применением методов вычислительной геометрии; численные алгоритмы оптимизации полигональных сеток; экспериментальное создание трехмерных моделей в программной среде Blender версии 4.0 с использованием модификаторов геометрии; практическую реализацию интерактивной визуализации в образовательной VR-платформе DelightED Edu; сравнительный анализ эффективности различных методов топологической оптимизации трехмерных моделей для обеспечения производительности VR-приложений.

Материалами исследования послужили экспериментальные данные по созданию набора геометрических моделей различной сложности, результаты измерений производительности визуализации при различных уровнях полигональной детализации, а также параметры интерактивного взаимодействия пользователя с объектами в виртуальной среде. Программное обеспечение включало систему трехмерного моделирования Blender 4.0, образовательную VR-платформу DelightED Edu, а также вспомогательные инструменты для оптимизации геометрии и экспорта моделей в формате glTF 2.0.

Научная новизна исследования заключается в разработке комплексного технологического подхода к созданию образовательного VR-контента для изучения геометрических фигур, интегрирующего математические принципы полигонального моделирования с дидактическими требованиями к интерактивной визуализации. Впервые предложена систематизация этапов создания геометрических моделей в Blender с учетом специфических ограничений образовательных VR-платформ и требований к оптимизации производительности.

Практическая значимость работы определяется возможностью применения разработанных технологических решений в учебном процессе образовательных организаций различного уровн

…