Technologie immersyjne zmieniają sposób, w jaki się uczymy, pracujemy i bawimy. Niezależnie od tego, czy chodzi o odkrywanie starożytnych ruin w rzeczywistości wirtualnej (VR), nakładanie cyfrowych instrukcji na prawdziwą maszynę za pomocą rzeczywistości rozszerzonej (AR), czy manipulowanie modelami 3D za pomocą rzeczywistości mieszanej (MR), innowacje te na nowo definiują naszą interakcję ze światem. Technologie te są często określane wspólnym terminem rozszerzonej rzeczywistości (XR).

W tym artykule zbadamy, jak działają te technologie, czym się różnią, jaki jest ich stopień zanurzenia, zastosowania w świecie rzeczywistym, używany sprzęt i ich rosnącą rolę w sektorze edukacji.

Po pierwsze, należy zauważyć, że terminy te (często przedstawiane w skrótach VR, AR, MR i XR) nie mogą być używane zamiennie (co często ma miejsce) i pomimo ich względnego podobieństwa (między innymi ze względu na sprzęt używany do pracy z każdą technologią) mówimy o różnych technologiach, o różnych zastosowaniach i charakteryzujących się różnymi poziomami immersji.

XR: The Umbrella Term

Rozszerzona rzeczywistość (XR) to szeroki termin obejmujący wszystkie technologie immersyjne: VR, AR i MR. XR nie jest konkretną technologią, ale raczej ramą koncepcyjną, która obejmuje każde środowisko, które obejmuje wszystkie formy rzeczywistości zmienionej komputerowo, często łącząc świat cyfrowy i fizyczny na różne sposoby.

Pomyśl o XR jak o spektrum:

• Na drugim końcu znajduje się AR, poprawiająca widok rzeczywistego świata za pomocą treści cyfrowych.
• Na jednym końcu znajduje się VR, oferujący całkowite zanurzenie w cyfrowym środowisku.
• Pośrodku znajduje się MR, łączący elementy cyfrowe i rzeczywiste, które wchodzą w interakcje w czasie rzeczywistym.

Termin ten jest szczególnie przydatny w przemyśle, edukacji i kontekście biznesowym, gdy odnosi się ogólnie do wciągających doświadczeń bez określania pojedynczej modalności. Wraz z konwergencją i ewolucją technologii, XR reprezentuje płynne kontinuum między w pełni wirtualnymi i rzeczywistymi środowiskami.

Przyjrzyjmy się teraz każdej technologii bardziej szczegółowo.

Wirtualna rzeczywistość (VR)

Wirtualna rzeczywistość całkowicie zanurza użytkowników w wygenerowanym komputerowo środowisku, blokując rzeczywisty świat. Nosząc gogle VR wyposażone w stereoskopowe wyświetlacze i zestaw czujników śledzących ruch, użytkownicy mogą rozglądać się i wchodzić w interakcje z symulowanym środowiskiem, które reaguje na ich ruchy w czasie rzeczywistym.

Jak działa VR

Zdecydowana większość rozwiązań VR opiera się na technologii HMD (head-mounted display), co oznacza użycie specjalistycznych gogli lub kasku, który wyświetla zawartość wirtualnego świata bezpośrednio przed naszymi oczami, symulując przebywanie w zupełnie innym środowisku niż jesteśmy w rzeczywistości.

W artykule skupimy się na rozwiązaniach HMD, ponieważ są one jedynym wyborem dla większości szkół i instytucji szkoleniowych, biorąc pod uwagę zaporowe koszty wolnostojących symulatorów lub symulatorów w skali pomieszczenia.

Biorąc pod uwagę powyższe, VR opiera się na kilku podstawowych komponentach:

• Wyświetlacz montowany na głowie (HMD): Wyposażony w ekrany dla każdego oka.
• Śledzenie użytkownika: Czujniki śledzą pozycję i orientację głowy i ciała użytkownika, aby odpowiednio dostosować wirtualną scenę. W przypadku zestawów wykorzystujących komputery PC do renderowania wirtualnych scen, śledzenie może wykorzystywać zewnętrzne czujniki, które muszą być rozmieszczone w całym pomieszczeniu lub zamontowane na ścianach. Znacznie lepszą opcją w kontekście nauczania grup uczniów (np. w kontekście klasy) są samodzielne zestawy, które mają moduły śledzenia zaimplementowane bezpośrednio w zestawie słuchawkowym.
• Kontrolery: Pozwalają one użytkownikom na interakcję z wirtualnym środowiskiem poprzez replikację ruchów dłoni lub gestów. Wiele urządzeń dostępnych na rynku zapewnia również funkcję śledzenia dłoni. Oznacza to, że użytkownik może wchodzić w interakcje z wirtualnymi obiektami bez potrzeby korzystania z kontrolerów (dłonie są śledzone w czasie rzeczywistym i mapowane w przestrzeni wirtualnej, skutecznie umożliwiając interakcję z wirtualnymi obiektami za pomocą rąk). Jednocześnie należy zauważyć, że kompatybilność takiej formy śledzenia jest zależna od aplikacji, z której korzystamy (nie każda aplikacja zapewnia taką możliwość).

Aplikacje i sprzęt VR

Oczywistym zastosowaniem technologii VR są gry i rozrywka – celowo pomijamy ten aspekt w treści artykułu, ale zachęcamy do wypróbowania rozrywkowej strony VR, która jest w stanie stworzyć absolutnie niezapomniane wrażenia.

Z drugiej strony, jeśli chodzi o bardziej utylitarne zastosowania, oto kilka przykładów (rzeczywistych przypadków) wykorzystania VR w różnych dziedzinach:

• Terapia i rehabilitacja: VR jest wykorzystywana do terapii ekspozycji i odzyskiwania umiejętności motorycznych.
• Ćwiczenia i wellness: VR jest wykorzystywana do takich aktywności jak trening fizyczny, medytacja z przewodnikiem, joga i tym podobne. Wiele aplikacji tego typu integruje pomiar spalonych kalorii z aplikacją VR. Istnieją symulatory różnych aktywności sportowych, które są w stanie odtworzyć rzeczywiste doświadczenie praktycznie 1:1 (na przykład boks lub tenis stołowy). Zgadza się: wbrew powszechnej opinii, że nowoczesna technologia sprawia, że marniejemy, zamknięci w cyfrowej przestrzeni – korzystając z VR można solidnie potrenować, ze względu na kinetyczny aspekt doświadczenia!
• Symulacje treningowe: Szkolenia wojskowe, lotnicze i medyczne polegają na VR w celu zapewnienia bezpiecznej, powtarzalnej praktyki. Procesy i procedury BHP symulowane w VR są bardzo popularne. Praktycznie dla każdego tematu szkoleniowego można znaleźć jakiś przykład narzędzia VR!

Przykłady urządzeń VR

• Seria Meta Quest 3
• HTC Vive Pro 2
• Seria HTC Vive Focus
• Valve Index
• Seria PICO Neo
• Seria Bigscreen Beyond

Rozszerzona rzeczywistość (AR)

Rozszerzona rzeczywistość nakłada cyfrowe informacje – takie jak obrazy, dźwięki lub tekst – na rzeczywiste środowisko. W przeciwieństwie do VR, AR nie zastępuje świata fizycznego, ale ulepsza go, dodając informacje kontekstowe.

Jak działa AR

AR zazwyczaj wykorzystuje:

• Kamery i czujniki: Do przechwytywania otoczenia i określania sposobu umieszczania w nim obiektów cyfrowych.
• Moc obliczeniowa: do analizowania danych z czujników i generowania odpowiedniej grafiki.
• Wyświetlacze: Mogą to być zarówno ekrany smartfonów, jak i dedykowane okulary AR lub zestawy słuchawkowe.

Większość urządzeń mobilnych obsługuje wszystkie te trzy funkcje. Należy zauważyć, że niektóre aplikacje AR mogą wymagać dodatkowych elementów do prawidłowego działania – takich jak znaczniki, które będą odczytywane przez aplikacje AR w celu wyświetlania nakładek.

Na przykład skierowanie kamery smartfona na eksponat muzealny może wyświetlić dodatkowe fakty lub rekonstrukcję 3D. Popularne platformy AR obejmują ARKit (Apple), ARCore (Google) i Snap Lens Studio.

Aplikacje i sprzęt AR

• Handel detaliczny: IKEA Place pozwala użytkownikom wizualizować meble w ich domu.
• Nawigacja: Google Maps Live View nakłada wskazówki dojazdu na rzeczywisty świat.
• Filtry w mediach społecznościowych: Instagram i Snapchat wykorzystują AR do ulepszania selfie i filmów.

Przykłady sprzętu AR

• Smartfony i tablety (z których większość jest kompatybilna z AR)
• Okulary AR (np. seria Xreal Air (dawniej Nreal Air), Magic Leap 2)
• Microsoft HoloLens 2 (może obsługiwać zarówno przypadki użycia AR, jak i MR)
• Niektóre zestawy VR dostępne obecnie na rynku obsługują doświadczenia AR (Apple Vision Pro, Meta Quest 3).

Rzeczywistość mieszana (MR)

Rzeczywistość mieszana łączy w sobie immersyjną naturę VR z kontekstową integracją AR. MR nie tylko nakłada elementy cyfrowe na świat rzeczywisty, ale także umożliwia interakcję między obiektami rzeczywistymi i wirtualnymi w czasie rzeczywistym. Zasadniczo – jest to coś pomiędzy VR i AR. Rozważmy następujący przykład: w AR możemy wyświetlić wirtualny obiekt w przestrzeni fizycznej – wyobraź sobie: sześciokąt na biurku, przy którym obecnie siedzisz. W doświadczeniu MR urządzenie skanuje wspomniane biurko i bierze pod uwagę jego lokalizację i wymiary podczas przetwarzania danych wejściowych, takich jak ruch ręki lub użycie kontrolera. Pozwoliłoby to na przykład podnieść wspomnianą kostkę (która, przypominamy, jest obiektem wirtualnym), a następnie upuścić ją na biurko. W ten sposób można by zobaczyć zarówno otoczenie – w tym powierzchnię biurka, jak i wirtualną kostkę – podnoszoną, upuszczaną i toczącą się po rzeczywistym biurku.

Jak działa MR

Systemy MR integrują się:

• Zrozumienie otoczenia: Urządzenia skanują otoczenie w celu rozpoznania powierzchni, wymiarów przestrzennych i przeszkód.
• Mapowanie przestrzenne i kotwice: Dzięki nim treści cyfrowe zachowują się tak, jakby naprawdę były częścią świata fizycznego.
• Zaawansowane metody wprowadzania danych: Rozpoznawanie gestów, sterowanie głosowe i śledzenie wzroku są powszechne w MR.

Urządzenia takie jak Microsoft HoloLens 2 i Magic Leap 2 reprezentują czołówkę technologii MR, umożliwiając użytkownikom interakcję z pływającymi modelami 3D, wirtualnymi pulpitami nawigacyjnymi i cyfrowymi awatarami we wspólnej przestrzeni fizycznej. Funkcje MR są ważnym punktem sprzedaży nowoczesnych zestawów VR (np. Meta Quest 3, Apple Vision Pro).

Aplikacje i sprzęt MR

• Wspólne projektowanie: Inżynierowie mogą przeglądać modele 3D tak, jakby byli fizycznie obecni.
• Planowanie operacji: Chirurdzy używają MR do wizualizacji narządów w 3D podczas przygotowań.
• Zdalna pomoc: Technicy otrzymują wskazówki w czasie rzeczywistym za pomocą cyfrowych nakładek.

Przykłady sprzętu MR

• Microsoft HoloLens 2
• Magic Leap 2
• Zestawy VR z funkcjami MR (Meta Quest 3, Apple Vision Pro)
• Varjo XR-4 (opcja z wyższej półki)

Przyszłość technologii immersyjnych w edukacji

Technologie immersyjne szybko przekształcają edukację, oferując nowe sposoby angażowania uczniów, zapewniania praktycznych szkoleń i poprawy wyników nauczania.

VR w edukacji

Nauka z wykorzystaniem VR sprzyja zapamiętywaniu i zaangażowaniu uczestników ze względu na silny ładunek emocjonalny związany z doświadczeniem. W przypadku praktycznego uczenia się, korzystanie z symulacji VR zmniejsza koszty, ze względu na brak zapotrzebowania na materiały eksploatacyjne, komponenty itp. W przypadku nauki związanej z wykorzystaniem elektronarzędzi i sprzętu VR pozwala na znaczną redukcję kosztów (np. energii elektrycznej lub paliwa). Jest to jeden z kluczowych powodów szkolenia pilotów lub operatorów ciężkiego sprzętu przy użyciu symulatorów. Kolejnym jest oczywiście kwestia bezpieczeństwa.

Wyobraźmy sobie możliwość obserwowania procesów komórkowych z perspektywy pierwszej osoby podczas lekcji biologii lub pływania wewnątrz układu krążenia. Alternatywnie, wyobraź sobie, że możesz zabrać swoich uczniów do piramid w Gizie lub do okopów I wojny światowej, bez konieczności opuszczania klasy – to tylko przykłady wciągających doświadczeń, które może zapewnić VR.

Korzyści: W pełni wciągające doświadczenia pomagają uczniom skupić się, zrozumieć złożone tematy (takie jak przestrzeń, historia lub anatomia) i ćwiczyć umiejętności w bezpiecznym środowisku.

Przykłady narzędzi VR wspierających procesy uczenia się

• zSpace: Oferuje narzędzia do nauki STEM oparte na VR.
• Labster: Zapewnia wirtualne laboratoria naukowe.
• VictoryXR: Tworzy klasy VR i symulacje od szkół podstawowych do średnich i wyższych.
• Duży wybór praktycznych kursów wykorzystujących VR jest dostępny na Steam i w sklepach z aplikacjami poszczególnych dostawców sprzętu.

AR w edukacji

Bardzo dużą zaletą technologii AR w kontekście procesów szkoleniowych jest jej dostępność i łatwość użytkowania. Doświadczenia AR mogą być obsługiwane za pomocą większości urządzeń mobilnych – takich jak smartfony i tablety – bez konieczności inwestowania w dodatkowy sprzęt. Rozwiązuje to również kilka problemów organizacyjnych i logistycznych typowych dla procesu szkoleniowego z wykorzystaniem VR, takich jak wymagana przestrzeń rozgrywki i względy bezpieczeństwa użytkownika, co jest szczególnie ważne dla uczniów w wieku szkolnym (AR nie odcina użytkownika od świata zewnętrznego, pozostawiając mu pełną kontrolę nad otoczeniem, a cały proces obsługi aplikacji AR można przeprowadzić bez konieczności wstawania od szkolnego biurka).

Korzyści: Dostępna za pośrednictwem urządzeń mobilnych, AR ułatwia nakładanie informacji i interakcję z modelami 3D podczas wykładów, zadań domowych lub pracy w terenie.

Przykłady narzędzi AR wspierających procesy uczenia się

• Merge Cube: Pozwala uczniom trzymać cyfrowe obiekty, takie jak układ słoneczny lub ludzkie serce.
• Google Expeditions (legacy): Oferuje wycieczki AR, które ożywiają tematy edukacyjne.
• QuiverVision: Animuje kolorowanki w modele 3D.

MR w edukacji

Korzyści: Oferuje to, co najlepsze z obu światów – zaangażowanie VR z kontekstem AR – umożliwiając interakcję w czasie rzeczywistym z treściami edukacyjnymi we wspólnych przestrzeniach.

Przykłady narzędzi MR wspierających procesy uczenia się

• HoloAnatomy: Używany w szkołach medycznych do badania ludzkiego ciała w 3D.
• MRTK (Mixed Reality Toolkit): Umożliwia tworzenie aplikacji edukacyjnych MR na HoloLens.
• Talespin: Tworzy symulacje MR do szkolenia umiejętności miękkich w miejscu pracy.

Podsumowanie

Technologie immersyjne – VR, AR i MR – zmieniają sposób, w jaki wchodzimy w interakcje z informacjami, komunikujemy się i uczymy. Każda technologia oferuje unikalne możliwości:

• VR w pełni zanurza użytkowników w symulowanych światach.
• AR wzbogaca świat rzeczywisty o cyfrowe nakładki.
• MR łączy te dwie technologie, zapewniając wysoce interaktywne doświadczenia.

Razem, pod szyldem Rozszerzonej Rzeczywistości (XR), technologie te obiecują przyszłość, w której granice między sferą fizyczną i cyfrową będą się coraz bardziej zacierać. W miarę jak sprzęt staje się coraz bardziej dostępny, a narzędzia do tworzenia treści coraz bardziej wyrafinowane, XR ma stać się podstawowym filarem w branżach takich jak edukacja, opieka zdrowotna, inżynieria i nie tylko.

Dla nauczycieli XR oferuje potężne narzędzia do wizualizacji abstrakcyjnych pojęć, zwiększania zaangażowania uczniów i demokratyzacji dostępu do praktycznych doświadczeń. Wraz ze wzrostem popularności XR możemy oczekiwać, że środowiska edukacyjne staną się bardziej interaktywne, integracyjne i efektywne – zapoczątkowując nową erę immersyjnej edukacji.