Technológie zdieľanej virtuálnej reality vo vzdelávacom procese

Projekt KEGA 048TUKE-4/2022 s názvom "Technológie zdieľanej virtuálnej reality vo vzdelávacom procese" je zameraný na využitie pokročilých postupov a technológií virtuálnej reality ako mimoriadne progresívnych nástrojov v kontexte online vyučovania za účelom ľahšieho, rýchlejšieho a atraktívnejšieho vzdelávania osôb v tých smeroch, ktoré sa vyznačujú ťažšie zvládnuteľnými konceptmi v prípade online výučby. Projekt je koncepčne postavený na technológiách zdieľanej virtuálnej reality. Primárnym cieľom je vytvorenie experimentálnych pracovísk pre praktické overovanie týchto technológií s premietnutím ich výsledkov do pedagogickej praxe. Ďalším cieľom je vytvorenie podporných programových a prezentačných prostriedkov a vytvorenie web-stránky na sprístupnenie výsledkov, postupov a príkladov. Je predpoklad, že sa takto u študentov dosiahne ľahšie a rýchlejšie pochopenie bázických komunikačných metód pre online vzdelávanie vo virtuálnom prostredí, vrátane vytvárania digitálneho 3D obsahu a práce s ním. Očakávaným prínosom je aj citeľné zníženie nákladov na tvorbu výučbového obsahu a jeho lepšia dostupnosť pre študentov. Takisto sa predpokladá zvýšenie schopnosti správneho praktického použitia nadobudnutých vedomostí a zručností a začlenenia sa do modernej informačnej spoločnosti.

Spojená škola Pavla Sabadoša, internátna (Duklianska, 2, 080 76, Prešov), ktorá má v súčasnosti 248 žiakov, 102 zamestnancov, z toho 66 pedagogických zamestnancov, bola založená v roku 1905. Prvý zápis nepočujúcich žiakov a slávnostné otvorenie ústavu bol 14. júla 1905. Po vojne, 1. augusta 1919 prevzala ústav československá vláda. Vyučovanie v rôznych mestách, prenajatých budovách a chýbajúci internát pre ubytovanie žiakov vyriešilo Ministerstvo školstva a národnej osvety v Bratislave premiestnením ústavu do Prešova. V apríli 1948 sa z Ústavnej školy pre hluchonemých stala Národná a stredná škola pre hluchonemých v Prešove. V roku 1961 došlo k zmene názvu školy - Základná deväťročná škola pre nepočujúcich v Prešove. Došlo k zmene učebných osnov a obsahu vyučovania. V roku 1991 dochádza k ďalšej modernizácii výchovne - vzdelávacieho procesu. Viac sa vo vyučovaní využíva audiovizuálna technika, a v rámci vtedajšej technickej úrovne, aj výpočtová technika. Významným medzníkom bolo zriadenie Špeciálnej ZŠ s chybami reči. V rámci projektu INFOVEK dochádza k zriadeniu počítačovej učebne napojenej na internet a do obsahu vyučovania sa dostáva predmet práca s počítačom. Nadväzovanie kontaktov so sesterskými školami v zahraničí prebieha prostredníctvom projektu Socrates - COMENIUS. Škola úspešne pokračuje v medzinárodných výmenných pobytoch žiakov a pedagógov. Pri príležitosti storočnice škola dostala čestný názov Základná škola internátna Pavla Sabadoša pre sluchovo postihnutých v Prešove a vzdeláva žiakov so sluchovým, rečovým, mentálnym, telesným a zrakovým postihnutím v Materskej škole pre sluchovo postihnutých, v Špeciálnej ZŠ pre sluchovo postihnutých, v Materskej škole pre deti s chybami reči, v ZŠ pre žiakov s chybami reči a Strednom odbornom učilišti pre sluchovo postihnutých.

Toto partnerské pracovisko sa zúčastnilo vo forme konzultačnej pri prvotných analytických krokoch, pri návrhových častiach pre podciele a pri vytváraní pilotnej skupiny pracovísk/ organizácií využívajúcich navrhovaný systém. Následne sa zúčastnilo na implementácii dosiahnutých výsledkov do pedagogickej praxe vrátane nasadenia výstupov projektu, konzultačne tvorby virtuálnych výučbových prostredí a prakticky pri ich testovaní, vytváraní spätnej väzby a ich vyhodnotení. Tieto činnosti koordinovalo aj v pilotnej skupine pracovísk/organizácií na svojej úrovni. Takisto spolupracovalo na obsahovom rámci web-stránky a bolo spoluorganizátorom všetkých realizovaných workshopov/seminárov.

Prehľad výsledkov

Projekt bol zameraný na využitie pokročilých postupov a technológií zdieľanej virtuálnej reality ako mimoriadne progresívnych nástrojov v kontexte online vyučovania za účelom ľahšieho, rýchlejšieho a atraktívnejšieho vzdelávania osôb v tých smeroch, ktoré sa vyznačujú ťažšie zvládnuteľnými konceptmi v prípade online výučby. Výsledky riešenia projektu boli definované najmä do dvoch hmotných a troch nehmotných výstupov.

Z hľadiska hmotných a jedného nehmotného výstupu boli realizované základ pre prototyp experimentálneho pracoviska na báze mobilných technológií s nosičmi pre vytvorenie virtuálno-realitného (VR) prostredia, implementácia programových a technických prostriedkov na báze platforiem LIRKIS G-CVE a herných rámcov a plnohodnotné experimentálne VR pracovisko pre prácu s VR headsetmi spolu so sadou virtuálnych výučbových prostredí napr. Dejepis obdobie Habsburgovcov, Prírodopis, Dopravná náuka. Toto pracovisko pozostáva z VR headsetu so vstavanými displejmi, zabudovaným výpočtovým systémom, vrátane operačného systému so sieťovou konektivitou a ovládačov pre manipuláciu s virtuálnymi objektmi vrátane mechanickej obmedzujúcej konštrukcie a prípadných držiakov a krytovania, kabeláže prípadne ďalších potrebných doplnkov. Jedno pracovisko sa použilo v domovskom laboratóriu LIRKIS riešiteľov projektu pre podporu ďalšieho vývoja a ostatné dve boli postupne distribuované na spolupracujúce pracoviská primárne na Spojenú školu internátnu Pavla Sabadoša v Prešove. Pracovisko umožňuje aj použitie VR headsetu na báze nosiča smartfónu.

Z hľadiska ďalších nehmotných výsledkov boli zorganizované semináre/workshopy s prezentáciou dosiahnutých výsledkov a prípadne ďalších možností využitia technológií VR v oblasti sledovanej projektom. Pri príležitosti organizovaných seminárov boli vytvorené aj zborníky príspevkov k danej problematike. Nehmotným výstupom je aj táto webová stránka projektu.

Realizované výstupy

Základ pre prototyp experimentálneho pracoviska.

Základná, iniciálna verzia experimentálneho pracoviska na báze mobilných technológií s nosičmi pre vytvorenie virtuálno-realitného (VR) prostredia, vrátane prvotného virtuálneho výučbového prostredia/ triedy. Pracovisko pozostávajúce z mobilného zariadenia a nosiča mobilného zariadenia pre vytvorenie dátovej prilby na tejto báze, zabudovaný výpočtový systém mobilného zariadenia so sieťovou konektivitou, bluetooth ovládač, vrátane operačného systému a vyvinutého základného programového vybavenia pre prácu so zdieľaným virtuálnym prostredím na báze klient-server (vrátane pilotnej realizácie servera) s využitím platformy LIRKIS G-CVE.

Plnohodnotné experimentálne VR pracovisko.

Plnohodnotné experimentálne pracovisko pre prácu s VR headsetmi. Pracovisko pozostávajúce z VR headsetu (Meta Quest II, III) so vstavanými displejmi, zabudovaným výpočtovým systémom, vrátane operačného systému so sieťovou konektivitou, ovládačmi pre manipuláciu s virtuálnymi objektmi a plne vyvinutého programového vybavenia pre prácu so zdieľaným virtuálnym prostredím. Pracovisko bolo vytvorené trikrát vrátane mechanickej obmedzujúcej konštrukcie a prípadných držiakov a krytovania, kabeláže prípadne ďalších potrebných doplnkov. Toto bolo 1x použité v domovskom laboratóriu riešiteľov projektu pre podporu ďalšieho vývoja a 2x distribuované do spolupracujúcich pracovísk. Pracovisko umožňuje aj použitie VR headsetu na báze nosiča smartfónu a ovládača.

Plnohodnotné experimentálne VR pracovisko.

Plnohodnotné experimentálne pracovisko pre prácu s VR headsetmi. Pracovisko pozostávajúce z VR headsetu (Meta Quest II, III) so vstavanými displejmi, zabudovaným výpočtovým systémom, vrátane operačného systému so sieťovou konektivitou, ovládačmi pre manipuláciu s virtuálnymi objektmi a plne vyvinutého programového vybavenia pre prácu so zdieľaným virtuálnym prostredím. Pracovisko bolo vytvorené trikrát vrátane mechanickej obmedzujúcej konštrukcie a prípadných držiakov a krytovania, kabeláže prípadne ďalších potrebných doplnkov. Toto bolo 1x použité v domovskom laboratóriu riešiteľov projektu pre podporu ďalšieho vývoja a 2x distribuované do spolupracujúcich pracovísk. Pracovisko umožňuje aj použitie VR headsetu na báze nosiča smartfónu a ovládača.

Sada virtuálnych výučbových prostredí/tried.

Sada virtuálnych výučbových prostredí s príslušnými témami vytvorenými vo VR vrátane interakcie s virtuálnymi objektmi. Sada predstavuje skupinu virtuálnych modelov a prípadných skriptov na riadenie dynamiky virtuálneho prostredia (napríklad pre testovanie žiakov). Sada pozostáva najmä z virtuálneho výučbového prostredia pre podporu výučby dejepisu z obdobie vlády Habsburgovcov a potom vybraných tématík z prírodopisu či dopravnej náuky a niekoľkých podporných hier. Jednotlivé virtuálne výučbové prostredia sú postavené na dvoch platformách: web-báza LIRKIS G-CVE a báza herných rámcov. Príslušné triedy a ich modely a objekty vrátane skriptov sú vytvorené a gestorované pracoviskom riešiteľov projektu a spolupracujúcim pracoviskom. Vybrané prostredia sú dostupné online, odkazy na ne nájdete v časti Virtuálne výučbové prostredía.

Workshopy/semináre.

Séria seminárov/workshopov ako v prvej etape (2x) v druhej etape (1x). Workshopy umožnili prezentovať priebežne dosiahnuté výsledky a aj ďalšie možností využitia technológií VR v oblasti riešenej projektom. Pri príležitosti organizovaných workshopov boli navyše vytvorené zborníky príspevkov k problematike riešenej projektom, ktoré boli poskytnuté účastníkom. V rámci záverečného workshopu bola uskutočnená aj priama prezentácia VR technológií dostupných v domovskom laboratóriu riešiteľov projektu účastníkom workshopu.

Články vo vedeckých časopisoch

• SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan - MATTOVÁ, Miriama: Web-Based 3D Virtual Environments Utilization in Primary and Secondary Education of Children with Multiple Impairments / - 2023. In: Electronics. - Bazilej (Švajčiarsko) : Multidisciplinary Digital Publishing Institute Roč. 12, č. 13 (2023), s. [1-18] [online]. - ISSN 2079-9292 (online)
  https://dx.doi.org/10.3390/electronics12132792.
• HOSŤOVECKÝ, Marián - KOREČKO, Štefan - SOBOTA, Branislav: Petri nets for adaptive learning scenarios in serious games / - 2024. In: Journal of Applied Mathematics, Statistics and Informatics. - Trnava (Slovensko) : Fakulta prírodných vied Roč. 20, č. 1 (2024), s. 67-84 [print, online]. - ISSN 1336-9180
  https://dx.doi.org/10.2478/jamsi-2024-0005.

Články vo vedeckých zborníkoch a na konferenciách

• SOBOTA, Branislav - HUDÁK, Marián - KOVÁCS, Matej - KOREČKO, Štefan - MATTOVÁ, Miriama: Rozšírenie kolaboratívneho virtuálneho prostredia o podporu interaktívnej gestikulácie a vizualizácie rúk / - 2022. In: Electrical Engineering and Informatics 13 : Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice (Slovensko) : Technická univerzita v Košiciach s. 54-61 [CD-ROM]. - ISBN 978-80-553-4120-0
  https://eei.fei.tuke.sk/wp-content/uploads/2024/03/EEI_13.pdf.
• MATTOVÁ, Miriama - MURÍNOVÁ, Laura - SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan: Object interaction in virtual school environment / - 2022. In: ICETA 2022 : 20th Anniversary of IEEE International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 410-415 [online]. - ISBN 979-8-3503-2032-9 (online)
  https://doi.org/10.1109/ICETA57911.2022.9974659.
• SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan - BÉLLA, Dominik - MATTOVÁ, Miriama: Experimental multimodal user interface / - 2022. In: ICETA 2022 : 20th Anniversary of IEEE International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 572-577 [online]. - ISBN 979-8-3503-2032-9 (online)
  https://doi.org/10.1109/ICETA57911.2022.9974796.
• KOREČKO, Štefan - SOBOTA, Branislav - MATTOVÁ, Miriama - KAŠELA, Adam: Petri-Net-Driven Educational Scenarios in Web-Based Extended Reality / - 2022. In: Informatics 2022 : 2022 IEEE 16th International Scientific Conference on Informatics : proceedings. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 163-167 . - ISBN 979-8-3503-1034-4
  https://dx.doi.org/10.1109/informatics57926.2022.10083401.
• SOBOTA, Branislav - MATTOVÁ, Miriama - DIMUN, Sebastián - KOREČKO, Štefan: Virtuálna škola v prostredí kolaboratívnej virtuálnej reality / - 2023. In: Electrical Engineering and Informatics 14 : Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice (Slovensko) : Technická univerzita v Košiciach s. 124-128 [CD-ROM]. - ISBN 978-80-553-4407-2
  https://eei.fei.tuke.sk/wp-content/uploads/2024/03/EEI_14.pdf.
• SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan - MATTOVÁ, Miriama - HULINA, T.: Virtual Educational Collaborative Environments for Low-Cost Mobile VR Headsets / - 2023. In: ICETA 2023 : 21st Year of International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings : October 26 – 27, 2023 Grand Hotel Starý Smokovec, High Tatras, Slovakia. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 463-468 [USB-key, online]. - ISBN 979-8-3503-7069-0
  https://dx.doi.org/10.1109/iceta61311.2023.10343674.
• SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan - MATTOVÁ, Miriama - STEINGARTNER, William - SZABÓ, Csaba - ŠTROMP, Gabriel: User Interfaces in Virtual Reality Environments / - 2023. In: ICETA 2023 : 21st Year of International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings : October 26 – 27, 2023 Grand Hotel Starý Smokovec, High Tatras, Slovakia. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 469-473 [USB-key, online]. - ISBN 979-8-3503-7069-0
  https://dx.doi.org/10.1109/iceta61311.2023.10343832.
• SOBOTA, Branislav - MATTOVÁ, Miriama - DIMUN, Sebastián - KOREČKO, Štefan: Collaborative virtual reality environment and virtual school / - 2023. In: DISA 2023 : World Symposium on Digital Intelligence for Systems and Machines. - New York (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers s. 214-218 [print, online]. - ISBN 979-8-3503-4352-6
  https://dx.doi.org/10.1109/disa59116.2023.10308926.
• SOBOTA, Branislav - KOREČKO, Štefan - DIMUNOVÁ, Nikoleta: Virtual reality environment for support of art education / - 2024. In: Electrical Engineering and Informatics 15 : Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice. - Košice (Slovensko) : Technická univerzita v Košiciach s. 344-350 [online]. - ISBN 978-80-553-4682-3
  https://eei.fei.tuke.sk/wp-content/uploads/2024/07/EEI_15.pdf.
• SOBOTA, Branislav – IRHOVÁ, Ivona - KOREČKO, Štefan: Therapeutic and Educational System for People with Multiple Sclerosis in Collaborative Virtual Reality Environment / - 2024. In: ICETA 2024 : 22th Anniversary of IEEE International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers, Starý Smokovec – High Tatras, October 24.-25.2024, pp. 559-563, ISBN 979-8-3315-2771-6.
• SOBOTA, Branislav – KOVÁČOVÁ, Vanessa - KOREČKO, Štefan: Therapeutic System for People with Phobias based on Collaborative eXtended Reality Technologies / - 2024. In: ICETA 2024 : 22th Anniversary of IEEE International Conference on Emerging eLearning Technologies and Applications : proceedings. - Piscataway (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers, Starý Smokovec – High Tatras, October 24.-25.2024, pp. 564-568, ISBN 979-8-3315-2771-6.
• SOBOTA, Branislav – KOREČKO, Štefan – JAVORSKÁ, Alexandra: Iconic-Text Education Method Utilization in a Virtual School / - 2024. In: IEEE 17th International Scientific Conference on Informatics : proceedings. - New York (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE catalog number CFP24E80-USB, pp. 373-377. ISBN 79-8-3503-8767-4,
• KOREČKO, Štefan – SOBOTA, Branislav – RUDY, Juraj: Assessing Comprehension of Petri Nets Across Diverse Backgrounds: An Experimental Insight / - 2024. In: IEEE 17th International Scientific Conference on Informatics : proceedings. - New York (USA) : Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE catalog number CFP24E80-USB, pp. 167-171. ISBN 79-8-3503-8767-4,

Projektové zborníky

• SOBOTA, Branislav - PETRÍKOVÁ, Darina: Technológie zdieľanej virtuálnej reality vo vzdelávacom procese - zborník/ - 1. vyd. - Košice : Technická univerzita v Košiciach - 2022. - 100 s. - ISBN 978-80-553-4181-1.
  Zborník vo formáte pdf.
• SOBOTA, Branislav - PETRÍKOVÁ, Darina: Technológie zdieľanej virtuálnej reality vo vzdelávacom procese ’24 - zborník/ - 1. vyd. - Košice : Technická univerzita v Košiciach - 2024. - 100 s. - ISBN 978-80-553-4737-0.
  Zborník vo formáte pdf.

Dejepis: reformy v Habsburskej monarchii

Virtuálne výučbové prostredie venované problematike osvietenských reforiem v Habsburskej monarchii. Virtuálne prostredie postavené na platforme LIRKIS G-CVE a A-Frame sa tu kombinuje s výučbovým scenárom, navrhnutým v podobe Petriho siete. Prostredie je dostupné online (kliknite tu).

Virtuálna škola: prírodopis a dopravná náuka

Rozšíriteľné riešenie virtuálnej školy v 3D prostredí, realizovanom na platforme LIRKIS G-CVE a A-Frame. V ukážkove verzii dostupnej online (kliknite tu) sú dostupné výučbové moduly pre prírodopis a dopravnú náuku.

Aplikácia existuje aj v inovovanej verzii (kliknite tu) s modifikovanými virtuálnymi prostrediami.