УДК 001.92

Особенности методологии проведения занятий по дисциплине систем захвата движения и отслеживания объектов в условиях современного обучения в высшем учебном заведении

Иерусалимов Илья Денисович – ассистент кафедры Инструментального и прикладного программного обеспечения МИРЭА – Российского технологического университета

Шошников Иван Кириллович – ассистент кафедры Инструментального и прикладного программного обеспечения МИРЭА – Российского технологического университета

Аннотация: В статье рассматриваются особенности методологии проведения занятий по дисциплине систем захвата движения и отслеживания объектов в условиях современного обучения в высшем учебном заведении. В связи с уникальностью и особенностью дисциплины и оборудования, необходимого для проведения, вопрос организации занятий был неотъемлемо сопряжен с рядом проблем, опыт решения которых помог качественно улучшить преподавание дисциплины. Помимо организации процесса преподавания дисциплины немаловажной являлась и постановка задачи для выполнения обучающимся. В данной статье будет рассмотрена методология преподавания такой дисциплины как системы захвата движения в высшем учебном заведении.

Ключевые слова: методика, образование, высшее учебное заведение, преподавательская деятельность, системы захвата движения, Vicon, современные образовательные технологии.

Курс дисциплины “Системы захвата движения и отслеживания объектов”, преподаваемый на кафедре Инструментального и прикладного программного обеспечения МИРЭА – Российского технологического университета, является уникальным курсом, посвящённым обучению взаимодействию с системами захвата движения, в высших учебных заведения Российской Федерации. Данный курс был успешно внедрён в учебную программу 2022-2023 учебном году. За данный учебный год курс успешно прошли 3 учебные группы, состоящие в среднем из тридцати человек.

Специфика изучения данной дисциплины заключается в необходимости наличия стенда системы захвата движения Vicon Shogun. Данный стенд представляет из себя набор специализированных камер, светоотражающих датчиков, а также программного обеспечения Vicon Shogun Live и Vicon Shogun Post. Также в ходе курса было использовано сопутствующее программное обеспечение, наличие которого является необязательным, но желательным, а именно: Vicon Eclipse, Blender, Unity Engine и Unreal Engine. Стенд, использующийся в рамках описываемого курса, состоит из 16 периферийных камер глубины, двух комплектов светоотражающих датчиков и персонального компьютера, содержащего все необходимое ПО.

Одновременно со стендом допускается работа трёх человек: актёра, оператора и координатора. Актёр – человек, находящийся на стенде в костюме и воспроизводящий движения под запись. Оператор находится во время записи за компьютером стенда, производя его настройку и управляя процессом записи. Координатор – это человек, наблюдающий со стороны за процессом записи и дающий указания по улучшению качества итоговой анимации.

Одной из особенностей стенда Vicon Shogun является алгоритм отслеживания датчиков в пространстве, которое осуществляется на основе отражённого инфракрасного света от светоотражающих датчиков, расположенных на актёре. Из-за данной особенности работы системы крайне нежелательно присутствие посторонних людей или предметов в рабочем пространстве стенда, поскольку это может вызывать блики, которые впоследствии могут отразиться на качестве записанной анимации.

На основе приведённых выше особенностей работы системы захвата движения был выявлен ряд проблем:

• Ограниченность доступа к оборудованию. Данная проблема возникает вследствие стечения таких факторов как: ограниченность помещения со стендом системы захвата движения, в котором проводятся занятия, недопустимость присутствия посторонних в зоне записи, ограничение количества человек, которые могут одновременно работать со стендом.
• Ограниченность времени. Соответствующая проблема возникла из-за того, что каждому студенту было выдано индивидуальное задание со значительным объёмом для получения и закрепления навыков работы с системой захвата движения. Задание включало в себя необходимость создания трёхмерной модели персонажа, риггинг и скинниг получившейся модели, запись самих анимаций при помощи оборудования захвата движения и последующую работу по обработке и переносу получившихся данных на анимационный скелет модели. Также данная проблема усугублялась фактором ограниченность учебного семестра и количества учебных часов, выделенных на дисциплину.

Как было заявлено ранее, одной из ключевых являлась проблема ограниченного доступа к техническому оборудованию и аудитории в целом в связи со специфичным предметом преподавания. Очевидным является тот факт, что невозможно говорить об успешном проведении дисциплины, если каждый студент не отработает установленное количество часов на оборудовании.

Для решения данного вопроса была принята следующая мера - каждая группа разделялась на две подгруппы. Помимо разделения на подгруппы, которые составляли примерно половину от общего числа студентов в группе. На рисунке 1 можно наглядно видеть схему разделения групп на подгруппы. 

Рисунок 1. Схема разделения групп на подгруппы.

Такое решение позволяло разграничить подгруппы по аудиториям, что в свою очередь позволяло минимизировать количество студентов на стенде.

Помимо прочего появилась возможность в рамках практических занятий разделить преподнесение материала в зависимости от специфики работы. Подгруппа, выполняющая задание в аудитории, могла сконцентрироваться на подготовке моделей к записи анимационных материалов под руководством второго преподавателя. Результатом стало существенное повышение скорости работы студентов с оборудованием.

Впрочем, данная проблема, как было указано ранее, не являлась единственной. Как уже было сказано, по итогу курса каждый студент должен был выполнить внушительный объем работ. При этом специфика записи на стенде подразумевает запись одного актера для каждого персонажа за одну сессию, что накладывает на работу определенные временные рамки.

Возникающие трудности в большей мере помогало преодолеть два фактора. Первый из них – технический. Система Vicon оснащена алгоритмом распознавания специальных меток-кластеров, которые позволяют находится в области записи сразу двум актерам. Таким образом одновременно на стенде могли работать две бригады, что значительно оптимизировало процесс по времени. Второй фактор по большей части относится к организации учебного процесса в целом. Так как ранее был описан перечень задач студента в ходе курса вдаваться в подробности будет излишним. Возникшим решением было максимально сократить временные издержки каждого студента во время работы с оборудованием. Это достигалось в первую очередь подготовкой заранее проработанного “паспорта персонажа”, который обеспечивал гарантию того, что записывающийся студент точно будет знать какими именно анимациями будет обладать его персонаж, а также их специфику.

Структура и содержание “паспорта персонажа” в первую очередь была направлена на создание и понимание некоего общего образа персонажа. С одной стороны студент должен был описать общие характеристики, с другой стороны требовалось сформировать список присущих модели характерных движений.

Разумеется, сам “паспорт персонажа” становился фактором, замедляющим работу, поскольку без его наличия студент не допускался к работе с оборудованием, а его написание порой вызывало трудности у учащихся. Для упрощения и ускорения работы в структуру групп также были внесены дополнительные изменения. В связи с пожеланиями составлялись бригады, объединенные некой общей идеей касательно персонажей. В следствии чего у студентов появилась возможность коллективно продумать своих персонажей, а также согласовать работу с оборудованием в составе бригад. Итоговую организационную структуру группы можно рассмотреть на рисунке 2.

Рисунок 2. Итоговая организационная структура учебной группы.

Поскольку каждый студент был объединен в бригаду разрабатываемый им персонаж становился частью некой общей идеи уже нескольких студентов, что способствовало разнообразию анимационных материалов благодаря взаимодействиям студентов внутри бригады.

Таким образом, рассматривая ситуацию целиком, можно заявить, что организационная структура вкупе с нововведенной методикой предварительной подготовки “паспорта персонажа” и возможностью проведения одновременной записи нескольких человек, не только увеличила скорость работы студентов за оборудованием захвата движения, но также качественно и количественно улучшила результат записи, а также позволила включить в курс дополнительные материалы, связанные с организацией настройки стенда под запись двух актёров, изначально не входивших в материал курса. 

Стоит отметить, что приведённые выше решения, положительно сказавшиеся на организации учебного процесса, достаточно универсальны и могут быть применены для других аналогичных учебных программ. Это обусловлено в том числе тем, что многие системы захвата движения имеют похожую структуру стенда, а следовательно, возникновение аналогичных проблем достаточно вероятно.

Подводя итог, стоит отметить, что курс данной дисциплины продолжает дорабатываться и совершенствоваться, однако уже сейчас он является инновационным и уникальным. Несмотря на возникшие во время учебного процесса проблемы, курс был положительно воспринят обучающимися, а также успешно пройден ими.

Список литературы

1. Карлина М. А. Проблема развития творческого потенциала в современной педагогике у студентов высших учебных заведений / М. А. Карлина, Т. А. Ивашкина // Проблемы современного педагогического образования. – 2018. – № 60-2. – С. 183-187. – EDN YPEOPJ.
2. Значение педагогики в высших учебных заведениях / М. Авездурдыева, А. Сапарова, М. Меретдурдыев, И. Ильясов // Eo ipso. – 2022. – № 10. – С. 74-76. – EDN ZNNKBA.
3. Акимова О. М. Профессиональная компетентность современного преподавателя в рамках компетентностного подхода / О. М. Акимова, Н. В. Гризодуб // Современный учитель: профессиональная компетентность и социальная значимость: Материалы І Международной научно-практической конференции, Донецк, 24 июня 2022 года. Том 1. – Донецк: Донецкий национальный университет, 2022. – С. 88-92. – EDN GKFMJT.
4. Белов П. Ю. Современные педагогические технологии как основа проектирования учебных занятий в вузе / П. Ю. Белов, О. С. Чурусова // Наука и общество в эпоху технологий и коммуникаций: материалы международной научно-практической конференции, Москва, 03 декабря 2015 года. – Москва: Московский университет им. С.Ю. Витте, 2016. – С. 861-866. – EDN VXRXLT.
5. Огнегин К. Е. Анализ технологий и систем для захвата движения / К. Е. Огнегин, П. С. Польская, Н. Е. Лопатин // Modern Science. – 2020. – № 6-4. – С. 190-193. – EDN DPNXJB.