CC BY
43
st. kpt. mgr inz. Robert MAZUR1 Komenda Glowna Panstwowej Strazy Pozarnej st. kpt. mgr inz. Joanna SZEWCZYK2 Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej dr Marcin M. SMOLARKIEWICZ3 Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej
DYDAKTYCZNE GRY DECYZYJNE W SRODOWISKU „RZECZYWISTOSCI WZBOGACONEJ” NA PRZYKLADZIE SYSTEMU ‘ARES’. METODOLOGIA BAD AN
Teaching decision games in the augmented reality environment based on ‘ARES’. The methodology of research
Streszczenie
Artykul opisuje budow§ i zastosowanie srodowiska „rzeczywistosci wzbogaconej” na przykladzie systemu „ARES” (ang. Augmented Reality Emergency Simulator). Pierwsza cz^sc opracowania charakteryzuje w sposob ogolny stanowisko badawcze do analizy procesu podejmowania decyzji oraz przedstawia przykladowy przebieg gry reprezentuj^cej obszar powaznych gier decyzyjnych. Druga cz^sc opisuje metodologi? badan porownuj^cych efektywnosc systemu „ARES”, w odniesieniu do tradycyjnych metod ksztalcenia. W tym celu przedstawiono pozostale narz^dzia dydaktyczne - PANORAMA 360o oraz Prezentaj Multimedialn^. - wykorzystywane w procesie szkolenia strazakow na poziomie interwencyjnym.
Summary
The article shows the architecture of “ARES” (Augmented Reality Emergency Simulator) as an example of augmented reality environment application. The first part of compilation describes experimental capacity for decision making analysis as a whole and shows an example of a game representing serious game field. The second part describes effectiveness research methodology between “ARES” and other traditional teaching aids. PANORAMA 360o and Multimedia Presentation acting as a serious decision game in research. They have been
1 Merytoryczny wklad pracy - 40%
2 Merytoryczny wklad pracy - 40%
3 Merytoryczny wklad pracy - 20%
used in firefighters training process on a primary level for many years and their suitable forms for research are described in paper too.
Slowa kluczowe: gra decyzyjna, „rzeczywistosc wzbogacona”, nowoczesne narz^dzia wspomagaj^ce proces ksztalcenia, multimedialny system wspomagania decyzji, badania efektywnosci nauczania;
Keywords: decision game, „augmented reality”, modern educational aids, multimedia decision support system, teaching effectiveness research;
Wst^p
Dynamiczny rozwoj technologii informatycznych, w sposob szczegolny zauwazalny na przelomie XX i XXI wieku, w erze spoleczenstwa informacyjnego4, odciska swoje pi^tno niemalze na wszystkich dziedzinach naszego zycia. Gospodarka, ekonomia, przemysl to obszary, w ktorych zastosowanie nowoczesnych technologii informatycznych jest najbardziej zauwazalne. Nowoczesne rozwi^zania, z jednej strony poprawiaj^. funkcjonowanie wybranych sektorow gospodarki, z drugiej zas, generuj^. dodatkowe zagrozenia - zarowno techniczne jak i nietechniczne. Szeroka gama zagrozen, z jakimi musimy zyc, w sposob permanentny narusza poczucie naszego bezpieczenstwa. Niestety nie jestesmy w stanie wyeliminowac zagrozen otaczaj^cego nas swiata, mozemy jedynie ograniczyc je lub w sposob nowoczesny, adekwatny do trendow rozwojowych, walczyc z nimi.
Ekspansja zagrozen w sposob szczegolny dotyka dzialalnosci sluzb odpowiedzialnych za bezpieczenstwo powszechne. Dlatego tez, konieczne jest ci^gle podnoszenie kwalifikacji zawodowych funkcjonariuszy, z wykorzystaniem nowoczesnych metod szkoleniowych. Oczywiscie nie oznacza to rezygnacji z tradycyjnych, sprawdzonych metod, a jedynie ich uzupelnienie.
Do sektora tradycyjnych, powszechnie wykorzystywanych metod szkoleniowych, zaliczamy m.in. cwiczenia poligonowe, cwiczenia sztabowe, treningi aplikacyjne, itp. Obszar
4 Jahoka shakai (jap. spoleczenstwo informujqce sig przez komputer). Okreslenie zaproponowane najprawdopodobniej przez Japonczyka Tadeo Umesao w 1963 r., odpowiadaj^ce obecnemu terminowi spoleczenstwo informacyjne. Sporna data wyznaczaj^ca pocz^tek ery spoleczenstwa informacyjnego uznawana jest za rok 1895 pierwsza projekcja filmowa, 1947 wynalezienie tranzystora, czy rok 1979 raport Narodowej Akademii Nauk USA o nadejsciu nowej cywilizacji informacyjnej [1].
nowoczesnych, coraz cz?sciej wykorzystywanych metod szkoleniowych, reprezentuj^ trenazery, treningi symulacyjne5, powazne gry decyzyjne (ang. serious game), itp.
Metody szkoleniowe opieraj^ce swoje dzialanie na powaznych grach decyzyjnych l^cz^ w sobie rozne sposoby poznawania rzeczywistosci. Absorbuj^c w formie „zabawy” rozne zmysly, w tym wzrok, sluch, podswiadomie przekazuj^ bezcenn^ wiedz? na temat funkcjonowania przedmiotowej rzeczywistosci. Charakterystyczne wlasciwosci gier dydaktycznych oraz mozliwosc ich zastosowania do budowy powaznej gry decyzyjnej staly si? przedmiotem badan pracownikow Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej (SGSP) [5]. Dodatkowym elementem, stanowi^cym o oryginalnym charakterze projektu, jest budowa powaznej gry decyzyjnej z wykorzystaniem srodowiska „rzeczywistosci wzbogaconej” (ang. Augmented Reality (ARj).
Technologia ar - srodowisko pracy powaznej gry decyzyjnej
Poj?cie „rzeczywistosci wzbogaconej” powstalo pod koniec lat 60 ubieglego stulecia, zas I. Sutherland i B. Sproull uznawani s^ za jej tworcow [7]. W roku 1968 tworz^ oni pierwsze urz^dzenie nazywane HMD (ang. Head Mounted Display), umozliwiaj3.ce ogl^danie obrazu wygenerowanego przez komputer, dodatkowo wzbogaconego o proste figury geometryczne6. Pojawienie si? pierwszego urz^dzenia HMD jest nieoficjalnie uznawane za narodziny poj?cia „wirtualnej rzeczywistosci” [8] (ang. Virtual Reality (VR)). Prace Sutherlanda i Sproulla maj^ znacz^cy wplyw na rozwoj gier, symulacji komputerowych, trenazerow oraz obecnej postaci VR.
Koncepcja implementacji obrazu rzeczywistego do srodowiska aplikacyjnego, poszerzonego o markery reprezentuj^ce okreslone obiekty lub zachowania, jest motywem przewodnim prac nad wykorzystaniem technik cyfrowej VR do budowy powaznej gry decyzyjnej. Rezultatem prac jest gra decyzyjna „ARES”, odwzorowuj^ca dzialania ratowniczo-gasnicze funkcjonariuszy Panstwowej Strazy Pozarnej (PSP) na poziomie interwencyjnym.
5 Multimedialne Treningi Decyzyjne organizowane przez Centrum Edukacji Bezpieczenstwa Powszechnego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej dla pracownikow „Zespolow Zarz^dzania Kryzysowego” z zakresu ochrony ludnosci i obrony cywilnej oraz dla Zespolow Prasowych z zakresu wspolpracy ze srodkami masowego przekazu w sytuacjach kryzysowych.
6 Komputer dostarcza, w srodowisku rzeczywistosci wzbogaconej, dodatkowych informacji, ktore raczej poprawiaj^ lub poszerzaj^ swiat rzeczywisty, niz zast?puj^ go kompletnym, wirtualnym srodowiskiem [1] (tlum. R. Mazur, SGSP).
Stanowisko badawcze do analizy procesu podejmowania decyzji
Gra decyzyjna „ARES” jest elementem stanowiska badawczego przygotowanego w ramach projektu naukowo-badawczego. Stanowisko badawcze sluzy do analizy decyzji podj?tych przez przyszlych dowodcow podczas prowadzenia dzialan ratowniczo-gasniczych na poziomie interwencyjnym. Sklada si? z trzech zasadniczych cz?sci. Pierwsza to przenosne urz^dzenie badawcze zbudowane na bazie komputera typu laptop, sluz^ce do symulacji zdarzen na poziomie interwencyjnym, w oparciu o gr? decyzyjne „ARES”. Drug3 cz?sc stanowi^ urz^dzenia peryferyjne pozwalaj^ce na interakcj? z aplikaj w tym: system znacznikow, urz^dzenia do komunikacji (manipulator, mysz, klawiatura, itp.), urz^dzenia do wizualizacji (HMD, system rzutnikow, monitory, itp.). Ostatnie ogniwo systemu stanowi zintegrowany system urz^dzen infrastruktury technicznej, znajduj^cy si? w kompleksie pomieszczen laboratoryjnych Centrum Edukacji Bezpieczenstwa Powszechnego (CEBP) SGSP, umozliwiaj^cy komunikacj? w systemie audio-video, pomi?dzy poziomem interwencyjnym (poziom aplikacji „ARES”), a poziomem koordynuj^cym dzialania ratowniczo-gasnicze (np. Punkt Alarmowy Jednostki Ratowniczo-Gasniczej, Miejskie Stanowisko Kierowania, itp.).
Ogolny opis aplikacji
Program „ARES”, stanowi^cy j^dro stanowiska badawczego do analizy procesu podejmowania decyzji na poziomie interwencyjnym, zostal przygotowany w ramach wspolpracy pomi?dzy SGSP, a Wyzsz^ Polsko - Japonska Szkoly Technik Komputerowych (WPJSTK)7 [5].
7 Autorzy gry: zalozenia koncepcyjne M. Smolarkiewicz, R. Mazur, J. Szewczyk; opracowanie merytoryczne M. Smolarkiewicz, R. Mazur, J. Szewczyk, M. Maczkowski, T. Malanowicz; opracowanie graficzne: J. Szewczyk, R. Mazur, I. Szczesniak, L. Wilczynski, F. Starzynski; scenariusz gry: M. Maczkowski, T. Malanowicz; programowanie: L. Wilczynski, F. Starzynski; konsultacja techniczna, testy: M. Smolarkiewicz, R. Mazur.
Ryc. 1. Schemat blokowy aplikacji ARES [7] Ryc. 2. Znacznik zastosowany w aplikacji ARES [7] Fig. 1. ARES's block diagram [7] Fig. 2. Graphic tag of ARES [7]
W celu uruchomienia aplikacji niezb^dne jest zainstalowanie systemu operacyjnego MS Windows oraz wyposazenie stanowiska w dodatkowe urz^dzenia peryferyjne (wejscia/wyjscia). Interesuj^cym rozwi^zaniem, stanowi^cym o oryginalnym charakterze aplikacji, jest zastosowanie silnika skryptowego, dzi^ki ktoremu mozliwe jest tworzenie roznorodnych symulacji, bez koniecznosci ingerencji w kod zrodlowy szkieletu aplikacji MFC.
Idea funkcjonowania programu polega na pobieraniu poprzez urz^dzenie wejsciowe, w tym przypadku kamer^ cyfrow^, rzeczywistego obrazu. Odpowiedzialny za pobieranie, analiz^, przetwarzanie i wyswietlanie obrazu jest menadzer AR. Korzysta on z biblioteki ARToolkit, ktora pozwala sledzic pozyj kamery w przestrzeni trojwymiarowej wzgl^dem znacznika (Rys. 2). Obraz pobrany przez kamery analizowany jest przez odpowiedni^ funkj znajduj^c^ si$ w menadzerze AR. Jezeli wraz z obrazem rzeczywistym pobrany zostanie obraz markera znajduj^cego si$ w bibliotece, wowczas menadzer AR przekaze, za posrednictwem urz^dzenia wyjsciowego, np. helmu wirtualnego HMD, rzutnika, monitora, itp., rzeczywisty obraz wraz ze sztucznie wygenerowanym obrazem 2D lub 3D.
Marker przedstawiony na Rys. 2 odpowiada, oczywiscie w srodowisku ”rzeczywistosci wirtualnej”, makiecie budynku mieszkalnego (Rys. 3).
Ryc. 3. Makieta budynku mieszkalnego wygenerowana przez menadzer AR [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 3. Dwelling house model generated by AR Manager. [photo: R. Mazur, SGSP]
Ryc. 4. Okno dialogowe do uzupelnienia danych uczestnika gry [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 4. Query window for filling player data [photo: R. Mazur, SGSP]
Przebieg gry decyzyjnej
Aplikacja ARES zaliczana jest do kategorii powaznych gier decyzyjnych. Przeznaczona jest do prowadzenia szkolen dla funkcjonariuszy PSP w zakresie organizacji dzialan ratowniczo-gasniczych na poziomie interwencyjnym. Gra ma konstrukj modulow^. Oznacza to, ze przed uruchomieniem aplikacji wczytywane s^ do programu, w postaci zewn^trznych plikow (*.txt, *.jpg, *.mov, *.avi, itp.), elementy opisu sytuacji decyzyjnej. Dodatkowo szkielet aplikacji umozliwia edyj prawidlowych odpowiedzi na poszczegolnych poziomach decyzyjnych. Dzi^ki tak przyj^tym rozwi^zaniom, autor scenariusza gry decyzyjnej ma mozliwosc definiowania problemow decyzyjnych, jak rowniez edycji prawidlowych rozwi^zan.
Na scenariusz gry sklada si^ osiem sytuacji decyzyjnych pol^czonych ze sob^, w jedn^, logiczn^ calosc, zwi^zan^ z hipotetycznym, aczkolwiek wielce prawdopodobnym zdarzeniem. Przed przyst^pieniem do gry uczestnik wypelnia metryk^, zgodnie z przedstawionym na Rys. 4 oknem dialogowym, wpisuj^c rodzaj studiow (I, II, III, IV, V), przynaleznosc do OSP (tak, nie), rodzaj wyksztalcenia (technikum, liceum), pochodzenie (gmina miejska/wiejska) oraz sredni^, z ostatniego roku akademickiego (do wyboru: 3.00 - 3.49, 3.5 - 3.99, 4.00 -4.49, powyzej 4.49). Przedmiotowa gra pelni nie tylko rol^ dydaktyczno-szkoleniow^, ale jest rowniez jednym z narz^dzi badawczych weryfikuj^cych skutecznosc nauczania z wykorzystaniem przedmiotowego narz^dzia, dlatego uzupelnienie danych jest warunkiem koniecznym do rozpocz^cia gry.
Sytuacje zawarte w scenariuszu zdarzenia dotycz^ problemow, z jakimi spotyka si? dowodca podczas organizacji dzialan ratowniczo-gasniczych. Autorami scenariusza s^ funkcjonariusze PSP posiadaj^cy wieloletnie doswiadczenie zawodowe. Bohater gry wciela
o
si? w rol? dowodcy sekcji . Po otrzymaniu zgloszenia z Punktu Alarmowego PSP udaje si? na miejsce zdarzenia wraz z dwoma zast?pami gasniczymi9 . Scenariusz zdarzenia podzielony jest na osiem niezaleznych problemow decyzyjnych, jakie mogq, si? pojawic podczas organizacji dzialan ratowniczo-gasniczych. Przez podj?ciem decyzji dowodca zapoznaje si? krotkim opisem, zlokalizowanym w gornej cz?sci ekranu. W kazdej chwili moze zrezygnowac z niego, na rzecz dokladnego obejrzenia sceny, poprzez wcisni?cie przycisku <Spacja>. Podj?cie decyzji polega na wyborze sposrod zawartych w bazie danych prawidlowych i nieprawidlowych alternatyw decyzyjnych.
Pierwszy problem decyzyjny dotyczy sposobu ustawienia zast?pow gasniczych, w odniesieniu do sytuacji jak^ zastal dowodca po przybyciu na miejsce zdarzenia (Rys. 5).
Ryc. 5. Problem ustawienia zast?pow gasniczych [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 5. Fire vehicles disposing problem. [photo: R. Mazur, SGSP]
Ryc. 6. Okno wyboru prawidlowego ustawienia zast?pow gasniczych. [zdj.: R. Mazur, SGSP] Fig. 6. Checkbox for fire vehicles disposing. problem. [photo: R. Mazur, SGSP]
Po zapoznaniu si? z sytuacje i wybraniu przycisku <Dalej>, system generuje z bazy danych kilka mozliwych wariantow ustawien zast?pow gasniczych (Rys. 6). Modulowa postac aplikacji umozliwia defniowanie ilosci prob, z jakich moze skorzystac graj^cy, w celu wybrania odpowiedzi prawidlowej. Z chwil^ wybrania odpowiedzi bl?dnej, kazdorazowo
8 W pozarnictwie sekcja stanowi pododdzial taktyczny w sile dwoch zast?pow (wozow bojowych), licz^cy od dziewi?ciu do dwunastu ratownikow, w tym dowodca [9].
9 W pozarnictwie zast?p stanowi pododdzial licz^cy od czterech do szesciu ratownikow, w tym dowodca, wyposazony w pojazd przystosowany do realizacji zadania ratowniczego [9].
wyswietlony zostaje komunikat o popelnionym bl?dzie (Rys. 7). Stosownie do liczby podejsc, po wybraniu przycisku <Zatwierdz>, mozliwe jest ponowne podj?cie decyzji.
Innym typem problemow decyzyjnych jest przydzielenie strazakom, b?d^cym w dyspozycji dowodcy, okreslonych do wykonania zadan (Rys. 8). Przydzielenie zadan funkcyjnym zast?pu 1 (A1 - A6) i zast?pu 2 (B1 - B6) polega na wybraniu numeru zast?pu, przycisk <Zast?p 1> lub <Zast?p 2>, zaznaczeniu okreslonego zadania znajduj^cego si? w bazie mozliwych do wykonania zadan, a nast?pnie wybraniu przycisku <Dodaj> w przypadku akceptacji lub <Wyczysc> w przypadku usuni?cia zadania (Rys. 8).
Ryc. 7. Zrzut ekranu gry po podj?ciu bl?dnej decyzji [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 7. Screenshot after wrong answer
[photo: R. Mazur, SGSP]
Ryc. 8. Zadanie decyzyjne nr 2. Przypisanie zadan funkcyjnym [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 8. Decision no. 2. Ascription of fire missions
for firefighters. [photo: R. Mazur, SGSP]
Podobnie jak poprzednio, w przypadku popelnienia bl?du, system generuje komunikat o pomylce oraz umozliwia, po wybraniu przycisku <Zatwierdz>, ponowne podj?cie decyzji. Z chwil^ kiedy wyczerpiemy mozliw^ do popelnienia liczb? bl?dow, system pokazuje prawidlow^ odpowiedz (Rys. 9).
Ryc. 9. Zrzut ekranu gry po wyczerpaniu dopuszczalnej liczby bl?dow [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 9. Screenshot after player used all possible chances [photo: R. Mazur, SGSP]
Ryc. 10. Problem doboru bazy sprz?tu ratowniczego dla ratownikow [zdj.: R. Mazur, SGSP]
Fig. 10. Fire equipment selection problem [photo: R. Mazur, SGSP]
W podobny, do przedstawionego powyzej sposobu, rozwiazuje si? problemy decyzyjne zawarte w zadaniach 4 - 8. Cecha odrozniajaca poszczegolne zadania decyzyjne jest poziom zaawansowania dzialan ratowniczych oraz ich szczegolowosc. Nieco inaczej rozwiazuje si? problem decyzyjny przedstawiony w zadaniu 3 (Rys. 10). Problem dotyczy ustalenia bazy sprz?tu, w jaki maja byc wyposazeni ratownicy. Do dyspozycji dowodcy, podobnie jak w poprzednich zadaniach, sa dwa zast?py gasnicze. Kazdy z nich posiada kilka skrytek, wewnatrz ktorych umieszczony jest sprz?t. Zadanie polega na wyborze okreslonego zast?pu, skrytki oraz wskazaniu sprz?tu adekwatnego do danego poziomu organizacji dzialan. Sprz?t moze byc umieszczony z prawej lub lewej strony pojazdu, w module zalogi, kabinie dowodcy, w tylnej cz?sci samochodu lub na dachu. Wraz z wyborem okreslonego rodzaju sprz?tu, dowodca tworzy baz? sprz?tu osobna dla zalogi zast?pu 1 i zast?pu 2, z ktorej najprawdopodobniej skorzystaliby ratownicy w danej sytuacji.
Poszczegolne zadania decyzyjne sa niezalezne wzgl?dem siebie. Oznacza to, ze decyzje podj?te w poprzednim zadaniu nie wplywaja na przebieg dzialan zadania kolejnego. Elementem laczacym poszczegolne problemy decyzyjne jest czas prowadzonych dzialan. Uruchamiany jest on z chwila pojawienia si? pierwszego zadania, a konczy si? po podj?ciu ostatecznych decyzji w zadaniu ostatnim. Innym elementem laczacym poszczegolne problemy decyzyjne jest zastosowanie technologii AR. Dzi?ki niej, mozliwe jest uzupelnienie rzeczywistosci o makiet? domku w postaci 3D. Wykorzystanie kamery cyfrowej umozliwia dowodcy przemieszczanie si? po scenie na kazdym etapie realizacji zadan. Kamera z reguly umieszczona jest na helmie lub przytrzymywana w r?ku. Kazde zblizenie lub oddalenie kamery od markera stwarza zludzenie obecnosci na miejscu prowadzonych dzialan (Rys. 11, Rys. 12).
i w
H 1 .
1К] ОIJ ИИИИ.я I t L
к A m 4 \
IAS 19 Ш .JU
ua SIT
f Ж m f tjl
Ryc. 11. Prowadzenie dzialan zintegrowanych. Widok od strony tarasu [zdj.: J. Szewczyk, SGSP]
Fig. 11. Common fire operations. Terrace view [photo: J. Szewczyk, SGSP]
Ryc. 12. Prowadzenie dzialan zintegrowanych. Widok od wn?trza budynku [zdj.: J. Szewczyk, SGSP]
Fig. 12. Common fire operations. Inside view [photo: J. Szewczyk, SGSP]
„ARES” - Najlepsze narz^dzie dydaktyczne w szkoleniu strazakow na poziomie interwencyjnym?
Autorzy projektu naukowo-badawczego, w ramach ktorego powstala aplikacja „ARES”, zalozyli wykorzystanie jej jako narz?dzia dydaktycznego w edukacji strazakow w zakresie optymalizacji podejmowania decyzji. Wykorzystujac „rzeczywistosc wzbogacona” do symulacji rozwoju zdarzenia na poziomie interwencyjnym probowali uzyskac wierny obraz i atmosfer? miejsca zdarzenia - pozaru domu, w ktorym strazacy prowadza akcj? ratowniczo-gasnicza. Ale czy stworzona gra symulacyjna jest jedynym i najlepszym z punktu widzenia edukacji narz?dziem dydaktycznym? Czy oddzialywanie „rzeczywistosci wzbogaconej” i obsluga aplikacji nie wplynie na wzrost poziomu zdenerwowania i stresu u szkolacych si? strazakow, a tym samym skutecznosc nauczania?
Poszukujac odpowiedzi na nasuwajace si? pytania, autorzy przeprowadzili w roku
2009 badania, do ktorych poza omowiona aplikacja dolaczyli inne rodzaje pomocy dydaktycznych: Interaktywna PANORAMA 360o i Prezentacj? Multimedialna. Zadanie tych narz?dzi badawczych polegalo, podobnie jak w przypadku „ARES-a”, na umozliwieniu analizy i oceny „wirtualnego otoczenia” oraz rozegraniu gry decyzyjnej. Jednakze sposob przeprowadzenia gry i zebrania informacji o zdarzeniu byl znacznie prostszy w obsludze technicznej, a koszty stworzenia tych narz?dzi znacznie nizsze.
Interaktywna PANORAMA 360o miala za zadanie dostarczyc nie tylko informacji
o zdarzeniu, ale rowniez umozliwic lepsze orientowanie si? w miejscu prowadzonych dzialan. Jest ona narz?dziem dydaktycznym opracowanym i po raz pierwszy zaprezentowanym w roku 2004 w Centrum Edukacji Bezpieczenstwa Powszechnego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej Warszawie oraz wdrozonym jako nowoczesna forma wizualizacji na potrzeby Multimedialnych Treningow Decyzyjnych.10 Wykorzystana w niej technologia cyfrowej fotografii panoramicznej pozwala na zobrazowanie w poziomie miejsca lub statycznego obiektu w pelnym kacie 3600. Polaczenie sekwencji wielu „panoram” oraz dolaczenie map, plansz i filmow informacyjnych oraz filmow pogladowych pozwala na analiz? i ocen? „wirtualnego” otoczenia. Interaktywne lacza pomi?dzy poszczegolnymi elementami, uzupelnione tekstowymi opisami miejsc badz innych ogladanych w danej chwili elementow, umozliwiaja „przemieszczanie si?” w sztucznie stworzonej rzeczywistosci, b?dacej obrazem
10 Narz?dzie opracowane w ramach pracy sluzacej doskonaleniu metod dydaktycznych pt. Wdrozenie nowoczesnych form wizualizacji na potrzeby Multimedialnych Treningow Decyzyjnych - Interaktywna PANORAMA 360o, nr BW/E-422-12-2004 r. Praca zbiorowa - kierownik pracy: D. Wroblewski, wykonawcy: J. Szewczyk, R. Mazur.
rzeczywistego miejsca. Dodatkowym elementem informacyjnym, pogl^dowym
i dydaktycznym jest mozliwosc wprowadzenia na obrazy panoramiczne znakow graficznych [6].
W opracowanej na rzecz projektu i badan Interaktywnej Panoramie 360o (Rys. 13-14) znalazly si? sekwencyjnie ze sob^ pol^czone zdj?cia przedstawiaj^ce „z lotu ptaka” w panoramie wewn?trznej osiedle, na ktorym znajduje si? obj?ty pozarem dom i s^siaduj^ce z nim drogi, budynki i inne obiekty oraz w panoramie zewn?trznej pal^cy si? budynek z ustawionymi na miejscu zdarzenia zast?pami strazakow, wyposazeniem samochodow gasniczych w sprz?t ratowniczo-gasniczy i dzialaniami ratownikow wewn^trz pal^cego si? domu.11
Ryc. 13. Fragment okna glownego zewn?trznej PANORAMY 360o przedstawiaj^cy dom, w ktorym rozprzestrzenia si? pozar i Zaklad Dystrybucji Gazu. Obszary 1-2-3 to pola aktywne, ktore pozwalajq na przemieszczanie siq pomiqdzy elementami tworzqcymi caiq strukturq PANORAMY.
[autor: J. Szewczyk, SGSP]
Fig. 13. The main view of PANORAMA 360o showing dwelling house where fire is spreading out and gas warehouse as well. Fields 1-2-3 are the hot spots and allow players to move between different PANORAMA' elements. All elements create the structure of PANORAMA. [author: J. Szewczyk, SGSP]
Ryc. 14. Fragment sekwencji wewn?trznej PANORAMY 360o przedstawiaj^cy dom, w ktorym rozprzestrzenia si? pozar i drogi dojazdowe. Obszary 1-2-3 to pola aktywne, ktore pozwalajq podejrzec dziaiania ratownikow wewnqtrz budynku i wyposazenie samochodow gasniczych, [zdj.: J. Szewczyk, SGSP]
Fig. 14. Part of PANORAMA 360o's internal sequence showing dwelling house where fire is spreading out and access road as well. Fields 1-2-3 are the hot spots and allow to take a look on fire operation inside building and fire vehicle equipment as well. [photo: J. Szewczyk, SGSP]
Glownym narz?dziem dydaktycznym - wykorzystanym podczas badan l^cznie z Interaktywn^. Panorama 360o - byla Prezentacja Multimedialna (Rys. 15-16) opracowana
11 Interaktywna Panorama 360o „Pozar domu” powstala w oparciu o scenariusz i opracowanie graficzne J. Szewczyk przy wspolpracy z OPALFILM. Przy jej budowie zostal wykorzystany z aplikacji ARES model przestrzenny domu oraz zdj?cia strazakow podczas dzialan ratowniczo-gasniczych.
w programie Microsoft PowerPoint, na ktor^ skladaj^ si? 62 slajdy z podobn^ liczb^ zadan
12
postawion^ przed cwicz^cymi, jak w grze symulacyjnej „ARES”. Odpowiedni projekt prezentacji pozwala na rozgrywanie roznych wariantow dzialan w odniesieniu do postawionych zadan i wybor jednej z trzech opcji przy podejmowaniu decyzji. Wzajemnie uzupelniaj^ce si? elementy tekstowe, graficzne i obrazowe tworz^ spojn^ calosc.
Ryc. 15. Strona startowa Prezentacji Multimedialnej „Pozar w budynku jednorodzinnym”, pelni^cej funkcje gry decyzyjnej [autor.: M. Maczkowski, SGSP]
Fig. 15. The main view of “Dwelling house fire” Multimedia Presentation acting as a decision game. [author.: M. Maczkowski, SGSP]
Ryc. 16. Jedna z podstron gry decyzyjnej „Pozar w budynku jednorodzinnym” prezentjca zadanie do rozwi^zania [zdj.: J. Szewczyk, SGSP]
Fig. 16. Slide of “Dwelling house fire” decision game showing a task to do.
[author.: M. Maczkowski, SGSP]
Sprz?t i oprogramowanie niezb?dne do pracy zarowno z Panorama jak i Prezentacji nie wymaga szczegolnie wysokich parametrow technicznych i zaawansowania (Windows, Microsoft PowerPoint, QuickTime Player) oraz umiej?tnosci obslugi.
Metodologia badan
Przedmiotem przeprowadzonych w Centrum Edukacji Bezpieczenstwa Powszechnego badan byla gra decyzyjna „ARES” w aspekcie narz?dzia wspomagaj^cego proces ksztalcenia. Cel badan zakladal ocen? odbioru gry i jej wplywu na skutecznosc ksztalcenia z wykorzystaniem technologii „rzeczywistosci wzbogaconej”, dokonan^ w oparciu
o wymienione ponizej czynniki:
• analiza podejmowanych decyzji (czas i ilosc powtorzen zapisane w rejestrach aplikacji „ARES”),
12 Prezentacja Multimedialna „Pozar w budynku jednorodzinnym” powstala w oparciu o scenariusz i opracowanie graficzne M. Maczkowskiego - autora scenariusza gry zawartej w aplikacji ARES.
• reakcja badanych na wirtualne srodowisko podczas symulacji zdarzenia o charakterze interwencyj nym,
• sprawdzenie przyswojonej wiedzy i porownanie efektywnosci nauczania w zaleznosci od zastosowanych narz?dzi badawczych.
W uszczegolowieniu celu badania sformulowano problemy badawcze. Problem ogolny mial dac odpowiedz na pytanie: W jakim stopniu wykorzystanie technik cyfrowej rzeczywistosci wirtualnej wplywa na proces nauczania-uczenia si?? Szczegolowe pytania badawcze dotyczyly roznic w ilosci zapami?tywanych informacji, roli - jak^ odgrywa „rzeczywistosc wzbogacona” w przyswajaniu wiedzy i negatywnych bodzcow, mog^cych utrudniac odbior tresci w przypadku stosowania roznych rodzajow gier symulacyjnych. Do rozwi^zania problemow badawczych zostaly przyj?te nast?puj^ce hipotezy robocze:
1. Mozna przypuszczac, ze wykorzystanie w grach dydaktycznych „rzeczywistosci wzbogaconej” powoduje szybsze przyswajanie wiedzy, niz stosowanie narz?dzi dydaktycznych opartych na prostszych technikach.
2. Nalezy s^dzic, ze wykorzystanie w grach symulacyjnych Augment Reality powoduje lepsze zapami?tywanie wiedzy, niz stosowanie narz?dzi dydaktycznych opartych na prostszych technikach.
3. Wydaje si? mozliwe, ze wykorzystanie w grach symulacyjnych „rzeczywistosci wzbogaconej” skraca czas niezb?dny do podj?cia decyzji o dzialaniu, w porownaniu ze stosowaniem innych narz?dzi dydaktycznych.
4. Mozna przypuszczac, ze technologia wykorzystana przy stworzeniu wirtualnej „rzeczywistosci wzbogaconej” wywola wi?ksze zainteresowanie i zaangazowanie, co moze skutkowac wzrostem poziomu przyswojonej wiedzy.
• Przypuszczamy, ze wraz ze wzrostem doswiadczenia (lata studiow, liczba wyjazdow) skraca si? czas niezb?dny do podj?cia decyzji o dzialaniu oraz wyst?puje mniej bl?dnych odpowiedzi.
• S^dzimy, ze osoby poddane badaniom, ktore ukonczyly technikum, byly czlonkami OSP oraz pochodzily z gminy wiejskiej popelni^ mniej bl?dow przy rozwi^zywaniu sytuacji problemowych.
• Najprawdopodobniej osoby z wyzsz^ sredni^ ocen popelni^ mniej bl?dow przy rozwi^zywaniu sytuacji problemowych.
W prowadzonych badaniach zakladano zmierzenie takich cech, ktore b?d^ wskaznikami rzeczowymi ludzkich zachowan, zarowno definicyjnymi jak i inferencyjnymi. Brano pod uwag? zmienne o roznym stopniu intensywnosci, a wi?c zmienne ilosciowe.
Za zmienni niezalezni przyj?to przekaz multimedialny, bo to on jako gotowy produkt multimedialny oddzialywal na odbiorcow, ktorzy sami nie mogli miec juz wplywu na jego ksztalt i tresci. Zmienni zalezni byl natomiast odbior tego przekazu, wskazujicy na skutecznosc multimedialnych narz?dzi w ksztalceniu. Na roznice w wynikach badan mogly tez wplywac zmienne posrednicz^ce takie jak: rok studiow, wyksztalcenie (technikum, liceum), przynaleznosc do Ochotniczych Strazy Pozarnych, miejsce pochodzenia (gmina wiejska, miejska), srednia ocen z ostatniego roku i liczba wyjazdow do akcji. W zalozeniu badawczym poszukiwano odpowiedzi na pytania dotycz^ce skutecznosci i lepszego zapami?tywania w odniesieniu do danego rodzaju aplikacji, a nie szczegolow jej budowy. Dlatego tez w badaniach skoncentrowano si? na rozpatrywaniu aplikacji multimedialnych pod wzgl?dem ilosci zapami?tanych tresci i sily zdenerwowania/stresu, jakie pojawialo si? pod wplywem pracy z dani aplikacji.
Do rozwiizania postawionych w pracy problemow autorzy zastosowali nast?pujice metody badawcze:
• Eksperyment kontrolowany, podczas ktorego zmienialy si? warunki, w ktorych badani przydzieleni losowo (z zachowaniem rownowagi ilosciowej i jakosciowej) do trzech grup o roznych formach przekazu tresci merytorycznych utrwalali swoji wiedz?, sprawdzani bezposrednio po zakonczeniu badania z wykorzystaniem kwestionariusza ankiety oraz po uplywie jednego tygodnia.
• Sondaz diagnostyczny.
• Metoda obserwacyjna z wykorzystaniem srodkow technicznych (kamera wideo) dokumentujicych przebieg badania i zachowania respondentow w czasie jego trwania.
Zastosowane w badaniach techniki symulacji komputerowej, ankiety audytoryjnej
i badan dokumentow wyznaczyly rodzaj wykorzystanych narz?dzi badawczych, tj. przedstawionych powyzej aplikacji „ARES”, Prezentacji Multimedialnej i Panoramy Interaktywnej 360o oraz kwestionariusza ankiety i tasm wideo z zapisanym w formacie miniDV zachowaniem respondentow podczas badan. Kwestionariusz ankiety skladal si? z dwoch cz?sci i zawieral 19 pytan. Pierwszi cz?sc kwestionariusza (18 pytan) obejmowaly pytania testowe sprawdzajice przyswojoni przez respondentow wiedz?. W cz?sci drugiej badani oceniali swoj poziom zdenerwowania/stresu podczas trwania badania w trzech jego roznych fazach okreslajic go w 4-o stopniowej skali.
Badania pilotazowe zostaly przeprowadzone w Szkole Glownej Sluzby Pozarniczej w okresie od grudnia 2008 do stycznia 2009 roku. Obj?ly studentow - funkcjonariuszy
Panstwowej Strazy Pozarnej studiow stacjonarnych i niestacjonarnych Wydzialu Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego SGSP. W badaniach uczestniczylo ogolem 65 respondentow, a zostaly one przeprowadzone w trzech rownowaznych grupach z wykorzystaniem roznych technik i narz?dzi badawczych:
• GRUPA A - Badanie z wykorzystaniem aplikacji „ARES”: 2 komputerowe stanowiska badawcze wyposazone w sprz?t do wizualizacji „wirtualnego miejsca zdarzenia” (komputer, kamera cyfrowa, znaczniki)
• GRUPA B - Badanie z wykorzystaniem Prezentacji Multimedialnej i Panoramy Interaktywnej 360o: 5 komputerowych stanowisk
• GRUPA C - Badanie z wykorzystaniem wykladu konwersatoryjnego.
Wszyscy respondenci, przed przystipieniem do badania, zapoznani zostali z celem prowadzonych badan, a badani w grupach A i B dodatkowo z instrukcji dotyczici ich przebiegu. Procedura „instrukcja - badanie” powtarzana byla dla kazdej grupy badanych osob.
Wyniki badan zostani omowione w osobnym artykule zlozonym w Kwartalniku CNBOP „Bezpieczenstwo i Technika Pozarnicza”.
Refleksje koncowe
Niewitpliwi zaleti aplikacji ARES jest dowolnosc konfiguracji i wizualizacji scenariuszy zdarzen, uwzgl?dniajicych zagrozenia dla zycia i zdrowia ratownikow. System umozliwia ponadto podejmowanie decyzji w bezpiecznych warunkach pracy, w sposob powtarzalny, bez ponoszenia konsekwencji zwiizanych z podj?ciem decyzji. Kolejnym atutem, uzyskanym dzi?ki zastosowaniu budowy modulowej systemu, jest opcja badania procesu decyzyjnego w odniesieniu do wyrezyserowanych sytuacji. Dodatkowo zastosowanie zintegrowanego w funkcji czasu dzialania modulu symulacyjnego i decyzyjnego, umozliwia zapis parametrow symulacji dotyczicych: czasu przejscia scenariusza, czasu przejscia poszczegolnych sytuacji decyzyjnych, sumarycznej liczby bl?dow, liczby popelnionych bl?dow w poszczegolnych sytuacjach decyzyjnych oraz szybkosci reakcji przy pierwszym wyborze decyzji dla kazdej sytuacji decyzyjnej i jego odczyt po zakonczeniu gry.
Multimedialny charakter gry oraz zastosowanie elementow charakterystycznych dla gier dydaktycznych, dalo autorom ARES-a podstawy do przeprowadzenia badan weryfikujicych skutecznosc nauczania z wykorzystaniem stworzonego narz?dzia.
Literatura
1. Earshow R., Vince J., Computer Graphics: Development In Virtual Environments, San Diego 1995, s. 357;
2. Golka M., Bariery w komunikowaniu i spoieczenstwo (dez)informacyjne, Warszawa 200, s. 79-80;
3. Goriszowski W., Badaniapedagogiczne w zarysie, Warszawa 1996;
4. Nowak S., Metodologia badan spoiecznych, Warszawa 2006;
5. Smolarkiewicz M.M., Mazur R., Szewczyk J., Malanowicz T., Przetacznik R., Klimek S., Sorbian A., Baran T., Praca naukowo - badawcza statutowa nt. Analiza i weryfikacja scenariuszy zdarzen na poziomie interwencyjnym z wykorzystaniem technik cyfrowej rzeczywistosci wirtualnej (KBN - Nr S/E-422/18/2006/2008), Szkola Glowna Sluzby Pozarniczej, Warszawa 2006 - 2008;
6. Szewczyk J., Nowoczesne srodki dydaktyczne w upowszechnianiu wiedzy w zakresie edukacji dla bezpieczenstwa, „Edukacja dla Bezpieczenstwa”, Nr 1/2006, s. 24;
7. Wilczynski L., Praca magisterska napisana pod kierunkiem prof. dr hab. K. Maraska nt. Tworzenie symulacji czasu rzeczywistego z wykorzystaniem skryptow i rzeczywistosci wzbogaconej, Wyzsza Polsko - Japonska Szkola Technik Komputerowych, Warszawa 2006;
8. Wodaski R., Szalenstwa wirtualnej rzeczywistosci, Warszawa 1994, s. XVIII;
9. Rozporzidzenie MSWiA z dnia 22 grudnia 1999 r. w sprawie szczegolowych zasad organizacji krajowego systemu ratowniczo - gasniczego [Dz. U. Nr 111, poz. 1311];
st. kpt. mgr inz. Robert MAZUR - absolwent Dziennych Studiow Inzynierskich (2002) oraz Uzupelniajicych Studiow Magisterskich (2004) na Wydziale Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej. Absolwent studiow podyplomowych Wyzszej Polsko-Japonskiej Szkoly Technik Komputerowych na kierunku "Zaawansowane Multimedia w Internecie" (2006) oraz studiow III st. na Wydziale Cybernetyki Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie (2011). W latach 2002 - 2011 pracownik Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej. Obecnie pracownik Komendy Glownej Panstwowej Strazy Pozarnej - Krajowe Centrum Koordynacji Ratownictwa i Ochrony Ludnosci. Interesuj? si? Systemami Wspomagania Decyzji, Systemami Informacji Przestrzennej, Analityki Bazodanowi.
st. kpt. mgr inz. Joanna SZEWCZYK - absolwentka studiow I i II stopnia Wydzialu Inzynierii Bezpieczenstwa Pozarowego Szkoly Glownej Sluzby Pozarniczej i Studiow Podyplomowych SGSP w zakresie zarzidzania kryzysowego i ochrony ludnosci oraz specjalista w zakresie technik audiowizualnych. Zatrudniona w SGSP w roku 1982. Od roku 2003 jako pracownik naukowo-dydaktyczny wnosi w proces ksztalcenia pozarniczego nowe spojrzenie na edukacj? medialni i media dydaktyczne oraz metody nauczania wykorzystujice techniki ksztalcenia na odleglosc. Jest autorki nowych programow i realizatorki zaj?c dydaktycznych z zakresu komunikacji kryzysowej i wspolpracy z mass mediami.
Marcin Mieczyslaw Smolarkiewicz, ukonczyl studia na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego - specjalizacja fizyka; uzyskal tytulu doktora nauk fizycznych w specjalizacji fizyka jidrowa w 2003 r. Zatrudniony w Szkole Glownej Sluzby Pozarniczej od 2001r.; od
2010 r. na stanowisku adiunkta, Kierownika Zakladu Badan Sytuacji Kryzysowych. Autor ponad trzydziestu publikacji o zasi?gu krajowym i mi?dzynarodowym z obszaru bezpieczenstwa, zarzidzania kryzysowego, analizy ryzyka oraz metod numerycznych i statystycznych.
Recenzenci
dr inz. Eugeniusz W. Roguski dr inz. Pawel Janik
