Конвергенция аудиовизуальных и информационных технологий в образовании

Стремительное развитие информационных технологий меняет как способы обучения так и саму физическую среду, в которой существует обучаемый – расположение людей, конфигурацию пространства, освещение и другие инженерные структуры. Современные IT технологии, способные обрабатывать огромные потоки информации позволяют использовать для обучения статические и динамические визуальные материалы (фото, информационная графика, видео). Завтрашний день – это широкое применение дополненной и виртуальной реальности, изображений (сверх)высокого разрешения.

Развитие идёт как в области разработки программного обеспечения, так и в области собственно технологий создания изображения и излучения звука. С относительно недавнего исторического времени «железные» и «программные» технологии уже неразрывно связаны и идут «ноздря в ноздрю». Иногда та или иная вырывается вперёд и другая быстро подстраивается чтобы реализовать возможности партнёра. Уже существуют и производятся серийно устройства, работающие со сверхвысокими (относительно прежних стандартов) разрешениями. Программное обеспечение и возможности обработки такого изображения, сетевые решения также быстро совершенствуются и вскоре обеспечат полноценную работу с таким контентом.

Впервые над использованием аудиовизуальных материалов в массовом обучении задумались в конце тридцатых годов в США, когда образовалась «Национальная ассоциация деятелей визуального образования». Позже она послужила основой для Международной ассоциации коммуникационной индустрии ( Infocomm®) в которую теперь входят тысячи специалистов и компаний по всему миру, в том числе и наша компания. Одной из задач эта организация видит проведение исследований и выработке соотвтствующих правил и стандартов при использовании новых аудиовизуальных технологий. Поскольку имплантация в традиционную, допустим школьную, среду каких-то новых технических средств очевидно эту самую среду существенно изменяет, то задачей (наших) специалистов является донести до пользователей такие правила и рекомендации, которые сделали бы процесс внедрения максимально удобным и облегчить процесс освоения новых возможностей.

Совокупность подобных правил и рекомендаций можно отнести к области эргономики – науки «изучающей взаимодействие человека и других элементов системы, а также сферы деятельности по применению теории, принципов, данных и методов этой науки для обеспечения благополучия человека и оптимизации общей производительности системы» (IEA: What is ergonomics).
Наш доклад посвящён базовым правилам инсталляции систем отображения информации и подготовки визуальной информации для таких систем.
В настоящее время наиболее распространённой ситуацией в учебных заведениях для отображения визуальной информации является использование систем с экранами прямой проекции – проектор и экран. При этом проектор и зритель находятся по одну сторону от экрана и зритель видит изображение благодаря отражённому от экрана излучению проектора. Несмотря на то, что другие технологии, в том числе, обратная проекция – когда проектор находится по другую относительно зрителя сторону полупрозрачного экрана – или системы прямого излучения – LCD или OLED – обладают преимуществами в отношении качества изображения, прямая проекция сохраняет свою популярность, благодаря относительно низкой стоимости и гибкости при инсталляции.

Можно выделить два типа подобных системс прямой проекцией – простые и интерактивные. Интерактивная доска и (просто) экран (с проектором) хотя на первый взгляд практически идентичны внешне являются, строго говоря, разными устройствами, предназначенными для разного вида деятельности. Поэтому и совмещение функций просто экрана и интерактивной доски в одном устройстве является определённым компромиссом. При том, что собственно аппаратная часть систем практически одинаковая – в обоих случаях есть и проектор и экран –  различия систем с точки зрения эргономики могут радикально отличаться. Отсюда вытекают и соответствующие требования и к элементам системы с точки зрения оптики, разрешения и принципов инсталляции. Если с обычным экраном вы работаете – просматриваете изображение – на определённом расстоянии или диапазоне расстояний, то с интерактивной доской вы работаете, кроме того, ещё и практически вплотную. Соответственно если для «удалённого» зрителя особенности восприятия изображения примерно такие-же, как и для простого экрана, то для пользователя, работающего влотную это восприятие может сильно отличаться. Так в последнем случае дефекты изображения (низкое разрешение, расфокусировка, артефакты от перерасчёта изображения) могут оказывать заметное влияние на зрение и вызывать быстрое и значительное утомление зрения. Отсюда вытекает разный подход к выбору разрешения для  интерактивной или обычной системы. Для первой выбор проекционной системы с более высоким разрешением, а значит и более дорогой, может быть вполне оправдан, тогда как для неинтерактивной системы столь высокое разрешение не даст никаких преимуществ.

Сами проекторы в последнее время претерпели целый ряд существенных модернизаций. Современные проекторы с ультракороткофокусной (сверхширокоугольной) оптикой предоставляют существенные эксплуатационные удобства по сравнению с предыдущими поколениями оборудования для наиболее массового применения – малых и средних инсталляций и использования интерактивных систем. Программное обеспечение, встроенное в проекторы или внешнее, позволяет осуществлять очень гибкие многопроекторные инсталляции, в том числе и с многопользовательскими (мультитач) интерактивными возможностями, а также возможности для взаимодействия по сети при работе с изображениями и графическими объектами.
Одним из ключевых элементов аудиовизуальной системы, конечно, является сам экран. Размеры экрана, как простого, так и интерактивного, должны находится в соответствии с рабочим пространством, в котором экран устанавливается. «Классические» правила определения размеров экрана и допустимой максимальной и минимальной дистанции от него, выработанные в «доинтерактивную» эпоху в настоящее время применимы лишь частично и не во всех ситуациях. Для современных систем высокого разрешения, а также различных комбинированных интерактивных многопользовательские системы нового поколения упомянутые закономерности уже не могут быть применены в чистом виде. В частности, потому, что и конфигурации систем могут оказаться совершенно индивидуальными в каждом конкретном проекте. Однако знание этих закономерностей позволит оценивать эргономику систем оперативно, в реальном времени, в процессе работы определяя в как и в какой точке учебного пространства та или другая информация на экране будет лучше или хуже восприниматься. Довольно часто, особенно на начальном этапе внедрения аудиовизуальных систем в обучение пользователи – преподаватели, подготавливавшие материал для экрана – не обладали навыками оценки читаемости изображений в конкретной ситуации. Такое понимание приходит постепенно с опытом, однако многое уже изучено и сформулировано в ряде правил, о которых мы говорим.

Важно знать правила, касающиеся направления взгляда на экран как в горизонтальной так и в вертикальной плоскости. Такие правила обусловлены особенностями физиологии и анатомии человека, а также исследованиями, оценивавшими точность считывания информации под критическими углами. Определяющими условиями здесь являются конфигурация поля зрения человека в обоих плоскостях, направление нормальной линии взгляда, использование тех или иных мышц для поворота головы и т.п.

Критерии, устанавливаемые СанПиН-ом могут порой вступать в противоречия с параметрами конкретных экранов и интерактивных систем при установке последних в стандартном учебном классе. В таких случаях следует подходить творчески к организации рабочей среды в помещении, исходя из понимания эргономических зависимостей и учитывая при этом, например, возраст (рост) учащихся. Привычная конфигурация школьной доски, меловой или маркерной, имеет пропорции (ширина к длине) 2,7 – 2,9 : 1, в то время как ещё недавно основным форматом экрана был 1,33:1. Таким образом информационная ёмкость интерактивной доски оказывалась намного меньше, чем традиционной, а попытки использовать больший размер приводили к дополнительным проблемам с эргономикой из-за слишком большой высоты устройства, делавшей использование его существенно неудобным. Поэтому в настоящее время отчётливо прослеживается тенденция к переходу системы с более широким форматом 1,78:1 (16:9) или ещё шире при использовании многопроекторных систем.

Полезно представить себе, как взаимодействуют между собой система прямой проекции и освещение. Качество изображения определяется в первую очередь его контрастом, а не яркостью, как часто думают. Причём требования к необходимому контрасту (в стандарте, разработанным Инфокомм) различаются в зависимости от типа контента на экране. Значения контраста относительно легко вычислямый параметр при известном уровне освещённости. Последний, в случае искусственного освещения, задаётся нормами СанПиН, но крайне трудно прогнозируется для случая естественного освещения. Однако СанПиН не учитывает (или достаточно неопределённо учитывает) особенности систем прямой проекции. Так, по общим правилам, освещение учебного класса требует повышенной освещённости в зоне (традиционной) классной доски, что прямо противоречит требованиям к проекционным системам. Причём достигаться это повышенный уровень освещённости должен благодаря дополнительным светильникам, располагающимся непосредственно над доской, а часто именно там должен располагаться современный проектор с широкоугольной оптикой. Используемые, в большинстве случаев, светильники обладают также широкой диаграммой направленности, что затрудняет построение гибко управляемых систем освещения. Однако, тем не менее, ситуацию можно заметно улучшить относительно незначительными и недорогими усилиями – организацией зонирования освещения с помощью коммутации существующих светильников в соответствующие группы, которые можно оперативно отключать при необходимости. Так, во время работы с проекционной системой можно выключить отдельно зону над доской, чтобы повысить контраст (качество) изображения. Хорошим решением является также возможность отключения и части основных светильников (например, для просмотра какого-нибудь видео контента, требующего более высокого контраста) для получения уровня общей пониженной освещённости.

Контроль внешнего естественного освещения учебного пространства также представляет проблему. Необходимо искать решения, наиболее надёжные и удобные в управлении и уходе за ними и в то же время обеспечивающие необходимые параметры освещённости в наиболее критичных ситуациях. При этом необходимо помнить и о требованиях и по необходимой инсоляции и вентиляции помещений и о допустимом времени работы с аудиовизуальными средствами.
Понимание особенностей прямой проекции и параметров качества отображения на этапе выбора оборудования поможет оптимизировать техническое решение в качественном и финансовом отношении.

Тема подготовки контента для коллективных экранов также связана с эргономическими зависимостями. Последние базируются на изученных физиологических особенностях человеческого зрения. В результате проведённых исследований найдены критерии восприятия человеком (зрителем) буквенно-цифровой информации на экране. Подобные критерии используются при проектировании аудиовизуальных систем для профессионального применения – например диспетчерских или центров управления, где точность и скорость считывания информации на экране весьма порой жизненно важна. Многочисленные рекомендации, которые можно найти в интернете по использованию шрифтов того или иного размера, в большинстве случаев никак не учитывают реальный размер ни дисплея, на котором это будет демонстрироваться (соответственно и физический размер символов), ни расстояния, с которого этот дисплей будут рассматривать в даном помещении. Понимание этих зависимостей также важно и для учебных целей, поскольку позволит готовить информацию для экрана с учётом особенностей восприятия в конкретном помещении для конкретной системы.