автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация процесса создания виртуальных тренажеров

На правах рукописи

005056074

МАТЛИН АЛЕКСАНДР ОЛЕГОВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА СОЗДАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ

ТРЕНАЖЕРОВ

05.13.12 — "Системы автоматизации проектирования (промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 НОЯ 2012

Волгоград - 2012

005056074

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования" Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, Фоменков Сергей Алексеевич.

Официальные оппоненты:

Финогеев Алексей Германович,

доктор технических наук,

профессор кафедры «Системы автоматизации проектирования» Пензенского государственного университета;

Шилин Александр Николаевич,

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника» Волгоградского государственного технического университета.

Ведущая организация

Южный Федеральный Университет.

Защита диссертации состоится «13» декабря 2012 г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.028.04 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, Волгоград, пр-т. им. В. И. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан «12» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Водопьянов Валентин Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Отечественное образование всегда отличалось фундаментальной теоретической подготовкой учащихся. Но для того, чтобы студент смог успешно влиться в трудовой коллектив и решать стоящие перед промышленностью и бизнесом задачи после окончания учебного заведения, ему необходимо уже во время обучения приобрести практические навыки работы. Однако существует ряд причин, снижающих эффективность обучения и приобретения студентами практических навыков в рамках учебного процесса:

• у многих учебных заведений нет возможности обеспечить студентов материалом, инструментом и другими средствами, с помощью которых студент приобрел бы практические навыки, усвоив при этом ранее полученные теоретические знания;

• материалы для проведения практических работ дорогостоящие, что препятствует их массовому использованию;

• скоротечность протекания исследуемых процессов может быть столь велика, что студент не успеет зафиксировать и осмыслить произошедшие изменения;

• выполнение реальной лабораторной работы может быть опасно для здоровья студентов.

Выходом из сложившейся ситуации может являться использование виртуальных тренажеров как дополнения традиционных теоретических и практических занятий.

Преимуществом использования виртуальных тренажеров является автоматизированная проверка действий студента. В ходе выполнения студентом лабораторной работы автоматизированная система контролирует действия учащегося без участия преподавателя, проверяя правильность выполнения лабораторной работы, использование текстовых и графических подсказок. После выполнения студентом интерактивной виртуальной работы вся информация о результатах доступна преподавателю, который может в режиме реального времени контролировать успеваемость академической группы.

Важным фактором востребованности виртуальных тренажеров является способ их создания. Для того чтобы интерактивные средства обучения широко использовались в массовом порядке, необходимо предоставить разработчику (преподавателю), не имеющему навыков программирования, соответствующее средство (среду) создания такого рода тренажеров.

Среди существующих аппаратно-программных тренажерных комплексов можно отметить LapSim (совместная разработка хирургов университетской клиники Гётеборга, компании Сёджикал Сайенс (Швеция) и Иммершн (США)), автомобильный тренажер ОТКВ-2М (ООО «НПП «ТРЕНЕР»), симулятор военной и гражданской техники "Скорпион" (ООО НПГ «Традиция"), тренажерные системы на основе технологии виртуальной реальности и средства создания виртуальных тренажеров Lab View (National Instruments, США), 3D STUDIO MAX (Autodesk, США).

Рассматривая существующие средства и способы создания виртуальных тренажеров (лабораторных работ), можно сделать ряд обобщений.

1) Создание виртуальных тренажеров требует от их разработчика глубоких навыков программирования и опыта работы с графическими средствами моделирования, что не позволяет специалисту конкретной предметной области самостоятельно создавать тренажеры.

2) Средства визуального построения виртуальных тренажеров (лабораторных работ), ограничены, в большинстве случаев, одной предметной областью (например, программная система Lab View направлена на создание виртуальных тренажеров в электротехнике).

С учетом данных тенденций в настоящей работе предлагается разработка автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab», состоящей из двух подсистем:

1) подсистема создания виртуальных тренажеров;

2) подсистема воспроизведения виртуальных тренажеров.

Цель диссертационной работы. Целью работы является повышение эффективности (снижение трудовых и финансовых затрат) создания интерактивных виртуальных тренажеров за счет использования автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• исследовать предметную область, связанную с разработкой и применением виртуальных тренажеров для определения потребности в создании автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров, а также для формирования ключевых требований к ней;

• построить модель интерактивного виртуального тренажера;

• сформировать методику создания интерактивного виртуального тренажера;

• сформировать методику обучения с использованием созданного виртуального тренажера;

• разработать автоматизированную систему создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «Уй1иа1ЬаЬ»

• проверить работоспособность и эффективность автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1гШа1ЬаЪ».

Объект исследования. Виртуальные тренажеры.

Предмет исследования. Процессы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров.

Методы исследования. В диссертации использованы методы системного анализа, компьютерного моделирования, теории баз данных, объектно-ориентированного проектирования программных систем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• разработана модель виртуального тренажера, позволяющая описать виртуальные лабораторные работы различных предметных областей (медицина, электротехника, обучение пользовательскому интерфейсу и т.п.) в структурированной форме, удобной для генерации и последующей обработки;

• разработана методика создания виртуальной лабораторной работы, основанная на особенностях модели виртуального тренажера и позволяющая преподавателям создавать виртуальные лабораторные работы без участия технических специалистов;

• разработана методика обучения с использованием созданного тренажера, позволяющего заменить реальный объект виртуальным.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов системного анализа, проектирования программных систем и результатами экспериментальной проверки работы программной системы в процессе создания виртуальных тренажеров различными пользователями.

Практическая значимость и внедрение. Автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1пиа1ЬаЬ», позволяет разработчику виртуального тренажера, не имеющему специальных навыков программирования, самостоятельно конструировать виртуальные лабораторные работы.

Разработанная автоматизированная система «VirtualLab» может использоваться преподавателями общеобразовательных, среднеспециальных и высших учебных заведений доя разработки виртуальных практических лабораторных работ по их учебным дисциплинам. Кроме того, система может быть полезной в учебных центрах и центрах повышения квалификации сотрудников коммерческих и промышленных организаций.

Автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab» внесена в Реестр программ для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. «VirtualLab» прошла апробацию в учебном процессе Волгоградского государственного медицинского университета.

Автоматизированная система «VirtualLab» внедрена в следующих коммерческих и образовательных организациях: Internet Solutions Company, LLC (5348 VEGAS DR, LAS VEGAS NV 89108, USA), INTELEXA s.r.o. (Vodickova 710/31, 110 00 - Praha 1, Czech Republic), Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №45 Тракторозаводского района г. Волгограда.

По материалам работы получено несколько дипломов на Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых (Москва, 2008, 2009) и работа являлась участником программы «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Положения, выносимые на защиту:

• модель описания виртуального тренажера;

• методика создания виртуального тренажера;

• методика обучения с использованием созданного тренажера;

• новая автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab»;

• результаты тестирования и проверки эффективности автоматизированной системы «VirtualLab».

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "САПР и ПК" ВолгГТУ, а также на следующих конференциях: «Первая региональная научно-практическая студенческая конференция «Городу Камышину - творческую молодежь» (Камышин, 2007); «XII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области» (Волгоград,

2008); Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Москва, 2007, 2008,

2009); Международная конференция «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе (IT + SE)» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2009,2012).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 9 опубликованных работах. В том числе 5 статей напечатаны в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ; получено 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 112 страниц основного текста, 22 рисунка и 1 таблицу. Библиографический список включает 112 наименований. Общий объем работы 142 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна, приводится перечень основных положений, выносимых на защиту, излагается краткое содержание глав диссертации.

В первой главе приводится обзор современного состояния проблемы разработки и использования виртуальных тренажеров, а также средств их создания, анализируются достоинства и недостатки существующих систем, приводится обоснование необходимости их усовершенствования.

Интенсивное развитие аппаратных и программных средств компьютеризации и связанное с ним распространение информационных технологий в различных областях позволяют все более широко применять компьютерные системы в образовательном процессе.

Использование виртуальных тренажеров в системе образования имеет ряд особенностей, а именно:

1) виртуальные тренажеры могут использоваться как в курсах подготовки специалистов, входящих в программы различных учебных заведений, так и при самостоятельном образовании специалистов, стремящихся повысить свою квалификацию;

2) обучение с применением компьютеризированного виртуального тренажера должно базироваться на определенном объеме теоретических знаний;

3) использование компьютерного тренажера предполагает наличие у обучающегося базовых навыков работы с вычислительной техникой.

Виртуальные тренажеры предназначены для применения в первую очередь в учебных программах подготовки технических и медицинских специалистов. Их целью является отработка базовых навыков работы с тем или иным технологическим оборудованием или порядок проведения медицинских операций. Таким образом, тренажеры должны разрабатываться с учетом методики подготовки специалистов той или иной отрасли.

На сегодняшний день доминируют три основных формы виртуальных тренажеров: специализированные программы, оболочки и \уеЬ-решения. Каждой из этих форм присущи ограничения, обусловленные объективными причинами. Для каждой из форм существует определенная "ниша" - область применения.

Решения на базе Web-тexнoлorий наиболее просты и удобны в применении, однако имеют ограниченные изобразительные и тестовые возможности.

Виртуальные тренажеры, использующие оболочки, обладают полноценными средствами отображения и тестирования, но недостаточно гибки для реализации на их базе интеллектуальных тренажеров.

Специализированные программы не имеют других недостатков, кроме сложности разработки, но этот недостаток может перевесить любые преимущества. Все попытки перенести систему в более тяжелую "весовую категорию" означают необходимость специальных программных разработок, уменьшение гибкости и усложнение работы с системой.

При разработке единого подхода к компьютерным виртуальным тренажерам следует рассматривать возможность совмещения различных технологий в процессе создания тренажера, каждая из которых позволит наиболее эффективно реализовать ту или иную функцию тренажера.

В работе были рассмотрены виртуальные тренажеры, относящиеся к различным классам, согласно выполняемым ими функциям.

Были рассмотрены аппаратно-программные тренажерные комплексы Ьарвт (совместная разработка хирургов университетской клиники Гётеборга, компании Сёджикал Сайенс (Швеция) и Иммершн (США)), автомобильный тренажер ОТКВ-2М (ООО «НПП «ТРЕНЕР»), симулятор военной и гражданской техники "Скорпион" (ООО НПГ «Традиция") и тренажерные системы на основе технологии виртуальной реальности.

Важным фактором востребованности виртуальных тренажеров является способ их создания. Для того чтобы интерактивные средства обучения широко использовались в массовом порядке, необходимо предоставить пользователю (преподавателю), не имеющему навыков программирования, соответствующее средство (среду) создания такого рода тренажеров.

В настоящей работе рассматриваются виртуальные тренажеры, не использующие дополнительные аппаратные устройства для взаимодействия с пользователем. Данный класс тренажеров выбран в силу возможности унификации механизмов их создания и возможности их более широкого распространения.

Существующие способы создания виртуальных тренажеров (виртуальных лабораторных работ) можно разделить на две основные категории:

1) визуальные средства создания, позволяющие разработчику виртуальной лабораторной работы без навыков программирования собирать виртуальный тренажер с помощью заранее предустановленных логических блоков (в частности, Lab View);

2) создание виртуальных лабораторных работ путем программирования каждой новой лабораторной работы, что требует от их разработчика навыков программирования и навыков работы с графическими пакетами (в частности, 3D STUDIO МАХ).

Таким образом, выявлена необходимость проведения научного исследования для разработки модели, методик, алгоритмического обеспечения и реализации их в программном комплексе, позволяющем создавать и воспроизводить виртуальные тренажеры.

Во второй главе описываются предложенные автором подходы к повышению эффективности создания интерактивных виртуальных тренажеров.

Ключевыми требованиями к системе построения интерактивных средств обучения являются:

1) простота использования - пользователь не должен иметь специальных навыков программирования для создания виртуального тренажера;

2) универсальность - система должна предоставлять возможность создавать интерактивные средства обучения для различных предметных областей.

Простота использования предполагает наличие интуитивно понятного пользовательского интерфейса. Пользователь системы должен обладать лишь базовыми навыками работы с офисными пакетами и Интернет-ресурсами.

Расширение круга предметных областей, для которых с помощью автоматизированной системы «VirtualLab» могут создаваться и воспроизводиться виртуальные тренажеры, накладывает ряд ограничений на методику создания виртуальных работ с ее помощью, а именно:

1) виртуальная лабораторная работа состоит из шагов, сменяющих друг друга в процессе выполнения работы;

2) каждый шаг состоит из 20-изображения, на котором будут происходить действия набором инструментов, представленных также 20-изображениями;

3) переход между шагами осуществляется по определенным разработчиком виртуальной работы условиям.

В простейшем случае лабораторная работа представляет собой определенную последовательность действий, которую обучаемый должен осуществить при помощи некоторого инструмента применительно к некоторому объекту воздействия. Последовательность действий всегда детерминирована, за исключением случаев с

несколькими вариантами действий на определённых шагах выполнения лабораторной работы, но и тогда все варианты можно свести к семейству отдельных сюжетных линий, представленных на рис. 1.

Вся лабораторная работа обычно ограничена по времени выполнения, причём также отдельные её шаги могут иметь ограничения по времени. Кроме этого, каждое отдельное действие имеет пространственные ограничения, например, скальпель в лабораторной работе по хирургической операции может быть применён только в определённом месте операбельной области.

Рис. 1 - Схематичное изображение сюжетных линий лабораторной работы

Перед описанием модели виртуального тренажера, методик построения и выполнения виртуальной лабораторной работы необходимо дать определения базовым понятиям.

Под виртуальной лабораторной работой будем понимать прикладную программу ЭВМ, которая включает в себя:

1) справочный материал - текстовая информация, поясняющая суть выполняемой лабораторной работы и позволяющая студенту получить теоретические знания;

2) видеоизображения, демонстрирующие порядок проведения лабораторной работы;

3) 2П-модель изучаемой предметной области, представляющей собой набор фоновых графических изображений шагов лабораторной работы, для самостоятельного выполнения студентом работы.

Под шагом виртуальной лабораторной работы понимается совокупность действий пользователя, выполняемых на одном фоновом графическом изображении.

Под графическим изображением шага виртуальной лабораторной работы понимается фоновое изображение для данного шага (снимок экрана программного обеспечения, фотография электронного прибора, графическое изображение тела человека и т.п.).

Под инструментом понимается графическое изображение объекта, которым выполняются действия над графическим изображением шага лабораторной работы (скальпель в лабораторных работах, связанных с медициной, вольтметр в электротехнических лабораторных работах и т.п.).

Под активной областью понимается область фонового изображения шага лабораторной работы, в которой пользователь производит действия инструментом (область элемента управления кнопки, оперируемая область тела и т.п.).

Таким образом, виртуальная лабораторная работа состоит из набора ресурсов (графических изображений) и последовательности шагов.

Модель виртуальной лабораторной работы можно представить следующим кортежем

М=<1, Т, V, й, Е, А>, где

1)1- идентификатор шага (служебное уникальное название шага);

2) Т - тип действия выполняемое инструментом (однократное нажатие в точке; проведение линии; проведение курсора мыши в активной области фонового изображения при зажатой левой клавиши мыши);

3) У - ссылка на фоновое графическое изображение;

4) Б - наименование шага;

5) Е - описание отслеживаемых ошибок:

• текст сообщения совершившему данную ошибку пользователю;

• тип ошибки (выбран не верный инструмент; действия инструментом выполняются в не верной активной области фонового изображения шага);

• количество штрафных баллов, снимающихся с совершившего данную ошибку пользователя.

6) А - описание допустимых действий пользователя для успешного прохождения данного шага виртуальной лабораторной работы:

• описание допустимых координат для нажатий курсором мыши (перечисление координат и погрешностей);

• ссылка на допустимый на данном шаге инструмент.

В модель внесены также атрибуты, необходимые для подсчёта текущего уровня освоения учебного материала. Предусмотрены штрафы на каждом лабораторном действии, которые начисляются при нарушении ограничений действия. Например, если в хирургической лабораторной работе обучаемый применит не тот инструмент, ему начисляется штраф, определённый разработчиком тренажёра. При достижении установленного в тренажёре уровня штрафных очков лабораторная работа считается не выполненной.

Для описания виртуальной лабораторной работы используется формат XML. XML — текстовый формат, предназначенный для хранения структурированных данных (взамен существующих файлов баз данных) и для обмена информацией между программами.

Разработанная модель позволяет описать виртуальные лабораторные работы различных предметных областей (медицина, электротехника, обучение пользовательскому интерфейсу и т.п.) в структурированной форме, удобной для генерации и последующей обработки.

Предложенная модель виртуального тренажера позволяет решить следующие задачи:

1) обеспечить независимость структуры данных от конкретной тематики учебного материала;

2) за счет разделения данных обеспечить расширяемость методами агрегации и наследования предложенных сущностей;

3) реализовать хранение информации, достаточной для воспроизведения виртуального тренажёра.

Автором была разработана методика построения виртуальной лабораторной работы, которую можно представить в виде итеративного процесса, изображенного на рис 2. Данные действия выполняются при создании каждого шага виртуальной лабораторной работы.

В результате создания виртуального тренажера по описанной выше методике формируется пакет файлов, включающий в себя:

1) файлы с текстовым описанием теоретического материала, этапов лабораторной работы, сообщений пользователю и др.;

2) графические файлы, содержащие фоновые изображения шагов лабораторной работы, инструментов, элементов пользовательского интерфейса.

3) аудио- файлы, используемые в звуковом сопровождении выполнения лабораторной работы;

4) видео- файлы, используемые для наглядной демонстрации студентам порядка и правил выполнения лабораторной работы.

После формирования пакета файлов он должен быть использован для воспроизведения виртуального тренажера, а также для предоставления доступа к лабораторной работе пользователям ее выполняющим.

Автором также была разработана методика обучения с использованием созданного виртуального тренажера, которую можно представить в виде итеративного процесса, изображенного на рис. 3.

Для оценки выполнения виртуальной лабораторной работы выбрана 100-бальная шкала, позволяющая более точно оценить уровень подготовленности пользователя.

Рис 2 - Схема построения виртуальной лабораторной работы

Рис. 3 - Схема обучения с использованием виртуального тренажера В виртуальной лабораторной работе происходит автоматизированная обработка ошибок пользователя, за которые снимаются баллы. В рамках лабораторной работы предусмотрены два вида возможных ошибок пользователя:

1) выбран неправильный инструмент;

2) действие инструментом произведено вне границ допустимой области. Первый тип ошибки возникает, когда была произведена попытка действия

инструментом, который не является допустимым на текущем шаге. Второй тип ошибки возникает в том случае, если инструмент был выбран правильно, однако действия им были осуществлены вне пределов допустимой области.

В третьей главе описана разработанная автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab». Приводится описание архитектуры системы и основных технических решений, принятых при разработке подсистем и реализации приведенных во второй главе модели и методик.

В качестве методологии разработки автоматизированной системы была выбрана методология MSF (Microsoft Solution Framework). MSF — это методология разработки программного обеспечения, которая опирается на практический опыт корпорации

Майкрософт и описывает управление людьми и рабочими процессами в процессе разработки решения.

В качестве языка проектирования автоматизированной системы выбран язык UML. Данный выбор был сделан, исходя из универсальности языка UML и его интеграции с методологией MSF.

В результате анализа различных платформ реализации автоматизированной системы была выбрана платформа Microsoft .NET.

В качестве системы построения пользовательского интерфейса автоматизированной системы выбрана платформа Windows Presentation Foundation (WPF).

Для выполнения задач, поставленных перед автоматизированной системой в главе 1, была разработана архитектура автоматизированной системы «VirtualLab». Применение разработанной архитектуры позволяет:

1) визуализировать виртуальный тренажёр безотносительно конкретного содержания учебного материала;

2) обеспечить визуальное редактирование учебного материала тренажёров в режиме диалога с пользователем;

3) обеспечить возможность расширения структуры учебного материала тренажёров.

Функциональная структура автоматизированной системы «VirtualLab» представлена на рис. 4. Для выполнения главной функции должны бьпъ реализованы ряд функциональных возможностей автоматизированной системы «VirtualLab», которые были объединены в две связанные группы.

Первая группа функций относится к вводу и редактированию учебного материала и вспомогательной информации, формирующей содержательную часть любого виртуального тренажёра. Вторая группа функций - это непосредственное отображение тренажёра пользователю и взаимодействие с ним при помощи интерактивного интерфейса виртуального тренажера. На основе определенных выше функциональных возможностей автоматизированной системы «VirtualLab» были выделены отдельные компоненты системы (см. рис. 5).

Автоматизированная система «VirtualLab» включает в себя два исполняемых компонента (подсистемы):

1) подсистема создания виртуальных тренажеров;

2) подсистема воспроизведения виртуальных тренажеров.

Общим звеном между выделенными группами является функция хранения и доступа к учебному материалу. Взаимодействие между двумя выделенными компонентами целесообразно обеспечить через организованное хранилище учебного материала в виде файловой системы.

Редактор описания лабораторной работы отвечает за наполнение лабораторной работы сведениями (учебным материалом) в ходе диалога с пользователем, а также за управление созданными шагами, действиями, инструментами. Компоновщик файлов управляет процессами сериализации и десериализации собранных и отредактированных в ходе работы редактора данных, а также процессами запроса и получения данных из файлового

хранилища.

Ядро визуализации и оценки выполнения лабораторных работ отвечает за исполнение сценария лабораторной работы, визуализацию медиа-ресурсов и мониторинг успеваемости пользователя. Ядро доступа к данным файлового хранилища - за запись и чтение файлов с описанием лабораторных работ и медиа-ресурсов.

Общий ход взаимодействия компонентов системы в ходе создания тренажёра можно изобразить в виде диаграммы последовательности в нотации ЦМЬ, представленной на рис. 6.

Таким образом, подсистема создания виртуального тренажера выполняет центральную роль, координируя весь процесс построения виртуальной лабораторной работы.

В работе приведена дальнейшая детализация функций автоматизированной системы «У1йиа1ЬаЬ», изображенных на рис. 4.

Автоматизированная система «У^иаШаЬ» функционирует в нескольких режимах:

1) режим нормального функционирования редактора тренажёров;

2) режим нормального функционирования процесса исполнения тренажёра;

3) режим обработки исключительных ситуаций, возникших во время программных

или аппаратных сбоев в работе системы.

Первые два режима функционирования системы предназначены для взаимодействия с пользователем во время создания и воспроизведения виртуальных тренажёров. Третий режим предназначен для обработки ошибок, возникших во время эксплуатации системы по разным причинам, а также вывода отладочной информации для разработчиков.

Обеспечение учебного процесса при помощи виртуальных тренажёров

Создание, редактирование структурною описания учебного материала

Создание.

редакгирооание

инструментов

Создание, редактирование типов действий

Создание, редактирование действий

Создание, редактирование шагов выполнения задания

создание, редактирование сценариев выполнения определённых действий

Компановка действий ь шшк

Назначение штрафов и ограничений иа действие

Упорядочивание шагов

I группа функций

Хранение и доступ к созданным описаниям учебного материала

Исполнение подготовленных сценариев в виртуальных тренажёрах

Проведение оценки

выполнения заданий, мониторинг успеваемости

II группа функций

Рис 4 - Функциональная структура автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ»

Рис. 5 - Диаграмма компонентов автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ» в нотации иМЬ

Рис. 6 - Диаграмма последовательности процесса создания виртуального тренажёра в

нотации ЦМЬ

В рамках данной работы было разработано методологическое обеспечение, описывающее разработчику виртуального тренажера порядок необходимых действий для успешного построения виртуальной лабораторной работы.

В четвертой главе приведены примеры разработки виртуальных тренажеров с помощью созданной автоматизированной системы «Ун1иа1ЬаЪ», а также анализ эффективности разработанных решений и системы в целом.

На примере реализации виртуальной лабораторной работы «Хирургический доступ к аппендиксу» подтверждена работоспособность описанных в главе 2 модели и методик.

Показана возможность расширения модели описания виртуального тренажера и методики создания виртуальной лабораторной работы для включения в сценарий лабораторной работы случайных событий на примере виртуального тренажера построения простейшей электрической цепи по дисциплине электротехника.

Для оценки экономической эффективности внедрения автоматизированной системы создания интерактивных средств обучения использовано сравнение трудозатрат и как следствие финансовых затрат на создание одной виртуальной лабораторной работы, состоящей из 20 шагов, с использованием автоматизированной системы и без нее. Результаты оценки экономической эффективности автоматизированной системы приведены в табл. 1.

Табл. 1 - Трудовые и экономические затраты на создание виртуальной лабораторной работы без использования автоматизированной системы (АС) и с ее помощью

№ Наименование вида работы Трудовые затраты Экономические

Без АС (минут) С АС (минут) Без АС (рубли) С АС (рубли)

1 Подготовка фоновых графических изображений шагов виртуальной лабораторной работы и описание в конфигурационном файле виртуальной лабораторной работы параметров фоновых графических изображений 600 200 6000 2000

2 Подготовка графических изображений инструментов виртуальной лабораторной работы и описание в конфигурационном файле виртуальной лабораторной работы параметров графических изображений инструментов 1200 400 12000 4000

3 Установление для каждого фонового изображения активных областей на каждом шаге виртуальной лабораторной работы 3600 200 36000 2000

4 Установление соответствия между инструментами и активными областями фоновых изображений для каждого шага виртуальной лабораторной работы 600 100 6000 1000

5 Установление допустимых типов действий для каждого доступного инструмента на конкретном шаге виртуальной лабораторной работы в активной области 600 100 6000 1000

б Установление штрафных баллов за ошибки пользователя виртуальной лабораторной работы 600 100 6000 1000

ИТОГО 7200 минут 1100 минут 72000 рублей 11000 рублей

На основе оценки экономической эффективности установлено, что применение автоматизированной системы создания интерактивных средств обучения позволяет более чем в 6 раз сократить затраты на создание каждой виртуальной лабораторной работы.

На автоматизированную систему «VirtualLab» получено два Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612088 и № 2012619127.

Автоматизированная система «VirtualLab» внедрена в следующих коммерческих и образовательных организациях: Internet Solutions Company, LLC (5348 VEGAS DR, LAS VEGAS NV 89108, USA), INTELEXA s.r.o. (Vodickova 710/31, 110 00 - Praha 1, Czech Republic), Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №45 Тракторозаводского района г. Волгограда.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основным результатом работы является разработка автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab», которая позволила повысить эффективность построения виртуальных тренажеров за счет реализации разработанных автором модели и методик.

В рамках работы над диссертацией были достигнуты следующие результаты:

• исследована предметная область, связанная с разработкой и применением виртуальных тренажеров для определения потребности в создании автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров, а также для формирования ключевых требований к ней;

• построена модель интерактивного виртуального тренажера;

• сформирована методика создания интерактивного виртуального тренажера;

• сформирована методика обучения с использованием созданного тренажера, позволяющего заменить реальный объект виртуальным;

• разработана автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab»;

• проверена работоспособность и эффективность автоматизированной системы «VirtualLab».

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК

1. Матлин А.О., Фоменков С.А. Интерактивные средства обучения в образовательном процессе. // В межвузовском сб. научных статей «Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. Вып.8». - Волгоград: ВолгГТУ, 2010, №6(66), с. 110-111.

2. Матлин А.О., Фоменков С.А. Построение автоматизированной системы создания интерактивных тренажеров. // В межвузовском сб. научных статей «Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. Вып.9». -Волгоград: ВолгГТУ, 2010, №11(71), с. 57-59.

3. Матлин А.О., Фоменков С.А. Методика построения виртуальной лабораторной работы с помощью автоматизированной системы создания интерактивных тренажеров. // В межвузовском сб. научных статей «Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. Вып. 13». - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2012, №4(91), с. 142-144.

4. Матлин А.О., Фоменков С.А. Автоматизированная система создания интерактивных средств обучения в образовательном процессе. И Открытое образование, 2012, №2, с. 1821.

5. Матлин А.О., Фоменков С.А. Модель виртуальной лабораторной работы в автоматизированной системе создания интерактивных средств обучения. // Вестник компьютерных и информационных технологий, 2012, №9, с. 56-59.

Другие публикации

6. Матлин А.О., Осинцев Д.С., Фоменков С.А. Автоматизированная система «интерактивные виртуальные тренажеры». // В сб. трудов V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования». Центральный регион. - М.: Вузовская книга, 2008, с. 75-77.

7. Матлин А.О., Осинцев Д.С., Гетманский В.В., Фоменков С.А. Интерактивные виртуальные медицинские тренажеры. // В сб. трудов VI Всероссийской конференции

студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования». Центральный регион. - М.: Моск. авиационный ин-т (гос. техн. ун-т), 2009, с. 122-123.

8. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612088 Автоматизированный программный комплекс «Электронное образование», 2008.

9. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012619127 Автоматизированная система создания интерактивных средств обучения, 2012.

Подписано в печать 9.11.2012. Заказ № 691. Тираж 100 экз. Печ. л. 1. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Отпечатано в типографии ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, Волгоград, просп. им. В.И.Ленина, 28, корп. №7.

Введение.

Глава 1. Интерактивные средства обучения в образовательном процессе и промышленности.

1.1. Виртуальные тренажеры в образовательном процессе учебных заведений и промышленных предприятий.

1.2. Области применения и виды виртуальных тренажеров.

1.3. Требования к разрабатываемым тренажерам.

1.4. Примеры интерактивных виртуальных тренажеров.

1.4.1. ЬарБнп - виртуальный симулятор эндоскопических операций.

1.4.2. Автомобильный тренажер ОТКВ-2М.

1.4.3. Симулятор военной и гражданской техники "Скорпион".

1.4.4. Технологии виртуальной реальности в образовательном процессе

1.5. Средства создания виртуальных тренажеров.

1.5.1. Визуальные средства создания виртуальных тренажеров.

1.5.2. Средства создания виртуальных тренажеров с использованием пакетов графического моделирования и программирования.

1.6. Цель и задачи диссертации.

Глава 2. Модель виртуального тренажера, методика создания тренажеров и методика обучения с их помощью.

2.1. Модель описания виртуальной лабораторной работы.

2.2. Методика создания виртуальной лабораторной работы.

2.3. Методика обучения с использованием виртуального тренажера.

2.4. Выводы.

Глава 3. Разработка автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1г1иа1ЬаЬ».

3.1. Принципы разработки автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ».

3.1.1. Методология разработки автоматизированной системы.

3.1.2. Технология проектирования автоматизированной системы.

3.1.3. Выбор операционной системы и платформы реализации автоматизированной системы «Уи*1:иа1ЬаЬ».

3.2. Функциональная структура автоматизированной системы «УЫ:иа1ЬаЬ»

3.3. Архитектура подсистемы создания виртуальных тренажеров.

3.4. Архитектура подсистемы воспроизведения виртуальных тренажёров

3.5. Режимы работы автоматизированной системы «Ун1иа1ЬаЬ».

3.6. Выводы.

Глава 4. Апробация и внедрение автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1йиа1ЬаЬ».

4.1. Виртуальная лабораторная работа «Хирургический доступ к аппендиксу».

4.1.1. Описание модели виртуального тренажера в лабораторной работе «Хирургический доступ к аппендиксу».

4.1.2. Применение методики создания виртуального тренажера в лабораторной работе «Хирургический доступ к аппендиксу».

4.1.3. Применение методики обучения с использованием виртуального тренажера «Хирургический доступ к аппендиксу».

4.2. Перспективы использования автоматизированной системы «У1йиа1ЬаЬ» для разработки виртуальных тренажеров со случайными событиями.

4.3. Оценка эффективности использования автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ».

4.3.1. Сравнительная оценка трудовых и экономических затрат при создании виртуальной лабораторной работы.

4.3.2. Оценка трудовых и экономических затрат при создании тренажера без использования автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ».

4.3.3. Оценка трудовых и экономических затрат при создании тренажера с использованием автоматизированной системы «Ун1иа1ЬаЬ».

4.4. Внедрения автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «Уи1:иа1ЬаЬ».

4.5. Выводы.

Актуальность темы диссертации. Отечественное образование всегда отличалось фундаментальной теоретической подготовкой учащихся. Но для того, чтобы студент смог успешно влиться в трудовой коллектив и решать стоящие перед промышленностью и бизнесом задачи после окончания учебного заведения, ему необходимо уже во время обучения приобрести практические навыки работы. Однако существует ряд причин, снижающих эффективность обучения и приобретения студентами практических навыков в рамках учебного процесса:

• у многих учебных заведений нет возможности обеспечить студентов материалом, инструментом и другими средствами, с помощью которых студент приобрел бы практические навыки, усвоив при этом ранее полученные теоретические знания;

• материалы для проведения практических работ дорогостоящие, что препятствует их массовому использованию;

• скоротечность протекания исследуемых процессов может быть столь велика, что студент не успеет заЛиксиоовать и осмыслить • ' * х а произошедшие изменения;

• выполнение реальной лабораторной работы может быть опасно для здоровья студентов.

Выходом из сложившейся ситуации может являться использование виртуальных тренажеров как дополнения традиционных теоретических и практических занятий.

Преимуществом использования виртуальных тренажеров является автоматизированная проверка действий студента. В ходе выполнения студентом лабораторной работы автоматизированная система контролирует действия учащегося без участия преподавателя, проверяя правильность выполнения лабораторной работы, использование текстовых и графических подсказок. После выполнения студентом интерактивной виртуальной работы вся информация о результатах доступна преподавателю, который может в режиме реального времени контролировать успеваемость академической группы.

Важным фактором востребованности виртуальных тренажеров является способ их создания. Для того чтобы интерактивные средства обучения широко использовались в массовом порядке, необходимо предоставить разработчику (преподавателю), не имеющему навыков программирования, соответствующее средство (среду) создания такого рода тренажеров.

Среди существующих аппаратно-программных тренажерных комплексов можно отметить LapSim (совместная разработка хирургов университетской клиники Гётеборга, компании Сёджикал Сайенс (Швеция) и Иммершн (США)), автомобильный тренажер ОТКВ-2М (ООО «Hi И i «ТРЕНЕР»), симулятор военной и гражданской техники "Скорпион" (ООО Hill «Традиция"), тренажерные системы на основе технологии виртуальной реальности и средства создания виртуальных тренажеров Lab View (National Instruments, США), 3D STUDIO MAX (Autodesk, США).

Рассматривая существующие средства и способы создания виртуальных тренажеров (лабораторных работ), можно сделать ряд обобщений.

1) Создание виртуальных тренажеров требует от их разработчика глубоких навыков программирования и опыта работы с графическими средствами моделирования, что не позволяет специалисту конкретной предметной области самостоятельно создавать тренажеры.

2) Средства визуального построения виртуальных тренажеров (лабораторных работ) ограничены, в большинстве случаев, одной предметной областью (например, программная система LabView направлена на создание виртуальных тренажеров в электротехнике).

С учетом данных тенденций в настоящей работе предлагается разработка автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1гШа1ЬаЬ», состоящей из двух подсистем:

1) подсистема создания виртуальных тренажеров;

2) подсистема воспроизведения виртуальных тренажеров.

Цель диссертационной работы. Целью работы является повышение эффективности (снижение трудовых и финансовых затрат) создания интерактивных виртуальных тренажеров за счет использования автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• исследовать предметную область, связанную с разработкой и применением виртуальных тренажеров для определения потребности в создании автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров, а также для формирования ключевых требований к ней;

• построить модель интерактивного виртуального тренажера; сформировать методику создания интерактивного виртуального тренажера;

• сформировать методику обучения с использованием созданного тренажера;

• разработать автоматизированную систему создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «\Пгит1ЬаЬ»

• проверить работоспособность и эффективность автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1г1иа1ЬаЬ».

Объект исследования. Виртуальные тренажеры.

Предмет исследования. Процессы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров.

Методы исследования. В диссертации использованы методы системного анализа, компьютерного моделирования, теории баз данных, объектно-ориентированного проектирования программных систем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• разработана модель виртуального тренажера, позволяющая описать виртуальные лабораторные работы различных предметных областей (медицина, электротехника, обучение пользовательскому интерфейсу и т.п.) в структурированной форме, удобной для генерации и последующей обработки;

• разработана методика создания виртуальной лабораторной работы, основанная на особенностях модели виртуального тренажера и позволяющая преподавателям создавать виртуальные лабораторные работы без участия технических специалистов;

• разработана методика обучения с использованием созданного тренажера, позволяющего заменить реальный объект виртуальным.

Обоснованность и достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием апробированных методов системного анализа, проектирования программных систем и результатами экспериментальной проверки работы программной системы в процессе создания виртуальных тренажеров различными пользователями.

Практическая значимость и внедрение. Автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1г1иа1ЬаЬ», позволяет разработчику виртуального тренажера, не имеющему специальных навыков программирования, самостоятельно конструировать виртуальные лабораторные работы.

Разработанная автоматизированная система «У1гйт1ЬаЬ» может использоваться преподавателями общеобразовательных, среднеспециальных и высших учебных заведений для разработки виртуальных практических лабораторных работ по их учебным дисциплинам. Кроме того, система может быть полезной в учебных центрах и центрах повышения квалификации сотрудников коммерческих и промышленных организаций.

Автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab» внесена в Реестр программ для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. «VirtualLab» прошла апробацию в учебном процессе Волгоградского государственного медицинского университета.

Автоматизированная система «VirtualLab» внедрена в следующих коммерческих и образовательных организациях: Internet Solutions Company, LLC (5348 VEGAS DR, LAS VEGAS NV 89108, USA), INTELEXA s.r.o. (Vodickova 710/31, 110 00 - Praha 1, Czech Republic), Муниципальное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №45 Тракторозаводского района г. Волгограда.

По материалам работы получено несколько дипломов на Всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых (Москва, 2008, 2009) и работа являлась участником программы «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

Положения, выносимые на защиту:

• модель описания виртуального тренажера;

• методика построения виртуальной лабораторной работы;

• методика обучения с использованием созданного тренажера;

• новая автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «VirtualLab»;

• результаты тестирования и проверки эффективности автоматизированной системы «VirtualLab».

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры "САПР и ПК"

ВолгГТУ, а также на следующих конференциях: «Первая региональная научно-практическая студенческая конференция «Городу Камышину -творческую молодежь» (Камышин, 2007); «XII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области» (Волгоград, 2008); Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Москва, 2007, 2008, 2009); Международная конференция «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе (IT + SE)» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 2009, 2012).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 9 опубликованных работах. В том числе 5 статей напечатаны в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работ; получено 2 свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

В первой главе приводится обзор современного состояния проблемы разработки и использования виртуальных тренажеров, а также средств их создания, анализируются достоинства и недостатки существующих систем, приводится обоснование необходимости их усовершенствования.

Во второй главе описываются предложенные автором подходы к повышению эффективности создания интерактивных виртуальных тренажеров:

1) представлена модель виртуального тренажера, позволяющая описать виртуальные лабораторные работы различных предметных областей (медицина, электротехника, обучение пользовательскому интерфейсу и т.п.) в структурированной форме, удобной для генерации и последующего воспроизведения;

2) описана методика создания виртуальной лабораторной работы, основанная на особенностях модели виртуального тренажера и позволяющая преподавателям создавать виртуальные лабораторные работы без участия технических специалистов;

3) описана методика обучения с использованием созданного виртуального тренажера, позволяющего заменить реальный объект виртуальным.

В третьей главе описана разработанная автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1гШа1ЬаЬ».

1) Описаны функциональные требования к автоматизированной системе «У1гШа1ЬаЬ» в целом и к ее подсистемам в частности.

2) Представлена архитектура автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ».

3) Описано методическое обеспечение автоматизированной системы «У1г1:иа1ЬаЬ».

В четвертой главе приведены примеры разработки виртуальных тренажеров с помощью созданной автоматизированной системы «У1г1иа1ЬаЬ». Также в главе показана возможность расширения модели описания виртуального тренажера и методики его создания для включения в сценарий лабораторной работы случайных событий. Приведен анализ эффективности разработанных решений и системы в целом.

4.5. Выводы

В данной главе были получены следующие результаты:

1) на примере реализации виртуальной лабораторной работы «Хирургический доступ к аппендиксу» подтверждена работоспособность описанных в главе 2 модели и методик;

2) показана возможность расширения модели описания виртуального тренажера и методики создания виртуальной лабораторной работы для включения в сценарий лабораторной работы случайных событий;

3) на основе оценки экономической эффективности установлено, что применение автоматизированной системы «У1гша1ЬаЬ» позволяет более чем в 6 раз сократить затраты на создание виртуального тренажера.

Заключение

Основным результатом является разработка автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «У1гит1ЬаЬ», которая позволяет повысить эффективность построения виртуальных тренажеров за счет реализации разработанных автором модели и методик.

В рамках работы над диссертацией были получены следующие результаты:

1) исследована предметная область, связанная с разработкой и применением виртуальных тренажеров для определения потребности в создании автоматизированной системы создания и воспроизведения виртуальных тренажеров, а также для формирования ключевых требований к ней;

2) построена модель интерактивного виртуального тренажера;

3) сформирована методика создания интерактивного виртуального тренажера;

4) сформирована методика обучения с использованием созданного виртуального тренажера, заменяющего реальный объект виртуальным;

5) разработана автоматизированная система создания и воспроизведения виртуальных тренажеров «УМиаП^аЬ»;

6) проверена работоспособность и эффективность автоматизированной системы «У1гШа1ЬаЬ».

Представленная модель и методики позволяют преподавателям создавать виртуальные лабораторные работы без участия технических специалистов. Следует отметить также, что использование методики требует наличия заранее подготовленных 2Б-изображений фона шагов и инструментов, что является необходимым ограничением универсальной автоматизированной системы создания интерактивных средств обучения. Разработанные таким образом виртуальные лабораторные работы могут быть использованы для приобретения учащимися знаний в последовательно выполняемых процессах. Например, обучение интерфейсам программного обеспечения, обучение работе с техническими устройствами, хирургические доступы и др.

На основе оценки экономической эффективности установлено, что применение автоматизированной системы «У1гйт1ЬаЬ» позволяет более чем в 6 раз сократить затраты на создание каждой виртуальной лабораторной работы.

В качестве перспектив развития данной работы можно отметить следующие основные этапы.

1) Добавление случайных для пользователя событий во время выполнения виртуальной лабораторной работы (открытие кровотечения, поломка прибора, перезагрузка изучаемого приложения и т.д.). Пример необходимых изменений в модели виртуального тренажера и в методике создания виртуальной лабораторной работы описаны в п. 4.2.

2) Добавление возможности создания ЗБ тренажеров с помощью автоматизированной системы создания интерактивных средств обучения, что позволит повысить уровень соответствия визуального восприятия объектов в виртуальной среде реальному их представлению.

1. Аниканова, Н. А. Качество образования в российской высшей школе: социокультурные ориентиры трансформации Текст. : дис. . канд. соц. наук : 22.00.06 / Аниканова Наталья Алексеевна. М. : РГБ, 2007. 155 с.

2. Катышева, И. А. Вопросы компьютеризации образования Текст. / И. А. Катышева // Вопросы психологии. 1986. - №5. - С. 73.

3. Дистанционное образование в России. Постановка проблемы и опыт организации Текст. / сост. В. И. Овсянников. М. : РИЦ «Альфа» МГОПУ им. М. А. Шолохова, 2001. - 185 с.

4. Информационные технологии в образовании и науке. Научно-технический отчет (УДК 378, ГРНТИ 14.35.07, 14.01.85. Шифр П.И.516). -Томск, 1998.

5. Вымятнин, В. М. Дистанционное образование и его технологии Текст. / В. М. Вымятнин, В. П. Демкин, В. Ф. Нявро. Томск, 1998. - 376 с.

6. Эффективность применения тренажера в учебном процессе Электронный ресурс. : [перевод на рус. яз. исследовательской работы проф. Gunnar Ahlberg, M.D]. — Режим доступа: http://www.laparoscopy.iu/edu/lapsiiri-study.html

7. Демкин, В. П. Технологии дистанционного обучения Текст. / В. П. Демкин, Г. В. Можаева. Томск, 2003. - 104 с.

8. Ившина, Г. В. Разработка электронных образовательных ресурсов: мониторинг качества и внедрение Текст. : ч. 1. / Г. В. Ившина. -Казань : КГУ, 2008. 97 с.

9. Вавилова, H. И. Проектирование виртуальных тренажеров Электронный ресурс. / Н. И. Вавилова- 2012. Режим доступа: http://ckto.narod.ru/stvirttr.htm

10. Филатова, H. Н. Представление знаний в мультимедиа тренажерах Электронный ресурс. / H. Н. Филатова, Н. И. Вавилова.- 2012. -Режим доступа: http://ckto.narod.ru/stastr.htm

11. Коджаспирова, Г. М. Технические средства обучения и методика их использования Текст. : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Г. М. Коджаспирова, К. В. Петров. М. : Академия, 2001. - 256 с.

12. Башмаков, А. И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем Текст. / А. И. Башмаков, И. А. Башмаков. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2003. - 616 с.

13. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации Текст. : монография / В. Е. Шукшунов [и др.] ; под ред. В. Е. Шукшунова. М. : Машиностроение, 2005. - 383 с. : ил. + 8 л. ил.

14. Зубов, M. Е. Математическое и программное обеспечение новых технологий проектирования виртуальных тренажеров Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук. : 05.13.11 : защищена 22.04.03 / Максим Евгеньевич Зубов. Москва, 2003. - 20 с.

15. LapSim- виртуальный тренажер по эндохирургии Электронный ресурс.- 2012. Режим доступа: http://www.laparoscopy.ru/edu/lapsim.html

16. Content validation of LapSim cutting module Текст. / F. J. Carter, S. J. Farrell, N. K. Francis, G. D. Adamson, W. C. Davie, J. P. Martindale, A. Cuschieri // Abstracts of International Congress of the 13th EAES Venice; Lido. -2005.-P. 116-117.

17. A virtual reality simulator for objective assessment of surgeons laparoscopic skill Текст. : [article in German] / I. Hassan, H. Sitter, K. Schlosser, A. Zielke, M. Rothmund, B. Gerdes // Chirurg. 2005. - Vol. 76, issue 2. - P. 151- 156.

18. A structured curriculum based approach for teaching complex laparoscopic skills using VR simulators Текст. / Y. Munz [et al] // Surg. Endosc.- 2004 Vol. 18, suppl. 232. - Presented as a poster in SAGES 2004.

19. Assessing the learning curve for the acquisition of laparoscopic skills on a virtual reality simulator Текст. / V. Sherman, L. S. Feldman, D. Stanbridge, R. Kazmi, G. M. Fried // Surg. Endosc. 2005. - Vol. 19, № 5. - P. 678 - 682.

20. Tomulescu V. The use of LapSim virtual reality simulator in the evaluation of laparoscopic surgery skill Текст. / V. Tomulescu, I. Popescu // Chirurgia (Bucur). 2004. - Vol. 99, № 6. - P. 523 - 527.

21. Автомобильный тренажер «ОТКВ-2М» Электронный ресурс. -2012. Режим доступа: http://www.npp-trener.ru/go.php?page=otkv2m

22. Симулятор военной и гражданской техники «Скорпион» Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://ti-sys.tradition.ru/protected/trainingsimulators/

23. Виртуальная реальность Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/BHpTyanbHaH реальность

24. Обучение на основе Виртуальной реальности Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://sike.ru/articles/obuchenie-na-osnove-virtualnoi-realnosti

25. Виртуальная реальность в образовании Электронный ресурс. -2012. Режим доступа: http://www.intelin.ru/index.php?p=3

26. Виртуальная реальность на страже образования Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://www.megabotan.ru/pages/virtyalnaiarealnostnastrazeobrazovania

27. Антонова, О. А. Теория и практика виртуальной реальности. Логико-философский анализ Текст. / О. А. Антонова. СПб. : Издательство СПбГУ, 2008. - 168 с.

28. Баксанский, О. Е. Виртуальная реальность и виртуализация реальности Текст. / О. Е. Баксанский // Концепция виртуальных миров и научное познание. СПб. : РХГИ, 2000. - 320 с.

29. Гамбург, К. С. Виртуальные стендовые лабораторные работы как инновационная форма контекстного обучения Текст. : дис. . канд. пед. наук : 13.00.01 / Гамбург Клавдия Соломоновна. М., 2006. - 186 с.

30. Григорьева, С. В. Условия эффективного применения виртуальных лабораторий при дистанционном образовании в военно-учебных заведениях Текст. : дис. . канд. пед. наук : 13.00.08 / Григорьева Светлана Васильевна. СПб., 2008. - 157 с. : ил.

31. Наседкина, Ю. В. Компьютерные виртуальные реальности как феномен современной культуры Текст. : дис. . канд. культурол. наук: 24.00.01 / Наседкина Юлия Валерьевна. СПб., 2005. - 156 с.

32. Adams, Nina. Lessons from the virtual world, (virtual reality in training) Электронный ресурс. / Nina Adams // Training. 1995. - June 1 -Режим доступа: http://business.highbeam.eom/l 37618/article-1G1 -17179012/lessons-virtual-world

33. Commercial Aircraft visualizations and Mixed Reality Solutions for Sales and Marketing Электронный ресурс. 2000. - Режим доступа: http://www.eonreality.com/lp/3d aerospace.html

34. Резяпов, Н. Развитие систем компьютерного моделирования в вооружённых силах США Текст. / Н. Резяпов // Зарубежное военное обозрение. 2007. - № 6. - С. 17 - 23.

35. UK Combined Arms Tactical Trainer (UK CATT) Электронный ресурс. 2010. - Режим доступа: http://www.lockheedmartin.com/uk/what-we-do/products/UKCombinedArmsTacticalTrainer.html

36. AVCATT Aviation Combined Arms Tactical Trainer Электронный ресурс. - 2010. - Режим доступа: http://www.intersense.com/pages/49/138/

37. General Motors Use of Virtual Reality Электронный ресурс. -[2010]. Режим доступа: https://www.osc.edu/research/videolibrary/gm

38. GM's Road to Virtual Product Development Электронный ресурс. 2010. - Режим доступа: http://history.gmheritagecenter.com/wiki/index.php/GM's Road to Virtual Produ ctDevelopment

39. VW uses virtual technology for service training Электронный ресурс. 2010. - Режим доступа: http://www.automotiveit.com/vw-uses-virtual-technology-for-service-training/news/id-00670

40. Ramsey, Jonathon. Ford turns to virtual reality to design better cars. and space missions? Электронный ресурс. / Jonathon Ramsey. 2010. - Режим доступа: http://www.autoblog.com/2010/01/21/ford-turns-to-virtual-reality-to-design-better-cars-and-space/

41. Burns, Matt. An insider's look at Ford's virtual reality design tools Электронный ресурс. / Matt Burns. 2010. - Режим доступа: http://techcrunch.com/2010/05/22/an-insiders-look-at-fords-virtual-reality-design-tools.http://www.ist reality-centre/

42. Brusilovsky, P. Web-based education for all: A tool for developing adaptive courseware Текст. / P. Brusilovsky, J. Eklund, E. Schwarz // Computer Networks and ISDN Systems. 1998. - Vol. 7. - P. 291 - 300.

43. Что такое LabView? Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://www.labview.ru/labview/whatislabview/index.php

44. Разработка виртуальных тренажеров путем моделирования технологических процессов пищевых производств с использованием языка программирования Lab VIEW Электронный ресурс. 2010. - Режим доступа: http://lab-centre.ru/mess 175 .htm

45. National Instruments Corp. Lab VIEW for Windows. Demonstration Guide. 2002. 125 p.

46. Клименко, С. Профессиональные системы виртуальной реальности на базе PC Электронный ресурс. / С. Клименко, И. Вигер. 2003.- Режим доступа: http://nvworld.ru/files/old/docs/reality.html

47. Мультимедиа тренажеры для обучения эмпирическим знаниям Текст. / Н. Н. Филатова, Е. С. Голованов, Н. И. Вавилова, Н. А. Борисов // Труды межд. конф. КДС-99. Ялта. Ялта, 1999. - С. 32 - 64.

48. Матлин, А. О. Модель виртуальной лабораторной работы в автоматизированной системе создания интерактивных средств обучения Текст. / А. О. Матлин, С. А. Фоменков // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2012. - № 9. - С. 56 - 59.

49. Матлин, А. О. Автоматизированная система создания интерактивных средств обучения в образовательном процессе Текст. / А. О. Матлин, С. А. Фоменков // Открытое образование. 2012. - № 2. - С. 18-21.

50. Microsoft Solution Framework Электронный ресурс. 2009. -Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/MicrosoftSolutions Framework

51. Колесов, А. Введение в методологию Microsoft Solutions Framework Электронный ресурс. / А. Колесов // BYTE/Россия. 2004. - № 7.- Режим доступа: http://www.interface.ru/fset.asp?Url=/microsoft/vvm.htm

52. Фаулер, M. UML. Основы Текст. : Краткое руководство по стандартному языку объектного моделирования : пер. с англ. / М. Фаулер. -3-е изд. СПб. : Символ-Плюс, 2004. - 192 с. : ил.

53. ГОСТ 34.003-90. Автоматизированные системы. Термины и определения Текст. Взамен ГОСТ 24.003-84, ГОСТ 22487-77; введ. 199201 -01. - М. : Изд-во стандартов, 1991.-21 с.

54. ГОСТ 34.601-90. Автоматизированные системы. Стадии создания Текст. Введ. 1992-01-01. - М. : Издательство стандартов, 1991. - 8 с.

55. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы Текст. : ГОСТ 34.201-89, ГОСТ 34.602-89, РД 50-682-89. Введ. 1990-01-01. - М. : Издательство стандартов, 1989. - 32 с.

56. Мищук, А. Применение UML в жизненном цикле проектов Электронный ресурс. / А. Мищук. 2009. - Режим доступа: http://www.interface.ru/fset.asp ?Url=/rational/umlob.htm

57. Дейт, К. Дж. Введение в системы баз данных Текст. / К. Дж. Дейт. М. : Вильяме, 2006. - 1328 с.

58. Камаев, В. А. Технологии программирования Текст. : учебник / В. А. Камаев, В. В. Костерин. М. : Высш. шк., 2005. - 359 с.

59. Касперски, К. Техника оптимизации программ. Эффективное использование памяти Текст. / К. Касперски. СПб. : БХВ-Петербург, 2003. - 464 с.

60. ISO 13407 (1999) Human centered design processes for interactive systems. Geneva : ISO, 1999.

61. ISO 9241-10 (1996) Ergonomie requirements for office work with visual display terminals (VDT)s. Geneva : ISO, 1996.

62. ISO 10075 (1991) Ergonomie principles related to mental workload. General terms and definitions Geneva : ISO, 1991.

63. The Society for Modeling and Simulation International Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://www.scs.org/Publications.

64. MSDN Library Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://msdn.microsoft.com.

65. Stoecker, Matthew A. MCTS Self-Paced Training Kit (Exam 70-511): Windows Application Development with Microsoft .NET Framework 4 Мультимедиа. / Matthew A. Stoecker. Washington : Microsoft Press, 2011. -633 p.

66. Введение в WPF Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/aa970268.aspx.

67. MacDonald, Matthew. Pro WPF in C# 2010: Windows Presentation Foundation in .NET 4 Текст. / Matthew MacDonald. New York : Apress, 2006.-1181 p.

68. Windows Presentation Foundation Электронный ресурс. 2010. -Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms754130.aspx

69. Microsoft Expression Studio Электронный ресурс. 2010. -Режим доступа: http://www.microsoft.com/expression/

70. Среда разработки VisualStudio Электронный ресурс. 2010. -Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/vstudio/default.aspx

71. Андреев, В. О чем надо помнить при разработке пользовательского интерфейса Электронный ресурс. / В. Андреев. [2001]. - Режим доступа: http://www.usability.ru/Articles/instruction.htm.

72. Головач, В. Дизайн пользовательского интерфейса Электронный ресурс. / В. Головач. — [2003]. Режим доступа: http://uibook2.usethics.ru/uibookII.pdf. - Версия 2.11, обновление от 20.5.2010.

73. Головач, В. Создание прототипов интерфейсов Электронный ресурс. / В. Головач. [2002]. - Режим доступа: http://www.usethics.ru/lib/prototype/.

74. Гультяев, А. К. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса Текст. / А. К. Гультяев, В. А. Машин. М. : Корона-Принт, 2007.-352 с.

75. Компания Usethics. Схема процесса проектирования пользовательского интерфейса Электронный ресурс. [2002]. - Режим доступа: http://www.usethics.ru/service/usethicsworkprocess.pdf.

76. Нильсен, Я. Элементарные основы юзабилити Электронный ресурс. / Я. Нильсен ; пер. А. Качанова. [2000]. - Режим доступа: http://www.webmascon.com/topics/testing/14a.asp.

77. Новиков, М. Паттерн разработки Abstract Factory Электронный ресурс. / М. Новиков //. RSDN Magazine. 2005. - № 4. - Режим доступа: http://www.rsdn.ru/article/patterns/AbstractFactory.xml. - Опубликовано: 03.03.2006; Версия текста: 1.0)

78. Разработка абстрактных классов Электронный ресурс. [2006]. - Режим доступа: http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/vstudio/ms229047(v=vs. 100).aspx.

79. Спольски, Д. Руководство по UI дизайну для программистов Электронный ресурс. / Д. Спольски ; пер. Н. Луневой. [2000]. - Режим доступа: http://russian.ioelonsoftware.eom/uibook/chapters/l.html.

80. Тидвелл, Д. Разработка пользовательских интерфейсов Текст. / Д. Тидвелл; пер. с англ. Е. Шикаревой. СПб. : Питер, 2008. - 416 с.

81. Cooper, A. About Face 2.0. The Essentials of Interaction Design Текст. / A. Cooper, R. Reimann. Indianapolis : Wiley Publishing, 2003. - 5401. P

82. Corno, F. An Intelligent User Interface oriented to non-expert users Electronic resource. / F. Corno, L. Farinetti, G. Squillero // WebNet2000: World

83. Conference on the WWW and Internet, San Antonio, Texas (USA), October 2000, P. 675 676. - 2001. - Режим доступа: http://www.cad.polito.it/pap/exact/webnet00b.html.

84. Scott, N. Intelligent User Interfaces Электронный ресурс. [2001]. - Режим доступа : http://www.cisp.org/imp/march2001/scott/Q301scott.htm.

85. Slagle J. R. Ideas for Intelligent User Interface Design Электронный ресурс. / J. R. Slagle, Z. Wieckowski. [1998]. - Режим доступа : http://kuba.korea.ac.kr/~ixix/Article/agent/ideasforintelligent user interface de sign.pdf.

86. User Models and User Physical Capability Текст. / Simeon Keates, Patrick Langdon, P. John Clarkson, Peter Robinson // User Modeling and User-Adapted Interaction. 2002. - № 3. - P. 139 - 169.

87. User Models, Intelligent Interface Agents and Expert Systems / S. M. Brown, R. A. Harrington, E. Jr. Santos, S. В Banks. Электронный ресурс. -[1997]. Режим доступа: http://en.afit.af.mil/ai/publications/Conference/smb-um97-ws.pdf.

88. Wasrn, A. What is an Intelligent Interface? Электронный ресурс. / A. Wsern. [1997]. - Режим доступа: http://www.sics.se/~annika/papers/intint.html.

89. Welie M. Interaction patterns in user interfaces Электронный ресурс. / M. Welie, H. Traetteberg. [2000]. - Режим доступа: http://www.idi.ntnu.no/~hal/publications/design-patterns/PLoP2k-Welie.pdf

90. XML Википедия Электронный ресурс.- [2012]. - Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/XML

91. Как собрать электрическую цепь Электронный ресурс. 2011.-Режим доступа: http://www.kakprosto.ru/kak-40487-kak-sobrat-elektricheskuyu-сер

92. Эффективность системы Электронный ресурс. 2012. - Режим доступа: 1Шр://щ^к1ресИа.огеАу1к1/Эффективностьсистемы

93. Нетёсова, О. Методы оценки эффективности автоматизированных информационных систем Электронный ресурс. / О. Нетёсова // Бухгалтер и компьютер. 2004. - № 7. - Режим доступа: http://www.buhcomp.ru/htm/newnamb/arhive 2004/07/statyi/statya 2.shtml

94. ГОСТ 24.702-85 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Эффективность автоматизированных систем управления. Основные положения Текст. Введ. 1987-01-01. - М. : Издательство стандартов, 1986. - 6 с.

95. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612088 Автоматизированный программный комплекс «Электронное образование», 2008.

96. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012619127 Автоматизированная система создания интерактивных средств обучения, 2012.