制御工学教育に応用されたオンラインバーチャルリアリティネットワーク制御実験室

要約

この研究では、VRデバイスがサポートする没入型でインタラクティブな実験機能をユーザーに提供する、WebVRベースのオンライン仮想現実(VR)ラボラトリーシステムについて説明します。提案されたシステムは、オンライン実験へのユーザー参加のリアリズムを高めるのに役立つだけでなく、幅広いオンラインラボフレームワークにも適用できます。

要約

オンラインラボは、工学教育において重要な役割を果たしています。この作業では、WebVRベースの仮想実験室システムについて説明します。ユーザーは、仮想現実(VR)デバイスを介してシミュレートされた実験室環境に入り、物理的な実験室での実践的な実験と同様に、実験装置と対話します。さらに、提案されたシステムでは、ユーザーは独自の制御アルゴリズムを設計し、さまざまな制御パラメータの影響を観察して、実験の理解を深めることができます。提案された仮想実験室の特徴を説明するために、この論文では、二重倒立振り子システムの実験である例が示されています。実験結果は、提案されたシステムが、ユーザーが没入型でインタラクティブな方法で実験を行うことを可能にし、ユーザーにプリンシパルデザインから実験操作までの完全な実験プロセスを提供することを示しています。また、あらゆるバーチャルラボを教育やトレーニングのためのWebVRベースのバーチャルラボに変えるソリューションも提供されています。

概要

インターネットの進歩とモバイルデバイスの人気に伴い、オンライン教育の需要が高まっています¹。特に、流行が蔓延している時期には、従来の教育機関は対面式の指導を効果的に行う上で課題に直面することが多く、これは重要な教育的アプローチとしてのオンライン教育の重要性を浮き彫りにしています²。理論コースは、オンラインプラットフォームに比較的簡単に移行できます。これらは、リモートビデオ会議ソフトウェアや大規模公開オンラインコース(MOOC⁾³などのツールを使用して実施できます。しかし、実践的なコースでは、従来の研究室で実践的な実験を行う必要があるため、より大きな課題に直面しています。

研究者は、実験装置をオンラインで利用できるようにするという課題に取り組むために多大な貢献をしてきました。過去20年間にわたり、オンラインラボ^4,5の概念と技術について広範な研究が行われてきました。オンラインラボには、通常、リモートラボ⁶、バーチャルラボ⁷、およびハイブリッドラボ⁸が含まれます。これらのオンライン....

プロトコル

この研究は、武漢大学の人間研究倫理委員会のガイドラインを満たしており、すべての実験データについてインフォームドコンセントが得られました。この論文では、二重倒立振子システムの実験ステップについて説明し、すべてのステップをWebVRベースのNCSLabで実行します。

1. WebVRベースのNCSLabシステムにアクセスする

1. WebVRをサポートするWebブラウザを開きます。WebVR ベースの NCSLab の Uniform Resource Locator (URL) を入力して、システムにアクセスします。
2. 「実験の開始」ボタンをクリックして、NCSLabシステムにログインします。初めてシステムにログインする場合は、アカウント登録を行ってください。
3. NCSLabシステムにログインし、左側のメニューバーから別の実験を選択し、この場合は二重倒立振子実験を選択します。
4. メインページの3Dサブページにアクセスします。
   注:メインページには5つのサブページがあり、最初のサブページは機器モデルの紹介です。これには、3D モデルのアニメーションとドキュメントが含まれています。このページにアクセスすることで、ユーザーは二重倒立振子システムの原理を把握でき、その後の実験を便利に実行できます。
5. 「Request Contr....

ディスカッション

提示されたプロトコルは、ユーザがオンラインでVR実験を行うことを可能にするが、また、大規模なアプリケーションの推進を助長する低コストのPCコントローラ²⁸を使用することを可能にする仮想実験室システムを説明する。ユーザーは、原理やアルゴリズムから実際の実験操作まで、実験プロセス全体についての知識を得ることができます。このシステムにより、ユーザ?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3DS Max	Autodesk		3ds Max professional 3D modeling, rendering, and animation software enables you to create expansive worlds and premium designs. https://www.autodesk.com/ca-en/products/3ds-max/overview
Meta Quest 2	Meta Platforms	10036728220341	meta quest 2 is a standalone virtual reality headset that allows users to experience WebVR content. https://www.meta.com/it/quest/products/quest-2/
Unity	Unity Technologies		Unity is the platform for real-time 3D interactive content creation and operation. All creators, including game developers, artists, architects, automotive designers, film and television, use Unity to bring their ideas to life. The Unity platform offers a complete suite of software solutions for creating, operating, and realizing any real-time interactive 2D and 3D content on cell phones, tablets, PCs, game consoles, augmented reality, and virtual reality devices. https://unity.com/cn