Система підтримки прийняття рішень для формування компетентностей в ІТ галузі із застосуванням технологій віртуальної та доповненої реальності

Abstract

Метою кваліфікаційної роботи є системний аналіз проблем, які слід розв’язати для формування загальних та фахових компетентностей в IT галузі та розроблення структури системи підтримки прийняття рішень (СППР) щодо освітнього процесу у віртуальному навчальному середовищі за допомогою комплексу додатків віртуальної та доповненої реальності. Об’єктом дослідження є процеси прийняття рішень під час формування освітньої траєкторії, побудови та реалізації навчальних сценаріїв. Предметом дослідження є застосування технологій розширеної реальності для вдосконалення процесу здобуття фахових компетенцій в IT-галузі. В процесі дослідження використано методи системного аналізу та дослідження операцій а також методологію моделювання UML. Зроблено системний аналіз об’єкту дослідження, опис предметної області, змістовну постановку задачі та її формалізацію. Вказано, що наявність гнучкого механізму задоволення студентами їх потреби в чіткій професійній орієнтації відповідно до індивідуальних характеристик та актуальних вимог працедавців є способом реалізації стратегічної мети забезпечення високої якості освіти [1]. Показана необхідність забезпечити та візуалізувати зв’язок поточних рішень з майбутніми результатами, що допоможе прогнозувати наслідків та усвідомлено обирати альтернативні варіантів досягнення освітніх цілей, а також значний потенціал для впровадження засобів віртуальної та доповненої реальності не лише у професійні тренінги, а також у процес підготовки фахівців інформаційної галузі. На основі проведеного порівняльного аналізу з врахуванням специфіки інформаційної галузі розроблено структуру системи прийняття рішень [2], яка дозволить, з застосуванням методів віртуальної реальності, підвищити ефективність процесів прийняття рішень в розподілених навчальних середовищах. Для задачі визначення індивідуальної освітньої траекторії, яка забезпечить ефективний вибір варіативних складових та набуття фахових компетенцій, обрано метод аналітичної ієрархії. Побудовано модель модуля для підтримки прийняття рішень щодо вибору предметів варіативної складової та додаткових онлайн-курсів з використанням сценаріїв здобувачем вищої освіти. Створення основи для впровадження інструментів віртуальної (VR) та доповненої (AR) реальності у сценарії навчання [3] може забезпечити швидші та ефективніші методології для сертифікаційного навчання початківців, а також діючих ІТ-професіоналів. Спроектована СППР з застосуванням технологій розширеної реальності може бути застосована не лише для формування індивідуальної освітньої треєкторії, а також для прийняття рішень щодо вибору типів завдань, послідовності завдань, конкретних завдань та способів їх подання, оцінювання системою результатів виконання завдань, адаптивного тестування. Розроблено приклад навчального сценарію, який включає опис дій, їх порядок, зв’язки й послідовність, очікуваний результат в термінах формалізованих компетентностей. У процесі навчання СППР визначає стан (актуальний рівень знань та умінь) і пропонує набір цілей для досягнення. Діяльності можуть бути активовані залежно від вхідних сигналів (тригерів), відповідей студента та контенту, який потрібно візуалізувати за допомогою інструментів VR чи AR, та особливостей імітованого використання [4, 5]. СППР при цьому повинна працювати як модуль, що вирішує питання пріоритизації варіантів та узгодження виборів багатьох агентів, які одночасно взаємодіють шляхом телеприсутності. Для практичної реалізації VR-оточення було обрано рушій Unity, причому скрипти взаємодіють з компонентами об’єктів, які визначають поведінку об’єктів. Створення цифрових двійників відбувалося методом фотограмметрії з наступною обробкою в 3DF Zephyr. Досліджено можливість застосування технології Leap Motion Controller для реалізації жестового інтерфейсу. Проведено розрахунки витрат на розробку системи підтримки прийняття рішень із застосуванням засобів VR та AR для обгрунтування доцільності розробки інформаційної системи. Результати економічних обчислень показали, що дане проектне рішення має переваги в порівнянні з аналогами. Впровадження запропонованого підходу може вдосконалити методи викладання з використанням технологій загалом, сприяючи розвитку освітніх ресурсів, реалізованих у VR та AR (включаючи дистанційне навчання, комп’ютерне проектування), які забезпечать важелі впливу для багатьох інноваційних галузей, що забезпечить ефективну адаптацію до віддаленого режиму навчання та роботи. Для впровадження розробленої моделі вона потребує більшої конкретизації з врахуванням особливостей умов діяльності певного університету чи організації.

The goal of the qualification work is a systematic analysis of problems to be solved for the formation of general and professional competencies in the IT field and to develop the structure of the decision support system for the educational process in virtual learning environment using virtual and augmented reality applications. The study object is the decision-making process during the formation of the educational trajectory, construction and implementation of educational scenarios. The scope of research is the application of augmented reality technologies to improve the process of acquiring professional competencies in the IT field. The methods of system analysis and operations research as well as modeling methodology UML were used. A systematic analysis of the object of study, a description of the subject area, meaningful statement of the problem and its formalization. It is indicated that the presence of a flexible mechanism to meet students' needs for a clear career guidance in accordance with individual characteristics and current requirements of employers is a way to realize the strategic agenda ensuring high quality of education [1]. The need to provide and visualize the connection of current choices with future results, which will help predicting the consequences and consciously choose alternatives to achieve educational goals, as well as significant potential for the introduction of virtual and augmented reality not only in professional training but also in educational programs for information industry. Based on the comparative analysis, taking into account the peculiar features of the information industry, the structure of the decision-making system was developed, which will allow the efficiency increase of decision-making processes [2] in distributed learning environments, using virtual reality methods. The analytical hierarchy method was chosen for determining the individual educational trajectory, which will ensure the effective selection of variable components and the acquisition of professional competencies.A model of the module has been built to support decision-making on the choice of subjects of the variable component and additional online courses using scenarios by the applicant. Creating a framework for implementing virtual (VR) and augmented (AR) reality tools in a learning scenario [3] can provide faster and more effective methodologies for certification training for beginners as well as current IT professionals. The designed decision support system with the use of augmented reality technologies can be used not only to form an individual educational trajectory, but also to make decisions on the choice of types of tasks, sequence of tasks, specific tasks and ways to submit them, evaluation of results, adaptive testing. An example of a learning scenario has been developed, which includes a description of actions, their order, connections and sequence, the expected result in terms of formalized competencies. In the process of learning the decision support system determines the state (current level of knowledge and skills) and offers a set of goals to achieve. Activities can be activated depending on the input signals (triggers), student responses and content to be visualized using VR or AR tools, and features of simulated use [4, 5]. Decision support system should operate as a backend module that addresses the issue of prioritization and coordination of choices of many agents who simultaneously interact through means of telepresence. The Unity engine was chosen for the practical implementation of the VR environment, and the scripts interact with the components of the objects that determine the behavior of the objects. Digital twins were created by photogrammetry method followed by processing in 3DF Zephyr. The possibility of using Leap Motion Controller technology to implement a gesture interface has been investigated. Calculations of costs for the development of a decision support system using virtual and augmented reality tools has been done to justify the feasibility of developing an information system. The results of economic calculations show that the proposed design solution has certain advantages over analogues. The implementation of the proposed approach can promote technology-based teaching in general by promoting the development of VR and AR educational resources (including distance learning, computer-aided design) that will provide leverage for many innovative industries to effectively adapt to distance learning and work. To implement the developed model, it needs a more detailed specification, taking into account the peculiarities of the conditions of a particular university or organization.

Key Words: DESISION SUPPORT SYSTEM, LEARNING MANAGEMENT SYSTEM, COMPETENCIES, VIRTUAL REALITY, AUGMENTED REALITY.