Аннотация: Данная статья посвящена тому, создание национальной виртуальной университетской платформы, геометрическое моделирование дизайна экстерьеров, интерьеров и персонажей в области информационных технологий на основе 3D технологий. Мы знаем, что визуализация использует геометрические сплайны и методы построения полигональных сеток. В системах виртуальной реальности каждый объект представлен трехмерной моделью. Настоящая задача сейчас - создать пользовательские модели, которые ими управляют. Трехмерная модель персонажа представлена картой глубины, точками, полигональной моделью, параметрической моделью, описывающей антропометрические, ансафные и профильные черты человеческого лица. Процесс исследования включает изучение правил визуализации виртуальных трехмерных объектов через внутренние и внешние модели, теорию геометрического моделирования, алгоритмы, методы и алгоритмы компьютерного моделирования, применение алгоритмов виртуальной реальности в образовании. Сегодня, когда в нашей стране стремительно развиваются инженерия и технологии, путешествия в виртуальный мир вызывают у многих большой интерес. В результате трехмерный контент и ландшафтный дизайн расширяют человеческое воображение и служат для того, чтобы запечатлеть наши знания о предмете и объекте в нашей памяти. Было бы эффективнее перенести практические занятия в компьютерных залах учебных заведений в виртуальный мир и организовать их в этой виртуальной среде с помощью виртуальных объектов. Кроме того, все аспекты предмета могут быть объяснены и преподаны, и студенты будут иметь возможность использовать его виртуально. Создание панели инструментов, включающей все виртуальные объекты, становится приоритетной задачей. Использовались технологии объектно-ориентированного программирования и методы тестирования. В данной статье предлагаются новые методы геометрического моделирования трехмерных объектов, упомянутых выше, то есть конструктивный логико-алгебраический метод R-функций (RFM). Этот метод позволяет изображать 3D-объекты высокой сложности.

Ключевые слова: Виртуальная среда, виртуальные университетов, Полигональная модель, геометрические сплайн-функции, конструктивная твердотельная геометрия, функции Рисси, функции Рвачева, Трехмерная модель, полигонов, персонаж

Abstract: This article is devoted to the creation of a national virtual university platform, geometric modeling of the design of exteriors, interiors and characters in the field of information technology based on 3D technologies. We know that visualization uses geometric splines and polygonal mesh construction methods. In virtual reality systems, each object is represented by a three-dimensional model. The real challenge now is to create custom models that control them. A three-dimensional model of a character is represented by a depth map, dots, a polygonal model, a parametric model describing anthropometric, ansaphic and profile features of a human face. The research process includes the study of the rules of visualization of virtual three-dimensional objects through internal and external models, the theory of geometric modeling, algorithms, methods and algorithms of computer modeling, the use of virtual reality algorithms in education. Today, when engineering and technology are rapidly developing in our country, traveling to the virtual world is of great interest to many. As a result, three-dimensional content and landscape design expand the human imagination and serve to capture our knowledge about the subject and object in our memory. It would be more effective to transfer practical classes in computer halls of educational institutions to the virtual world and organize them in this virtual environment using virtual objects. In addition, all aspects of the subject can be explained and taught, and students will be able to use it virtually. Creating a toolbar that includes all virtual objects becomes a priority. Object-oriented programming technologies and testing methods were used. This article proposes new methods of geometric modeling of three-dimensional objects mentioned above, that is, the constructive logical-algebraic method of R-functions (RFM). This method allows you to depict 3D objects of high complexity.

Keywords: Virtual environment, virtual universities, Polygonal model, Geometric spline functions, Constructive solid geometry, Function Rissi, Function Rvachev, three dimensional model, polygons, avatars

Аннотация: Предметом исследования являются особенности организации интерфейсов виртуальной реальности. Автор подробно рассматривает такие аспекты темы, как вовлеченность пользователя в виртуальную среду, различные способы и сценарии взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью, безопасность пользователя в виртуальной среде, а также такое явление, как киберболезнь и способы ее предотвращения. В исследовании также рассматривается использование голосового управления в качестве альтернативы ручному. Особое внимание в данном исследовании уделяется классификации интерфейсов виртуальной реальности, среди которых выделяются и подробно рассматриваются сенсорные интерфейсы, интерфейсы на основе моторики пользователя, сенсомоторные интерфейсы, интерфейсы для моделирования и разработки виртуальной реальности.    Основным выводом проведенного исследования является то, что интерфейс виртуальной реальности должен проектироваться с учетом эргономики пользователей для предотвращения мышечной усталости и киберболезни. Кроме того, очень важным при проектировании интерфейсов виртуальной среды является обеспечение безопасности пользователя: пользование интерфейсом виртуальной реальности не должно приводить к травмированию пользователя. Для создания эргономичного и безопасного интерфейса виртуальной реальности зачастую требуется сочетание различных видов интерфейсов, с помощью которых пользователь может получить доступ к альтернативному способу управления или улучшенной навигации. Особым вкладом автора в исследование темы является описание классификации интерфейсов виртуальной реальности.

Ключевые слова: Виртуальная реальность, Голосовое управление, Сенсомоторные интерфейсы, Тач-интерфейсы, Киберболезнь, Вовлеченность пользователя, Графические интерфейсы, Мышечная усталость, Моторика пользователя, Проектирование интерфейсов

Abstract: The subject of the study is the features of the organization of virtual reality interfaces. The author examines in detail such aspects of the topic as user involvement in the virtual environment, various ways and scenarios of user interaction with virtual reality, user security in the virtual environment, as well as such a phenomenon as cyberbullying and ways to prevent it. The study also considers the use of voice control as an alternative to manual. Particular attention in this study is paid to the classification of virtual reality interfaces, among which sensory interfaces, interfaces based on user motor skills, sensorimotor interfaces, interfaces for modeling and developing virtual reality are distinguished and considered in detail.    The main conclusion of the study is that the virtual reality interface should be designed taking into account the ergonomics of users to prevent muscle fatigue and cyber-pain. In addition, it is very important to ensure the user's safety when designing virtual environment interfaces: using the virtual reality interface should not lead to injury to the user. To create an ergonomic and secure virtual reality interface, a combination of different types of interfaces is often required, through which the user can access an alternative control method or improved navigation. A special contribution of the author to the study of the topic is the description of the classification of virtual reality interfaces.

Keywords: Interface design, User motor skills, Muscle fatigue, Graphical interfaces, User engagement, Cyberbullying, Sensorimotor interfaces, Touch interfaces, Voice control, Virtual reality

Аннотация: Объектом исследования является метод объемного рендеринга на основе трехмерных текстур и функционально заданных поверхностей в интерактивном режиме с применением графических ускорителей. Предлагается иерархический подход представления текстур в памяти и способ управления большими массивами вокселей. Иерархическая структура имеет компактное описание текстур с использованием однородности данных и важности информации для уменьшения требуемой памяти и скорости вычислений. В основе метода лежит эффективное управление текстурами, в которой назначается память текстур по степени значимости региона и содержанию воксельных данных. Сочетание данных, интерполяции и важности данных определяют выбранный набор узлов дерева. Эти узлы определяют, как должен быть объем разложен и представлен в памяти текстур. Метод исследования базируется на аналитической геометрии в пространстве, дифференциальной геометрии и векторной алгебре, теории интерполяции и теории матриц, опирается на математическое моделирование и теорию вычислительных систем. Основными выводами проведенного исследования являются: возможность визуализации большого числа объёмов, функционально заданных объектов, сложных полупрозрачных объемов, в том числе, пересечений объемов в конструктивном твердотельном моделировании. Рендеринг разных объемов одновременно – это более сложная проблема, чем визуализация одного объема, потому что требуются операции пересечения и смешивания. Функционально заданные поверхности хорошо подходят для встраивания внешних объектов в объемы. Модели медицинских инструментов и совмещение поверхностей с объемными данными необходимы для виртуальной компьютерной хирургии.

Ключевые слова: воксели, тексели, тайловая технология визуализации, графические ускорители, рейкастинг, конструктивная твердотельная геометрия, объемный рендеринг, функции возмущения, функционально заданные поверхности, трехмерные текстуры

Abstract: The object of study is the volumetric rendering method based on three-dimensional textures and functionally defined surfaces in an interactive mode using graphic accelerators. A hierarchical approach to the representation of textures in memory and a method for managing large arrays of voxels are proposed. The hierarchical structure has a compact texture description using data homogeneity and the importance of information to reduce the required memory and computation speed. The method is based on effective texture management, in which texture memory is assigned according to the degree of significance of the region and the content of voxel data. The combination of data, interpolation, and data importance determine the selected set of tree nodes. These nodes determine how the volume should be laid out and represented in the texture memory. The research method is based on analytical geometry in space, differential geometry and vector algebra, theory of interpolation and matrix theory, based on mathematical modeling and theory of computing systems. The main conclusions of the study are: the ability to visualize a large number of volumes, functionally defined objects, complex translucent volumes, including volume intersections in constructive solid-state modeling. Rendering different volumes at the same time is a more complex problem than rendering one volume, because it requires intersection and blending operations. Functionally defined surfaces are well suited for embedding external objects in volumes. Models of medical instruments and the combination of surfaces with volumetric data are necessary for virtual computer surgery.

Keywords: texels, tile technology of visualization, voxels, graphics processing units, constructive solid geometry, ray casting, volume rendering, perturbation functions, function-based surfaces, three dimensional textures

Аннотация: В данной статье предлагаются методы и архитектура системы переноса «живых» лекций в виртуальный мир vAcademia. Система записывает голос лектора и использует Microsoft Kinect для захвата жестов преподавателя, преобразуя эти данные в анимацию аватара лектора. На основе использования возможностей потоковых процессоров содержимое экрана проектора, который использует преподаватель, переносится непосредственно в виртуальный мир и отображается в совместном графическом рабочем пространстве, а также происходит дополнительный анализ изображения с видеокамеры Kinect для более точного определения положения тела преподавателя. Использование потоковых процессоров позволило эффективно реализовать передачу содержимого экрана проектора на совместое рабочее пространство в виртуальном мире, а также осуществлять распознавание цветных маркеров на теле преподавателя практически без потери производительности. Применение Kinect для захвата лекций (совместно с получением изображения с проектора или интерактивной доски и отображением его на виртуальной доске) могло бы позволить учителям использовать виртуальные миры как мощное средство обучения, находясь в привычной для себя среде обучения. Это и является целью данной работы.

Ключевые слова: vAcademia, Microsoft Kinect, потоковые процессоры, анализ изображения, виртуальный мир, захват лекций, презентация, слайдовые лекции, захват движения, дискретные вейвлет-преобразования

Abstract: the article reviews techniques and architecture of a system for transferring “live” lectures into virtual world vAcademia. The system records lector’s voice and uses Microsoft Kinect for capturing teacher’s gestures transforming this data into lector’s avatar animation. With the performance capabilities of streaming processors the content of the projector’s screen used by teacher is transferred directly to the virtual world and displayed in shared graphical workspace, and the additional analysis of the image from Kinect video camera is performed to more accurately determine the position of the body of the teacher. The stream processors allowed eff ectively implement the projector’s screen transfer to the virtual world shared workspace and also capture and recognize colored makers on the teacher’s body with little or no loss of performance. Using Kinect for lecture capture together with capturing image from the projector or interactive board and displaying it in the virtual world could allow teachers to use virtual worlds as a powerful learning tool while remaining in the familiar learning environment. That is the purpose of this research.

Keywords: vAcademia, Microsoft Kinect, stream processors, image analysis, virtual world, lecture capture, presentation, slide lectures, motion capture, discrete wavelet transform

Аннотация: Предложена методика обучения тактическим действиям путем моделирования игровых ситуаций в виртуальной реальности. Для обучения предварительно на сервере формируется база данных игроков, в процессе обучения сервер соединяется с компьютером тренера, на котором задаются составы нападающей и защищающейся команд игроков, их первоначальное положение и положение спортивного снаряда на игровом поле, передаваемые в компьютеры игроков. Игроки нападающей команды стремятся доставить виртуальный спортивный снаряд в зону поражения или поразить ворота защищающейся команды. Игроки защищающейся команды стремятся овладеть виртуальным спортивным снарядом или препятствовать действиям игроков нападающей команды. Предложенная методика позволяет моделировать неограниченное число игровых ситуаций, анализировать различные варианты их развития, развивать игровое мышление игроков и их взаимодействие в команде. Она может использоваться при тактической подготовке команд разной подготовленности, специализирующихся в футболе, хоккее, ручном мяче, регби, баскетболе и в других командных видах спорта.

Ключевые слова: спортивные игры, тактическая подготовка, компьютерные технологии, виртуальная реальность, индивидуальные действия, групповые действия, командные действия, игровое мышление, начинающие спортсмены, квалифицированные спортсмены

Abstract: The authors suggest method of teaching the tactical actions by simulating game situations in virtual reality. A database of players is filled on the server, the coach forms the attacking and defending teams, their initial placement and the location of implement at the field, that will be sent to the players’ computers. The players of attacking ream try to bring the virtual game object to the affected area or to hit the gate of the defending team. Players of the defending team tries to possess the virtual game object and to prevent the actions of the attacking team. The proposed method allows to simulate and unlimited number of game situations, analyze different scenarios and improve the game thinking and interaction of players. It can be used for tactical teaching in teams of varying level of training specializing in football, hockey, handball, rugby, basketball and other team sports.

Keywords: sports games, tactical training, computer technologies, virtual reality, individual actions, group actions, team actions, game thinking, young athletes, skilled athletes

Аннотация: 3D-записи занятий – мощное средство для обучения в виртуальных мирах. Однако как и видеозапись занятия, 3D-запись должна быть отредактирована преподавателем, чтобы превратиться в образовательный контент высокого качества. 3D-запись в отличие от видеопотока представляет собой сложную последовательность смены синхронизируемых свойств, привязанных к временным отсчетам относительно начала занятия. Для возможности редактирования 3D-записи требуется решить ряд технических задач, связанных с размером исходных данных, удалением ненужных ресурсов, скоростью воспроизведения отредактированной записи и размером сетевых пакетов. Этим вопросам и посвящана эта статья.

Ключевые слова: Программное обеспечение, 3d-контент, редактирование контента, виртуальные миры, 3d-запись, обучение, синхронизация, мультимедиа, ресурсы, колекция

Abstract: 3D-record of a lesson is a powerful tool for education in virtual worlds. However, as with the video records, the 3D-record needs to be edited by the teacher to turn into a high-quality educational content. As opposed to a video stream a 3D-record is a complex sequence of changes of synchronized properties bound to the timeline that starts from the beginning of the lesson. 3D-record editing capabilities require solving number of technical problems related to the size of the original data, removing unnecessary resources, speed of the record replay and the size of the network packages. The article is devoted to these issues.

Keywords: Software, 3d-content, editing, virtual worlds, 3d-record, education, synchronization, multimedia, resources, collection