Віртуальна лабораторія високої напруги для наукових досліджень та освіти

Abstract

The adoption of immersive technologies is reshaping engineering education, particularly in high-risk fields such as high-voltage (HV) engineering, which plays a crucial role in modern urban energy infrastructure. This paper introduces VLab-HV, a 3D virtual laboratory developed in Unreal Engine 5 to support the “High Voltage Engineering” course for undergraduate students in Power Engineering, Electrical Engineering, and Electromechanics. The study examines how immersive, gamified learning environments enhance educational outcomes, safety competence, and readiness to address urban energy infrastructure challenges. We hypothesize that VLab-HV substantially improves student engagement, knowledge retention, practical proficiency, and safety awareness compared to conventional laboratory settings, thereby contributing to the resilience of urban energy systems. The virtual laboratory includes ten curriculum-aligned experiments, interactive gamified tasks, and AI-driven instructional support, providing a safe and engaging environment for mastering HV concepts. Evaluation through usability testing, engagement analytics, and student surveys demonstrates significantly improved learning performance. The results underscore VLab-HV’s effectiveness in preparing future engineers and energy professionals for complex urban infrastructure challenges, with future developments aimed at incorporating multiplayer collaboration and full virtual reality (VR) capabilities.Впровадження занурювальних технологій трансформує інженерну освіту, особливо в галузях із підвищеним ризиком, таких як техніка високих напруг (ВН), що відіграє ключову роль у сучасній міській енергетичній інфраструктурі. У цій статті представлено VLab-HV – тривимірну віртуальну лабораторію, розроблену в Unreal Engine 5 для підтримки курсу «Техніка високих напруг» для студентів спеціальностей Енергетика, Електротехніка та Електромеханіка. Дослідження розглядає, як занурювальні та гейміфіковані навчальні середовища підвищують ефективність навчання, рівень безпекової компетентності та готовність студентів до вирішення проблем міської енергетичної інфраструктури. Висунуто гіпотезу, що VLab-HV суттєво покращує залученість студентів, збереження знань, практичні навички та усвідомлення безпеки порівняно з традиційними лабораторними умовами, тим самим сприяючи підвищенню стійкості міських енергосистем. Віртуальна лабораторія включає десять навчальних експериментів, узгоджених із програмою курсу, інтерактивні гейміфіковані завдання та інтелектуальну підтримку на основі штучного інтелекту, забезпечуючи безпечне й захопливе середовище для опанування концепцій високої напруги. Оцінювання, проведене через тестування зручності використання, аналітику залученості та опитування студентів, показало суттєве підвищення результатів навчання. Отримані результати підтверджують ефективність VLab-HV у підготовці майбутніх інженерів та енергетичних фахівців до роботи з комплексною міською інфраструктурою. У подальшому планується розширення функціоналу лабораторії шляхом впровадження багатокористувацької взаємодії та повної підтримки віртуальної реальності (VR)