Методика використання мобільних Інтернет-пристроїв при формуванні загальнонаукового компонента компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів

An analysis of the experience of professional training bachelors of electromechanics in Ukraine and abroad made it possible to determine that one of the leading trends in its modernization is the synergistic integration of various engineering branches (mechanical, electrical, electronic engineering and automation) in mechatronics for the purpose of design, manufacture, operation and maintenance electromechanical equipment. Teaching mechatronics provides for the meaningful integration of various disciplines of professional and practical training bachelors of electromechanics based on the concept of modeling and technological integration of various organizational forms and teaching methods based on the concept of mobility. Within this approach, the leading learning tools of bachelors of electromechanics are mobile Internet devices (MID) – a multimedia mobile devices that provide wireless access to information and communication Internet services for collecting, organizing, storing, processing, transmitting, presenting all kinds of messages and data. The authors reveals the main possibilities of using MID in learning to ensure equal access to education, personalized learning, instant feedback and evaluating learning outcomes, mobile learning, productive use of time spent in classrooms, creating mobile learning communities, support situated learning, development of continuous seamless learning, ensuring the gap between formal and informal learning, minimize educational disruption in conflict and disaster areas, assist learners with disabilities, improve the quality of the communication and the management of institution, and maximize the cost-efficiency. Bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects is a personal and vocational ability, which includes a system of knowledge, skills, experience in learning and research activities on modeling mechatronic systems and a positive value attitude towards it; bachelor of electromechanics should be ready and able to use methods and software/hardware modeling tools for processes analyzes, systems synthesis, evaluating their reliability and effectiveness for solving practical problems in professional field. The competency structure of the bachelor of electromechanics in the modeling of technical objects is reflected in three groups of competencies: general scientific, general professional and specialized professional. The implementation of the technique of using MID in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects is the appropriate methodic of using, the component of which is partial methods for using MID in the formation of the general scientific component of the bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects, are disclosed by example academic disciplines “Higher mathematics”, “Computers and programming”, Engineering mechanics”, “Electrical machines”. The leading tools of formation of the general scientific component of bachelor in electromechanics competency in modeling of technical objects are augmented reality mobile tools (to visualize the objects’ structure and modeling results), mobile computer mathematical systems (universal tools used at all stages of modeling learning), cloud based spreadsheets (as modeling tools) and text editors (to make the program description of model), mobile computer-aided design systems (to create and view the physical properties of models of technical objects) and mobile communication tools (to organize a joint activity in modeling).Аналіз досвіду професійної підготовки бакалаврів електромеханіки в Україні та за кордоном дозволив визначити, що однією з провідних тенденцій її модернізації є синергетична інтеграція різних галузей інженерії (механічної, електричної, електронної техніки та автоматики) в мехатроніку для проектування, виготовлення, експлуатації та обслуговування електромеханічного обладнання. Навчання мехатроніки передбачає змістовну інтеграцію різних дисциплін професійної та практичної підготовки бакалаврів з електромеханіки на основі концепції моделювання та технологічної інтеграції різних організаційних форм та методів навчання, заснованих на концепції мобільності. У рамках цього підходу провідними засобами навчання бакалаврів електромеханіки є мобільні Інтернет-пристрої (MID) - мультимедійні мобільні пристрої, що забезпечують бездротовий доступ до інформаційно-комунікаційних Інтернет-служб для збору, організації, зберігання, опрацювання, передавання, подання всеможливих повідомлень і дані. Автори розкривають основні можливості використання MID у навчанні для забезпечення рівного доступу до освіти, персоналізованого навчання, миттєвого зворотного зв'язку та оцінювання результатів навчання, мобільного навчання, продуктивного використання аудиторного часу, створення мобільних навчальних спільнот, підтримки навчання, розвитку безперервного безшовного навчання, що забезпечує подалання розриву між формальним та неформальним навчанням, мінімізує проблеми у навчанні в зонах конфліктів та стихійних лих, допомагає учням з обмеженими можливостями, покращує якість спілкування та управління закладом освіти, а також забезпечує максимальну економічну ефективність. Компетентність бакалавр електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів - це особистісна та професійно-технічна здатність, яка включає систему знань, умінь, досвіду в навчальній та дослідницькій діяльності з моделювання мехатронних систем та позитивне ціннісне ставлення до неї; бакалавр електромеханіки повинен бути готовим і вміти використовувати методи та програмно-апаратні засоби моделювання для аналізу процесів, синтезу систем, оцінки їх надійність та ефективності для вирішення практичних завдань у професійній галузі. Структурно компетентність бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів відображена в трьох групах компетенцій: загальнонаукових, загальнопрофесійних та спеціалізованих професійних. Упровадження методики використання MID у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об'єктів вимагає відповідної методикою використання, складовою якої є часткові методи використання MID при формуванні загальнонаукової складової компетентності бакалавра електромеханіки в моделювання технічних об'єктів, яку розкрито на прикладах навчальних дисциплін «Вища математика», «Комп'ютери та програмування», Інженерна механіка», «Електричні машини». Провідними засобами формування загальнонаукової складової компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об'єктів є мобільні засоби доповненої реальності (для візуалізації структури об'єктів та результатів моделювання), мобільні комп'ютерні математичні системи (універсальні засоби, що застосовуються на всіх етапах моделювання навчання), хмаро орієнтовані електронні таблиці (як засоби моделювання) та текстові редактори (для створення програмного опису моделі), мобільні комп'ютерні системи проектування (для створення та перегляду фізичних властивостей моделей технічних об'єктів) та засоби мобільного зв'язку (для організації спільної діяльність з моделювання)

Efficient Distance Accuracy Estimation Of Real-World Environments In Virtual Reality Head-Mounted Displays

Virtual reality (VR) is a very promising technology with many compelling industrial applications. As many advancements have been made recently to deploy and use VR technology in virtual environments, they are still less mature to be used to render real environments. The current VR systems settings, which are developed for virtual environments rendering, fail to adequately address the challenges of capturing and displaying real-world virtual reality that these systems entail. Before these systems can be used in real life settings, their performance needs to be investigated, more specifically, depth perception and how distances to objects in the rendered scenes are estimated. The perceived depth is influenced by Head Mounted Displays (HMD) that inevitability decrease the virtual content’s depth perception. Distances are consistently underestimated in virtual environments (VEs) compared to the real world. The reason behind this underestimation is still not understood. This thesis investigates another version of this kind of system, that to the best of authors knowledge has not been explored by any previous research. Previous research used a computer-generated scene. This work is examining distance estimation in real environments rendered to Head-Mounted Displays, where distance estimations is among the most challenging issues that are still investigated and not fully understood.This thesis introduces a dual-camera video feed system through a virtual reality head mounted display with two models: a video-based and a static photo-based model, in which, the purpose is to explore whether the misjudgment of distances in HMDs could be due to a lack of realism, or not, with the use of a real-world scene rendering system. Distance judgments performance in the real world and these two evaluated VE models were compared using protocols already proven to accurately measure real-world distance estimations. An improved model based on enhancing the field of view (FOV) of the displayed scenes to improve distance judgements when displaying real-world VR content to HMDs was developed; allowing to mitigate the limited FOV, which is among the first potential causes of distance underestimation, specially, the mismatch of FOV between the camera and the HMD field of views. The proposed model is using a set of two cameras to generate the video instead of hundreds of input cameras or tens of cameras mounted on a circular rig as previous works from the literature. First Results from the first implementation of this system found that when the model was rendered as static photo-based, the underestimation was less as compared with the live video feed rendering. The video-based (real + HMD) model and the static photo-based (real + photo + HMD) model averaged 80.2% of the actual distance, and 81.4% respectively compared to the Real-World estimations that averaged 92.4%. The improved developed approach (Real + HMD + FOV) was compared to these two models and showed an improvement of 11%, increasing the estimation accuracy from 80% to 91% and reducing the estimation error from 1.29% to 0.56%. This thesis results present strong evidence of the need for novel distance estimation improvements methods for real world VR content systems and provides effective initial work towards this goal

Проектування програмних засобів доповненої реальності навчального призначення

In the process of researching the problem of training future informatics teachers to use augmented reality technologies in education, the tasks were solved: 1) a historical and technological analysis of the experience of using augmented reality tools for developing interactive teaching materials was performed; 2) the software for the design of augmented reality tools for educational purposes is characterized and the technological requirements for the optional course “Development of virtual and augmented reality software” are defined; 3) separate components of an educational and methodical complex for designing virtual and augmented reality systems for future informatics teachers have been developed.У процесі дослідження проблеми професійної підготовки майбутніх учителів інформатики до використання технологій доповненої реальності в освіті розв’язані завдання: 1) виконано історико-технологічний аналіз досвіду застосування засобів доповненої реальності для розробки інтерактивних навчальних матеріалів; 2) схарактеризовано програмне забезпечення для проектування засобів доповненої реальності навчального призначення та визначено технологічні вимоги для факультативу «Розробка програмних засобів віртуальної та доповненої реальності»; 3) розроблено окремі складові навчально-методичного комплексу із проектування систем віртуальної та доповненої реальності для майбутніх учителів інформатики

Realtime design and analysis of 3D structures using Finite Element Analysis within Virtual Reality environments

Structural analysis is a 3-dimensional concept that has traditionally been taught with 2-dimensional mediums, such as whiteboards and computer screens. This often leads to a cognitive disconnect as students are forced to rely on their individual imaginations to form complete visualizations of the topic. Understanding how structures are affected by different loading conditions is not a trivial skill for students learning the concepts. While laboratory classes can provide some real world perspective into how structures deform, they require expensive testing equipment setups and training which take away from their experiential learning capabilities. Virtual reality is an emerging technology that can be leveraged to conduct structural analysis while intuitively teaching how it is done. Using the fundamental equations and geometric principles behind finite element analysis, a virtual environment can be created where students can experiment with creating and editing their own real-time deformable structures. To provide a true classroom experience, this simulation could run as both a local and multi-user shared experience. This will require leveraging two different virtual reality software development platforms, such as Unity and A-Frame, to create the simulation and output it to a user wearing a virtual reality headset. Tools will need to be scripted for these experiences to allow a user to define a structure, either in pre-processing or in real time, within the experience. The user will then have the capability to modify the structure and its material properties. This will require seamless integration between the user's interactions and the finite element analysis solver to update the results with minimal latency. The integrity of the finite element analysis results from within the simulation will be numerically validated against a trusted commercial software to confirm accuracy. After analysis, the simulation will need to visualize the long slender members of the deformed structure. The current implementation will accurately render truss elements, but will need further improvements to visualize frame elements correctly. Multiple use case scenarios will be defined as an extension of this work to directly benefit students in the classroom as well as professionals who are conducting structural analysis

Computational Intelligence in Electromyography Analysis

Electromyography (EMG) is a technique for evaluating and recording the electrical activity produced by skeletal muscles. EMG may be used clinically for the diagnosis of neuromuscular problems and for assessing biomechanical and motor control deficits and other functional disorders. Furthermore, it can be used as a control signal for interfacing with orthotic and/or prosthetic devices or other rehabilitation assists. This book presents an updated overview of signal processing applications and recent developments in EMG from a number of diverse aspects and various applications in clinical and experimental research. It will provide readers with a detailed introduction to EMG signal processing techniques and applications, while presenting several new results and explanation of existing algorithms. This book is organized into 18 chapters, covering the current theoretical and practical approaches of EMG research

Augmented Reality 3D Design Space

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Using mobile Internet devices for learning bachelors of electromechanics to modeling technical objects

The thesis for the degree of Candidate of Pedagogical Science, in specialty 13.00.10 – Information and Communication Technologies in Education (01 – Education/Pedagogics). – State Institution „Taras Shevchenko National University of Luhansk”. – Starobilsk, 2019. The thesis is devoted to the problem of using development and implementation of methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects. Based on the analysis of scientific literature, the content of the bachelor of electromechanics competency in modeling of technical objects, the criteria for its formation and the model of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects are theoretically substantiated and developed. The methodic of using mobile Internet devices in learning bachelors of electromechanics in modeling of technical objects was developed and experimentally tested; the concept of a mobile Internet device is clarified; the system of mobile ICT for learning bachelors of electromechanics has been improved; the methodic of learning bachelors of electromechanics to computer modeling was further developed.Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.10 – информационно-коммуникационные технологии в образовании (01 – Образование/Педагогика). – Государственное учреждение „Луганский национальный университет имени Тараса Шевченко”. – Старобельск, 2019. Диссертационная работа посвящена проблеме разработки и внедрения методики использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. На основании анализа научной литературы теоретически обоснованы и разработаны содержание компетентности бакалавра электромеханики в моделировании технических объектов, критерии ее сформированности и модель использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов. Разработана и экспериментально проверена методика использования мобильных интернет-устройств в обучении бакалавров электромеханики моделированию технических объектов; уточнено понятие мобильного интернет-устройства; усовершенствована система средств мобильных ИКТ обучения бакалавров электромеханики; получила дальнейшее развитие методика обучения бакалавров электромеханики компьютерному моделированию.Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук за спеціальністю 13.00.10 – інформаційно-комунікаційні технології в освіті (01 – Освіта/Педагогіка). – Державний заклад „Луганський національний університет імені Тараса Шевченка”. – Старобільськ, 2019. Дисертаційну роботу присвячено проблемі розробки та впровадження методики використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. На підставі аналізу наукової літератури теоретично обґрунтовано та розроблено зміст компетентності бакалавра електромеханіки в моделюванні технічних об’єктів, критерії її сформованості та модель процесу використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів. Розроблено та експериментально перевірено методику використання мобільних інтернет-пристроїв у навчанні бакалаврів електромеханіки моделювання технічних об’єктів; уточнено поняття мобільного інтернет-пристрою; удосконалено систему засобів мобільних ІКТ навчання бакалаврів електромеханіки; дістала подальшого розвитку методика навчання бакалаврів електромеханіки комп’ютерного моделювання

Комп'ютерні науки та інженерія програмного забезпечення

This volume represents the proceedings of the 1st Student Workshop on Computer Science & Software Engineering (CS&SE@SW 2018), held in Kryvyi Rih, Ukraine, in November 30, 2018. It comprises 20 contributed papers that were carefully peer-reviewed and selected from 25 submissions. The accepted papers present the ideas and early results of master’s and PhD projects.Цей том представляє матеріали 1-го студентського семінару з комп'ютерних наук та інженерії програмного забезпечення (CS&SE@SW 2018), який відбувся у Кривому Розі, Україна, 30 листопада 2018 року. Він включає 20 доповідей, які пройшли ретельне рецензування та були відібрані з 25 подань. Прийняті доповіді представляють ідеї та перші результати магістерських і докторських проектів

Analyses using VR/AR visualization

Chemnitz University of Technology's Institute for Machine Tools and Production Processes has developed new visualization methods for studying finite elements analysis (FEA) results in immersive environments along with a mobile augmented reality system. Their aim is to visualize the direction and gradient of stress using 3D glyphs. These methods allow component characteristics to be studied in the machine environment during the development process and merges results from structural and thermal analyses into one application, resulting in a more efficient and informative process of analysis. the stereoscopic visualization methods and glyph-based displays also support human perception and improve comprehension of complete data. Other benefits also include: interactive scaling of displacement vectors, provision of both structural and thermal analysis findings in one application, and data preparation