УДК 62

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДЛЯ РАЗВИТИЯ МЕЛКОЙ МОТОРИКИ РУК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕНСОРНОГО КОНТРОЛЛЕРА

№25,

Технические науки

Беззубцев Иван Алексеевич
Корлякова Дарья Вячеславовна

Ключевые слова: МЕЛКАЯ МОТОРИКА; LEAP MOTION; UNITY3D; РАЗРАБОТКА; ИГРОВОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ; ИГРОВОЙ ДВИЖОК; СЕНСОРНЫЙ КОНТРОЛЛЕР; ДВИЖЕНИЕ РУК; ТОЧНЫЕ ДВИЖЕНИЯ; 3DS MAX; FINE MOTOR SKILLS; DEVELOPMENT, GAME APPLICATION, GAME ENGINE, TOUCH CONTROLLER, HAND MOVEMENT, PRECISE MOVEMENTS.

Аннотация: В данной статье описаны существующие методы для развития мелкой моторики рук, выполнен обзор сенсорных контроллеров для создания приложения для развития мелкой моторики рук у детей. Рассмотрены движки для создания 3D игр и программное обеспечение для создания 3D объектов. Описана реализация игрового приложения «Конструктор» с использованием сенсорного контроллера Leap Motion. Жестовый интерфейс сенсорного контроллера позволит ребенку управлять игрой посредством мельчайших движений пальцами. Это так же поможет для развития речи, зрения, памяти. Вся будущая жизнь ребенка будет связана с мелкой моторикой рук, например, рисование, письмо, шнуровка обуви, снятие и надевание одежды. Поэтому нужно вовремя начать заниматься с ребенком и развивать мелкую моторику рук.

Введение

Под мелкой моторикой подразумевается движение мелких мышц рук человека. Мелкая моторика рук развивается у ребенка с самого рождения и связана с памятью, вниманием, зрением. Для развития мелкой моторики рук существует множество методик и большое количество игр, методик, а также разнообразных жестов, начиная от самых простых (захват руками игрушек) до очень сложных (захват ручки и написание красивого текста). Именно поэтому требуется индивидуальный подход для каждого ребенка. Помощью для этого может служить игровая программа, которая поможет повысить эффективность развития мелкой моторики, используя естественный пользовательский интерфейс.

Анализ существующих методик для развития мелкой моторики рук человека

Методы для развития мелкой моторики рук [1, 2, 3] можно разделить на 3 группы: пальчиковые игры, игры с различными предметами, массаж пальчиков.

Пальчиковые игры включают в себя различные упражнения с руками и пальцами ребенка. Как правило такие упражнения подкрепляются стихом. Вариация жестов может быть различна. Например, сжимание и разжимание кистей рук, поочередное разгибание и сгибание пальчиков левой и правой рук, соединение всех пальчиков, соединение одноименных и разноименных пальчиков. Так же действия могут повторять героев рифмованной истории, например, изобразить кошку, приложив ручки к голове, как ушки и пошевелив ими или изобразив рыбку, которая плывет, соединив ручки и делая ими плавные движения. Все эти жесты помогают ребенку в развитии мелкой моторики рук, чувства ритма, памяти. Выполняя различные пальчиковые игры, дети учатся слышать ударные слоги и под них выполнять заданные жесты, понимать смысл рифмованной истории, рассказывать стихотворения используя для этого только руки.

Игры с различными предметами являются важным средством для развития мелкой моторики рук, поскольку именно в них заложена предметно — манипулятивная деятельность. К таким играм на ранних этапах жизни ребенка относится ощупывание предметов с разной формой, температурой, весом, сделанные из разного материала. Для более позднего возраста подходят такие игры, как конструктор, лепка, оригами, рисование пальчиковыми красками. Как правило, такие игры развивают фантазию, воображение, внимательность. Вырезая детали из бумаги, дети учатся правильно пользоваться предметами и получают немало практических навыков и умений. Собирая детали конструктора, ребенок приобретает такие навыки, как пространственное мышление, умение строить по собственному замыслу. Такие игры наглядны и интуитивно понятны ребенку.

Массаж пальчиков занимает неотъемлемую часть в развитии мелкой моторики рук. Каждый пальчик отвечает за какой-либо внутренний орган человека. Делая массаж пальчиков, мы воздействуем на организм человека. На кистях рук расположено множество рефлекторных точек, от которых идут импульсы в центральную нервную систему. Массируя определенные точки, можно воздействовать на внутренние органы, которые с этими точками связаны. Так, массаж большого пальца повышает активность головного мозга. Указательный палец связан с желудком, средний— с кишечником. Массаж безымянного пальца положительно сказывается на работе печени и почек, а мизинца— на работе сердца. Массаж пальчиков так же помогает снять умственное напряжение.

Обзор аппаратного обеспечения для реализации приложения развития мелкой моторики рук

При обзоре сенсорных контроллеров были выбраны: Leap Motion [4], Kinect [5], Kinect v2 [6], Intel RealSense [7], Asus Xtion Pro Live [8], Creative Senz3D [8].

Для отслеживания движений пальцев, рук и обработки жестов необходимы следующие критерии:

  • небольшая дальность камеры, которая позволяет захватывать и обрабатывать только жесты для развития мелкой моторики рук;
  • максимальные углы обзора, которые позволят захватывать жесты под разными углами;
  • небольшой размер необходим для удобного ношения и перевозки устройства;
  • разрешение и глубина камеры для более точного распознавания жестов рук,
  • доступная цена сенсорного контроллера при приобретении родителями или педагогами для развития мелкой моторики рук;
  • совместимость с устройствами на базе Windows и Mac OS X;
  • распознавание 2-х кистей рук одновременно.
  • USB 0 для более высокой скорости передачи данных.

Контроллер Leap Motion является лучшим для разработки метода с использованием сенсорных контроллеров. Делая вывод по таблице № 1 можно сказать, что Leap Motion имеет максимальное значение для горизонтального и вертикального углов обзора среди остальных устройств, отличается высокой глубиной камеры, имеет небольшие габариты устройства, наиболее низкая цена среди аналогов, а также небольшая дальность работы камеры.

Таблица № 1

Сравнение сенсорных контроллеров

Устройство / Критерий сравнения Leap Motion Kinect Kinect v2 Intel RealSense Asus Xtion Pro Live Creative Senz3D
Разрешение камеры 640 х 480 640 х 480 1920 х 1080 1920 х 1080 1280 х 1024 1280 х 720
Глубина камеры 640 х 480 320 х 240 512 х 424 640 х 480 640 х 480 320 х 240
Горизонтальный угол обзора 140 57 70 59 58 74
Вертикальный угол обзора 140 43 60 46 45 74
Дальность работы камеры 0,025 – 0,6 м 1.8 – 3.5 м 1,4 – 3,5 м до 1,5 м 0,8 – 3,5 м до 1м
Размеры 13 х 13 х 76 мм 333 х 274 х 79 мм 249 х 66 х 67 мм 110 х 12.5 х 3.75 мм 180 х 35 х 50 мм 108 х 51 х 53 мм
USB 3.0 2.0 3.0 3.0 2.0 2.0
Средняя цена 90 $ 90 $ 200 $ 200 $ 400 $ 150 $
Совместимость с устройствами на базе Windows и Mac OS X Совместима с Windows и Mac OS X Совместима с Windows Совместима с Windows и Mac OS X Совместима с Windows и Mac OS X Совместима с Windows и Mac OS X Совместима с Windows и Mac OS X
Распознавание 2-х кистей рук одновременно есть нет есть есть есть есть

Обзор программного обеспечения для 3d моделирования объектов

При обзоре программного обеспечения для 3D моделирования объектов [9] были рассмотрены следующие программы: Blender [10], Cinema 4D [11], Houdini [12], 3ds Max [13], Maya [14], Modo [15].

В качестве характеристик для сравнения были выбраны следующие критерии:

  • стоимость программного обеспечения для создания 3D игр;
  • наличие обучающих уроков;
  • операционная система.

Blender, 3ds Max и Maya являются лучшими для моделирования 3D объектов исходя из таблицы № 2, так как имеют множество обучающих материалов, Blender распространяется на бесплатной основе, а 3ds Max и Maya распространяются на платной основе, но имеют бесплатную студенческую версию на 3 года. Для создания игрового приложения для развития мелкой моторики рук был выбран 3ds Max, так как именно его сфера применения – это разработка игр.

Таблица № 2

Сравнение ПО для 3D моделирования объектов

ПО для 3D моделирования / Критерий сравнения Blender Cinema 4D Houdini 3ds Max Maya Modo
Стоимость бесплатная $3695 $4,495 $3675 (имеется 3 года бесплатной студенческой версии) $3675 (имеется 3 года бесплатной студенческой версии) $1495
Наличие обучающих уроков есть есть есть есть есть есть
Операционная система Linux, Microsoft Windows, Mac OS X, Solaris, FreeBSD macOS, Microsoft Windows, Linux Microsoft Windows, OS X, Linux Microsoft Windows, Windows NT Mac OS X, Microsoft Windows, Linux Mac OS X , Linux , Windows
Сфера применения анимационные фильмы анимационные фильмы анимационные фильмы разработка игр искусство, анимационное кино реклама, разработка игр, спецэффекты, архитектурная визуализация

Обзор инструментов для создания 3D игр

Для анализа инструметов для создания 3D игр [16] были выбраны следующие игровые движки: 3D Rad, NeoAxis 3D Engine, Unity 3D, Unreal Engine 4, CryENGINE 3.

При выборе инструмента для разработки игрового приложения необходимо, чтобы игровые движки отвечали следующим критериям:

  • импорт текстуры из «3ds max», так как он был выбран программным обеспечением для 3D – моделирования;
  • наличие совместимых библиотек с Leap Motion, так как он был выбран сенсорным контроллером для развития мелкой моторики рук;
  • кроссплатформенность для возможности разработки под разные операционные системы;
  • наличие документации, в которой подробно описаны все функции и возможности игрового движка.

Игровой движок Unity 3D является лучшим в создании игрового приложения для развития мелкой моторики рук. Исходя из таблицы № 3 можно сделать вывод, что только игровой движок Unity 3D имеет 4 плюса из 4, т.е. у него есть необходимый совместимые библиотеки для работы с Leap Motion, который был выбран в качестве сенсорного контроллера для развития мелкой моторики рук, возможен импорт текстур из «3ds max», кроссплатформенность и наличие хорошей документации, в которой описаны все функции движка.

Таблица № 3

Сравнение инструментов для создания 3D игр

Игровой движок / Критерий сравнения 3D Rad NeoAxis 3D Engine Unity 3D Unreal Engine 4 CryENGINE 3
Импорт текстуры из «3ds max» + + + + +
Наличие совместимых библиотек с Leap Motion + — + + —
Кроссплатформенность — + + + +
Наличие хорошей документации (подробно описаны все функции и возможности) + + + — —

Реализация игрового приложения для развития мелкой моторики рук

В качестве реализации игрового приложения была выбрана игра «Конструктор». В ходе игры ребенку необходимо из 7 различных деталей собрать один кубик. Игра в конструктор, способствует развитию мелкой моторики, представлений о цвете и форме и ориентировки в пространстве. Конструирование создает необходимый фундамент всестороннего развития ребенка. Оно способствует формированию образного мышления и чувства красоты, воображения и ловкости, внимания и целеустремленности.

Детали для конструктора были созданы в 3ds Max, а затем импортированы в Unity 3D. Каждая деталь конструктора создана из примитивов Box, а затем установлена в нужную форму. Объединение происходит за счет применения функции Attach. Таким же способом создаются остальные 6 деталей разной формы, для того, чтобы их можно было соединить в одну деталь. Затем все детали конструктора экспортируются в формат «*.FBX».


Рис. 1. – Создание детали в 3Ds Max


Рис. 2. – Блок схема для создания 3D деталей

После импорта всех деталей конструктора в Unity для каждой детали был применен «Box Collider» для того, чтобы наложить физику. Показателем успешного установления данного свойства является появление зелёного контура на объекте. А также был добавлен скрипт для того, чтобы деталь можно было перемещать по сцене. Для настройки сцены был добавлен «Interaction Manage» в сборку из модуля движка для взаимодействия в сцене, а также были добавлены кисти рук «BrushHand_L» и «BrushHand_R», а затем занесены в Leap Hand Controller.


Рисунок 3 – Настройка деталей


Рисунок 4 – Настройка камеры

Заключение

В ходе работы были проанализированы существующие методики для развития мелкой моторики рук, сенсорные контроллеры, программное обеспечение для 3D моделирования, игровые движки для создания игрового приложения. Было разработано игровое приложение «Конструктор» с помощью контроллера Leap Motion, игрового движка Unity 3D, 3ds Max для создания 3D моделей.

Игровое приложение с использованием сенсорного контроллера Leap Motion расширяет возможности существующих методов для развития мелкой моторики рук, а именно:

  • повышение интереса к играм для развития мелкой моторики рук с использованием сенсорного контроллера Leap Motion по сравнению с классическими играми;
  • расширение набора возможных методов для развития мелкой моторики рук.

Список литературы

  1. Калинина, Т.В. Пальчиковые игры и упражнения для детей 2-7 лет / Т.В. Калинина, С.В. Николаева.: – Волгоград: Учитель, 2011. – 151 с.
  2. Овчинникова, Т.С. Артикуляционная и пальчиковая гимнастика на занятиях в детском саду. / Т.С. Овчинникова.: КАРО, 2008. – 64 с.
  3. Савельева, Е.А. Пальчиковые и жестовые игры в стихах для дошкольников / Е.А. Савельева.: Детство-пресс, 2013. – 64 с.
  4. Leap Motion [Электронный ресурс]: офиц. сайт. — URL: https://www.leapmotion.com/en/
  5. Kinect для Windows [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://developer.microsoft.com/ru-ru/windows/kinect/
  6. Intel RealSense [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.intel.ru/content/www/ru/ru/architecture-and-technology/realsense-overview.html
  7. Asus Xtion Pro Live [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.asus.com/ru
  8. Creative Senz3D [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: http://ru.creative.com/
  9. Землянов, Г. С. 3D-моделирование / Г. С. Землянов, В. В. Ермолаева. — Молодой ученый. — 2015. — № 11 (91). — С. 186-189.
  10. Кронистер, Д. Blender Basic: учебное пособие / Джеймс Кронистер. 2010. — 153 с.
  11. Cinema 4D [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.maxon.net/ru/produkty/cinema-4d/obzor/
  12. Houdini [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.sidefx.com/
  13. Мэрдок, К. 3ds Max 2009. Библия пользователя / К. Мэрдок. – М. : Вильямс, 2009. – 1328 с.
  14. Maya [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.autodesk.ru/products/maya/overview
  15. Modo [Электронный ресурс]: офиц. сайт. – URL: https://www.foundry.com/products/modo
  16. Пасько Д.Н. Современные игровые движки // Инновационная наука. 2016. №2-3 (14). С. 127–130