
Cite: Pavlicheva E. N., Zhiltsov V. A. Virtual reality platforms to support decision-making in multilevel educational systems // Scientific and technical libraries. 2023. № 7. P. 64–81. https://doi.org/10.33186/1027-3689-2023-7-64-81

   
    Технология интеллектуальных цифровых двойников (ЦД) – одна из основных технологий, связанных с Индустрией 4.0 [1]. Наиболее точным, на наш взгляд, является определение, данное компанией Siemens: «ЦД – это виртуальное представление физического объекта или процесса, используемое для понимания и прогнозирования характеристик производительности физического двойника» [2]. ЦД формируется на основании нескольких сущностей [3; 4]:
    Цифровая модель (ЦМ) – цифровое представление физического объекта или процесса без автоматического обмена данными между физическим объектом и ЦД.
    Цифровая тень (ЦТ) – автоматизированный односторонний поток данных между физическим объектом и цифровым двойником.
    Цифровой двойник (ЦД) – данные между физическим объектом и цифровым двойником, перемещаются в обоих направлениях.
    Далее под ЦД в статье будет пониматься виртуальное представление физического объекта или процесса, относящееся к третьей категории – система, в которой данные между физическим и цифровым двойниками перемещаются в обоих направлениях [5].
    ЦД в настоящее время активно используются при моделировании и оптимизации бизнес-процессов, а также управлении ими на производствах. Однако использование ЦД для описания бизнес-процессов в вузах исследовано недостаточно как в России, так и за рубежом. Важно отметить, что прогнозирование результата подготовки специалиста (от четырёх лет) является чрезвычайно важным аспектом с точки зрения потребностей будущих работодателей [6–8]. 
    Проблема актуальности и соответствия потребностям экономики встала особенно остро в настоящее время, с учётом введения санкций в отношении нашей страны, изменений в системе высшего образования и других факторов.
    Учитывая вышеизложенное, разработка подхода к проектированию цифровых двойников для вузов, в том числе с использованием методов имитационного моделирования, баз данных и оптимизационных модулей для реализации концепции рационального управления образовательным процессом при обучении специалистов в режиме реального времени и поддержки принятия стратегических и оперативных решений при формировании индивидуальной траектории обучения является актуальной.
    В рамках развития цифровой экономики к образовательной организации применяются те же подходы, что и к любой другой. 
На начальном этапе создаётся ЦТ образовательной организации: происходит сбор данных о всех бизнес-процессах, осуществляется их перевод в цифровой формат. 
    Затем на основании ЦТ формируется ЦД, позволяющий увеличить эффективность бизнес-процессов образовательной организации. 
    Его использование помогает анализировать весь накопленный объём данных образовательной организации, производить реинжиниринг бизнес-процессов: удаление неэффективных и внедрение качественно новых. ЦД позволяет прогнозировать последствия принимаемых решений, выявлять и развивать наиболее эффективные стратегии, что в итоге приводит к качественному скачку в работе организации.
    В основе концепции ЦД образовательной организации лежит студентоцентричная модель, которая также использует большие наборы данных и имеет в своей основе ЦТ, но акцентирована на образовательный процесс. То есть студенты имеют доступ ко всем электронным сервисам сопровождения образовательного процесса (доступ в университет и личные кабинеты образовательного портала), что позволяет формировать индивидуальные образовательные траектории (ИОТ) обучающихся.
    С учётом вышесказанного можно предложить модель реинжиниринга образовательного процесса с использованием ЦД (рис. 1).

    В рассматриваемой модели непосредственное управление многоуровневыми образовательными процессами и формирование ИОТ 
с использованием ЦД начинается на 3–4 курсах и продолжается в магистратуре. Студенты 1 и 2 курсов получают образовательные услуги по стандартной, действующей на данной момент, схеме. Стоит отметить, что современные единые информационные образовательные системы вузов позволяют принимать активное участие в формировании ИОТ не только студентам. Заложена возможность оперативно изменять её в соответствии с потребностями экономики.
    Таким образом, одно из основных отличий предлагаемой авторами концепции цифровизации управления образовательными процессами от уже реализованных подходов заключается в том, что ЦД используется не только как система, хранящая и накапливающая в режиме реального времени текущую информацию об образовательном процессе (программы, данные по успеваемости студентов, рейтинг профессорско-преподавательского состава и др.), но и как система, анализирующая требования государства, запросы работодателей и изменение трендов и тенденций в областях, имеющих отношение к специализации студентов. Таким образом, использование ЦД позволит не только проанализировать все накопившиеся данные по процессу, но и спрогнозировать последствия принимаемых решений с учётом будущих изменений, что позволит сделать профессиональные навыки будущих выпускников намного более востребованными и приведёт к качественному изменению образовательного процесса.
    ИОТ, сформированные с применением ЦД, позволят не только реализовывать персонализированное обучение, но и вводить дополнительные учебные курсы с учётом специфики сегодняшнего дня и потребностей работодателей. 
    Гибкость и мобильность ИОТ обеспечиваются ресурсами дистанционного образования [9; 10], являющимися составными частями электронных платформ университетов и включающими в себя как классические курсы, так и открытые массовые онлайн-курсы, виртуальные лаборатории и практикумы. Технологии виртуальной и дополненной реальности (VR, AR) сейчас находятся на подъёме.
    Самыми современными платформами для реализации обучения в виртуальной реальности сегодня являются метавселенные. Это новейшее поколение виртуальных миров, направленных на социальное взаимодействие пользователей на основе технологий трёхмерной графики, VR, AR, а также интернета.
    Термин «метавселенная» впервые появляется в научно-фантастическом романе Нила Стивенсона «Снежная катастрофа» в 1992 г. [13]. В произведении описывается новая концепция интернета, основанная на так называемых «мирах», представляющих собой компьютерные симуляции, населённые людьми будущего. В романе эта технология должна полностью заменить собой интернет.
    Слово «метавселенная» происходит от греческого μετά – «за, после, вне» и английского слова universe – «вселенная». Приставка μετά также означает самореференцию термина, когда термин ссылается сам на себя [14]. Например, метаданные – данные о данных, а метакритика – это критика на критику и т. д. Метавселенная может быть истолкована как своего рода рефлексия пользователя по поводу реальности и воссоздание элементов окружающего его мира в виртуальном пространстве. В научной литературе, в том числе посвящённой использованию данной платформы в образовательных целях, понятие «метавселенная» часто употребляется как синоним понятию «виртуальные миры» [15–17]. Однако данный термин значительно шире и подразумевает одну из технологий, реализуемых в парадигме нового интернета Web3. 28 октября 2021 г. идею метавселенных озвучил Марк Цукерберг. 
В презентации «Connect 2021: The Metaverse and How We'll Build 
It Together» был представлен новый синтез интернета, VR и AR, основанный на цифровой экосистеме, позволяющей пользователям взаимодействовать между собой в глобальном масштабе [18]. 
Автор данной концепции предполагает, что такие виртуальные пространства станут обычным для повседневного общения каждого человека местом. Здесь пользователи смогут работать в виртуальном офисе, проводить деловые встречи, учиться в виртуальных аудиториях, посещать выставки и реализовывать иные мероприятия [Там же]. 
Презентация совершила революцию в области разработки виртуальных миров и породила большое количество спекуляций. Кроме того, возникла дискуссия относительно прежнего общепринятого понимания термина «метавселенная» в части широты понятия, соотносимой 
с неким «новым интернетом». Была обозначена проблема перехода интернета на следующий уровень, задано направление дальнейшего развития и обозначены перспективы. 
    При этом появляется серьёзная коллизия, связанная с понятием Web 3.0. Дело в том, что интернет поколения Web 3.0 был определён в парадигме, заданной Тимом О’Рейли, который обозначил эпоху интернета соцсетей, блогов и чатов как Web 2.0 по признаку возможности пользователей создавать контент для интернет-ресурса самостоятельно, вне зависимости от владельца ресурса [20]. Соответственно, интернет прошлого, состоящий из статических страниц, когда все изменения на сайтах могли быть внесены только владельцем/разработчиком, был автоматически отнесён к эпохе Web 1.0. Основатель компании Yahoo Джерри Янг определил вероятный интернет Web 3.0 как набор инструментов и методов для создания программ и онлайн-приложений, которые стирают грань между профессионалами, полупрофессионалами и потребителями [21]. Иными словами, контент в Web 3.0 будет выполнен на профессиональном уровне, в соответствии с определёнными стандартами. Британский технолог Конрад Вольфрам полагал, что в эпоху Web 3.0 генерация контента в реальном времени может осуществляться не только людьми, но и компьютером, который в реальном времени выдаёт новые результаты, отвечая на запросы пользователей [22]. Как можно заметить, Д. Янг и К. Вольфрам следовали в своих рассуждениях в парадигме Т. О’Рейли, определяя сущность интернета на основе признака способа генерации контента. Но всё изменилось с приходом Web3, представляющего собой широкий спектр новых интернет-приложений, основанных на технологии блокчейна. В этой эволюции интернета центральное место занимают четыре отдельных приложения с поддержкой блокчейна: взаимозаменяемые токены, также известные как криптовалюты, невзаимозаменяемые токены, или NFT, децентрализованные автономные организации, или DAO, и метавселенные [23].
    Web3 определяется по признаку централизация/децентрализация в связи с осуществлением транзакций криптовалют и цифровых активов. В научной литературе встречается подобное определение, но относимое к Web 3.0, что, на наш взгляд, свидетельствует о путанице либо кардинальном пересмотре идей О’Рейли. 
    Метавселенная – это цифровая среда, которая объединяет в себе взаимосвязанные виртуальные миры и комплекс онлайновых сервисов. Она обеспечивает непрерывное обслуживание транзакций между пользователями, их аккаунтами, аватарами и виртуальными объектами. Одной из ключевых особенностей метавселенной является её способность объединять различные онлайновые сервисы, софт и ПО гаджетов в единую экосистему. Эти элементы метавселенной могут быть реализованы с помощью различных технологий и иметь различную парадигму взаимодействия с пользователем, такие как сервисы на основе нейросетей, блокчейна, соцсетей, систем дистанционного обучения, клиенты для различных гаджетов и VR/AR-гарнитуры. Таким образом, метавселенная способна реализовывать пользовательское взаимодействие на пересечении цифровой и физической реальности [24]. 
    Многие исследователи полагают, что экосистема на основе блокчейна является основой современной метавселенной [25]. Существует мнение, что возможность подключения к блокчейну не является определяющей характеристикой, позволяющей дифференцировать какую-либо виртуальную вселенную как метавселенную. В пользу этого говорят данные исследований, в которых сравнили характеристики наиболее популярных на момент исследования виртуальных миров и онлайновых компьютерных игр, выяснив, что лишь две из них используют блокчейн [Там же]. Тем не менее все они были отнесены к метавселенным с внутренней дифференциацией на «текстовые игры», «открытые виртуальные миры», «ММО» (Massively Multiplayer Online Game) и «децентрализованные виртуальные миры». Вероятно, это связано с тем, что децентрализация может быть реализована иными средствами, не только с помощью блокчейна. До появления блокчейна децентрализация успешно реализовывалась, например, с помощью торрент-трекеров. Торренты позволяют пользователям обмениваться файлами напрямую, от пользователя к пользователю (P2P), минуя централизованные сервисы.
    Исследователь метавселенной и глава американской технологической компании Beamable Джон Рэдофф предложил семиуровневую архитектуру метавселенной, где слоями снизу вверх идут: инфраструктура, человеческий интерфейс, децентрализация, пространственные вычисления, экономика создателей, открытия и чувственный опыт 
[25–28]. Под инфраструктурой подразумеваются система технических мощностей и необходимое оборудование. Человеческий интерфейс обеспечивается различными гаджетами, например, мобильным телефоном, VR/AR-гарнитурой, различными сенсорами и т. д. Децентрализация предполагает отсутствие общего контроля единой системы и равенство каждого субъекта сети. Информация передаётся напрямую между субъектами, минуя какое-либо промежуточное хранилище или общую базу данных, для работы с которой требовалась бы регистрация. Пространственные вычисления – это взаимодействие человека с машиной, при котором машина сохраняет ссылки на реальные объекты, пространства и манипулирует ими [29]. В таких метавселенных, как Spatial, Vircadia и Overte, существует возможность использовать файлы 3D-объектов, документов PDF, видео и изображений, которые могут храниться на различных серверах по всему миру. Spatial, а также Decentraland и Cryptovoxels, в отличие от Vircadia/Overte [25], используют блокчейн Etherium, что позволяет пользователям внедрять в виртуальный мир токены NFT (в виде цифровых активов). 
    Примером метавселенной, которая не использует блокчейн, но реализует принцип децентрализации, является проект с открытым исходным кодом Vircadia. В данной системе не используются технологии блокчейна, тем не менее сервисы Vircadia абсолютно децентрализованы сразу на нескольких уровнях:
     1. Уровень сервера виртуального мира. Каждый виртуальный мир Vircadia (называемый «домен») является совершенно самостоятельным, вне связи с какой-либо метавселенной. Это напоминает принцип работы обычного веб-сервера, но предназначенного для хостинга трёхмерных виртуальных сред. Клиент способен подключиться к нему, используя IP-адрес либо доменное имя, точно таким же образом, каким браузер подключается к веб-сайту. Существует возможность подключить домен к метавселенной Vircadia. В этом случае домен получает внутренний адрес метавселенной в виде доменного имени типа hifi://worldname. 
    2. Уровень контента. Контент виртуального мира может храниться на любых внешних серверах. Для внедрения их в виртуальный мир требуется лишь гиперссылка на объект. Структура виртуального мира может быть экспортирована и сохранена в формате *.json. 3. на уровне 




аутентификации пользователей. Регистрация пользователей в привычном понимании отсутствует. При подключении к виртуальному миру сервер Vircadia идентифицирует пользователя по IP-адресу, MAC-адресу и фингерпринту (информации о параметрах системы пользователя) (рис. 2). Видно, что существует множество способов добиться децентрализации без применения блокчейна. Vircadia является одной из наиболее перспективных платформ для реализации виртуального обучения в бюджетной сфере образования. Платформа позволяет создавать виртуальную образовательную среду, использовать голосовое общение, подключать VR-гарнитуру и интегрировать гиперссылки.
    Ещё одной тенденцией, заслуживающей внимания исследователей, является стремление внедрить в метавселенную искусственный интеллект на основе нейросети. Например, в метавселенную Sensorium (https://sensoriumxr.com) внедрена возможность пользователя общаться с собственным аватаром на основе обучаемого искусственного интеллекта. Такие системы могут быть полезны в качестве тренажёра при обучении иностранным языкам в виртуальной реальности.
    Одной из наиболее значимых особенностей использования гаджетов, подключённых к метавселенной, является возможность «проецировать» виртуального собеседника в физическую реальность посредством AR-технологии. Такие гаджеты, как шлем виртуальной реальности, обладают внешней камерой высокого разрешения, которая даёт пользователю возможность ориентироваться в реальном пространстве без необходимости снимать гарнитуру. Изображение с камеры передаётся на внутренний дисплей гарнитуры. Посредством этого оборудования и специального программного обеспечения становится возможным наложить объекты виртуального мира на сигнал с камеры таким образом, что создаётся полное впечатление существования данного объекта в окружающей реальности [30]. Программное обеспечение гарнитуры автоматически определяет физическую поверхность, основываясь на данных камеры и встроенных датчиков. Виртуальный объект визуально накладывается на выбранную поверхность (например, поверхность стола, пола) и фиксируется на ней таким образом, что пользователь может физически обойти объект вокруг, рассматривая его со всех сторон. Таким образом, можно перенести аватар виртуального собеседника в физически существующее пространство, в непосредственной близости от наблюдателя. При этом голос собеседника при разговоре будет звучать в наушниках, а голос пользователя будет выводиться через микрофон в сеть и передаваться в гарнитуру собеседника. Создаётся эффект присутствия не только в реальном времени, но и в пространстве. Кроме того, существует возможность проецирования виртуального окружения. VR-гарнитура позволяет пользователю находиться в собственном пространстве и использовать виртуальные объекты вокруг себя [Там же]. Можно утверждать, что использование технологии взаимно сообщающихся виртуальных миров представляют основу любой метавселенной. Все остальные сервисы и технологии на сегодняшний день во многом являются опциональными. 
    В результате проведённых теоретических исследований разработана общая концепция использования ЦД в образовательной организации, сущность которой заключается в реализации студентоцентричной модели, ядром которой является построение ИОТ.
    Рассмотрены общие подходы к обеспечению ИОТ, в том числе за счёт дистанционных образовательных технологий, с использованием виртуальных образовательных платформ и ресурсов. 
