2021 Fiscal Year Research-status Report
Development and evaluation of a WebXR system using real environment scans for engineering experiment education
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21K12189
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| Research Institution | Sasebo National College of Technology |
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Principal Investigator |
手島 裕詞 佐世保工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (60387503)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | WebXR / VR / 工学実験 / テーラーメード教育 / 遠隔環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、工学実験教育の高度化のためにWebXRを用いた仮想実験システムを開発し、その教育効果を検証することである。
2021年度では、WebXRを用いた仮想実験システム（プロトタイプ版）を開発し、高専2年生での工学実験への導入とその効果を検証した。開発したWebXRシステムでは、実験に使用する機器を仮想空間上に再現しており、実機と同等の操作が可能である。また、機器が出力する値はシミュレーションによって算出できるようにするとともに通常の実験と同等のノイズ発生を再現し、機器データについては3次元スキャンデータを参考にしながらモデリングソフトを用いて作成した。さらに、GoogleClassroomにWebXR実験システムや原理・理論の説明動画、計測データの処理方法、実験書やワークシートなどを格納し、いつでも工学実験を体験できるようにしている。
アンケートから実験全体に対して90%以上の学生から肯定的な意見が得られており、「XR（VR）システムによるデータ計測やデータ整理を行うような実験スタイルを通して学びの達成感はあるか」との質問には94.6%の学生が肯定的な回答をしており、仮想空間で行う工学実験を通して学びの達成感を感じているという結果が得られた。また、「今回実施したようなXR（VR）システムを開発し、動画や資料を用いながら実験を行うことは、実験の一つの進め方として有効か」という質問に対しては97.3%の学生が肯定的に捉えている結果が得られた。
全体を通してWebXRの実験システムとともに説明動画や資料などを合わせてLMS上に掲載し、学生自身のペースで工学実験を進めていく方法が有効であることが分かった。また、従来スタイルでの実験成績と比べて評価点が10%程度向上しており、実験内容に対する理解が深まっている可能性が示されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に対しておおむね順調に進んでおり、WebXRを用いた工学実験システム（プロトタイプ版）を開発し、高専2年生の実験教育に対して導入した。実験後のアンケート結果と成績から有効性を検証している。本システムは、Webブラウザを介した3次元空間で機器操作を行うため、インターネットにつながっていれば、いつでも、どこでも工学実験を体験できる。また、並行して、オンライン／オンデマンド型の工学実験の可能性についても検証している。
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| Strategy for Future Research Activity |
WebXRを用いた工学実験システムの開発では、実験機器の3Dデータ作成とデータ軽量化が必要とされる。3次元スキャナーを用いることで3Dデータを効率的に生成する手法の開発と並行しつつ、実験機器を簡易的にモデリングしてのシステム開発を優先し、多くの実践事例をもとにWebXRを用いる際の教育効果の検証を行う予定である。また、本実験システムを導入することにより、修得できるスキルの可視化を行う。
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| Causes of Carryover |
2021年度は機械学習用コンピュータの購入を計画していたが、研究の進捗状況と研究目的達成までの計画を再検討し、3Dモデルを用いた実験システム開発用コンピュータを優先して購入した。スキャナーについては、スキャン可能範囲とVR環境で用いる3Dデータ生成に適する製品を選定し購入した。次年度は機械学習と点群処理に適したコンピュータと3Dスキャンを容易に行うためのノートPC、もしくはタブレットを購入する計画にしている。
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