Доповідач - Олексій Воронкін (Використання засобів відеоаналізу у курсі фізики)
Т Е К С Т О В А І Н С Т Р У К Ц І Я Д Л Я С Л У Х А Ч І В Ш К О Л И
Cписок програмних додатків з відповідними Інтернет-посиланнями, які слід встановити для роботи з програмним забезпеченням опрацювання відеозаписів Tracker (під операційною системою Windows):
Деякі важливі нюанси, що допоможуть правильно налаштовувати програмне забезпечення та інтерпретувати результати за допомогою Tracker.
1. Частота кадрів та вимірювання часу. Після того, як відеoфайл завантажено до Tracker треба перевірити чи правильно програма визначила частоту кадрів, якщо ні – виправити вручну (це потрібно для того, щоб Tracker правильно вимірював проміжки часу, використовуючи наше відео). Для відкриття меню введення частоти кадрів потрібно натиснути на опцію “Clip settings” у верхній лівій частині екрана (піктограма кінострічки). Після натискання кнопки відкриється вікно введення інформації. До відповідного поля можево ввести цей параметр зйомки. Частоту кадрів можна подивитися в налаштуваннях відеокамери (16 кадрів/с, 24 кадрів/с, 30 кадрів/с і так далі), або у властивостях відеофайлу.
2. Калібрувальна лінійка. Для того, щоб Tracker правильно вимірював відстані на відеозапису, необхідно задати масштаб. Для цього під час зйомки рекомендовано в кадрі розмістити предмет відомих розмірів (наприклад, лінійку) таким чином, щоб він перебував найбільш близько до площини зйомки. Для введення масштабу слід натиснути на символ масштабу на верхній панелі та обрати пункт “calibration stick”. З'явиться масштабний відрізок і поле для введення відстані в сантиметрах. Також з’явиться “calibration стіск А” - широка кнопка з символом калібрувальної лінійки у верхньому лівому куті, натуснувши на яку зможемо змінити налаштування. Наприклад, зробити калібрувальну лінійку прозорою (параметр “Visible”) або заблокувати її від випадкової зміни положення (параметр “Locked”).
3. Координатні осі. Обов'язково задаємо положення та напрям координатних осей.
4. Матеріальна точка, вектор, центр мас. Для того, щоб вимірювати величини на відеозаписі, слід створити один з віртуальних об'єктів у Tracker (матеріальну точку, вектор, центр мас, лінію тощо). Меню вибору можемо відкрити, натиснувши на кнопку "Create". У своєму виступі я розглядав вимірювання, які можна провести за допомогою матеріальної точки.
5. Після того, як віртуальну матеріальну точку (“Point of Mass”) створено, можемо задати її положення на кожному кадрі – тобто прив’язати до реальної точки. Якщо задача вимагає розрахування сил, що діють на точку під час руху, слід вказати її масу. Однак для визначення кінематичних характеристик руху (координати, швидкості і прискорення в кожен момент часу) вказувати масу точки не доцільно. Задати відповідне значення можемо в меню управління параметрами точки (розділ “Define”), яке відкривається після натискання на відповідний символ точки.
6. Трекінг. Ми можемо задати кілька матеріальних точок одночасно (це потрібно при дослідженні характеристик руху декількох тіл). Далі нам необхідно вказати положення точки покадрово. Це можна зробити автоматично або вручну. Ручний режим викликається кнопкою "Mark by Default", після чого позначається положення точки на кожному кадрі відео лівою кнопкою миші. Кадр після кожної такої позначки автоматично перемикається на наступний. У цій доповіді використовувався автоматичний покадровий пошук “об'єкта” (опція "Autotrack"). Будьте уважні, застосування Autotrack'у потребує якісної зйомки, наявності контрастного об'єкту і припускає неточності (які після опрацювання можемо зкорегувати).
7. Результати вимірювання. Після початку “трекінгу” результати вимірів заносяться до таблиці та відзначаються точками на відповідному графіку в правій частині екрану. За замовчуванням на графіку представлена залежність горизонтальної координати х від часу t. Ми можемо змінити ці величини, натиснувши на відповідні кнопки - символи "x" і "t". Разом з цим відкриється меню, де зможемо обрати іншу величину, яку б хотіли проаналізувати графічно. Кількість представлених графіків можна змінювати, натискаючи на відповідну опцію “Plot”.
8. Як зробити самостійно відеозапис, щоб при обробці в Tracker отримати найбільш точні результати? Розглянемо декілька умов зйомки. Перша умова: нерухоме положення камери відносно землі (рекомендовано застосовувати штатив). В окремих випадках, якщо запис робиться, наприклад, з салону автомобіля або прозорої кабіни ліфта, потрібно стежити за тим, щоб умови експерименту (швидкість руху, прискорення) залишалися незмінними протягом запису відео. Друга умова: відстань від камери до досліджуваного об'єкта повинна залишатися незмінною. У зв'язку з цим краще розташовувати камеру подалі від об'єкта і досягати потрібного масштабу зйомки за рахунок оптичного збільшення камери. Лінійка для масштабування (об'єкт з відомими розмірами) на відеозапису має бути помітною на фоні запису. Для того, щоб функція автоматичного трекінгу “autostep” працювала коректно, слід стежити за тим, щоб об'єкт оптично виділявся під час всього запису. Тому, навчальні відеозаписи, як правило, проводять на одноколірному фоні (без охоплення сторонніх об’єктів в кадрі).
9. Розглянуті мною під час зимової сесії Веб-СТЕМ-школи-2018 кінематичні приклади є лише початком знайомства з Tracker. Можливості цієї програми є більш глибшими, що дозволяє її використання під час навчання інших розділів фізики (наприклад, оптики). Дякую всім за увагу! Гарного настрою.
Рекомендовані джерела:
Воронкін О.С. Використання елементів STEАM-освіти під час розгляду базових питань шкільної програми фізики з кінематики механічного руху / О.С. Воронкін // Наукові записки Малої академії наук України. – Вип. 10. – Серія : Педагогічнінауки : зб. наук. пр. – К. : Інститут обдарованої дитини НАПН України, 2017. – С. 144-160. - Режим доступу : http://tdo.at.ua/voronkin/stem.pdf
