Potenciación de entornos de aprendizaje a través de los recursos de Realidad Aumentada

José David Cuartas * Felipe César Londoño **Media Lab Manizales, Universidad de Caldas, Manizales, Colombia* ** Josedavidcuartas@sologicolibre.org felipecl@ucaldas.edu.co

Resumen

La realidad aumentada (RA) es una tecnología emergente de visualización, que permite la superposición de información virtual sobre el mundo real [1]. Ahora disponible para casi cualquier persona, gracias a unas nuevas "herramientas de autor" diseñadas para no programadores, que le permiten a los desarrolladores de contenidos, crear formas alternativas de manipulación, integración e interacción con imágenes, sonidos e información, en tiempo real. Dandole a los usuarios, experiencias inmersivas donde ellos puede ver información adicional sobre el mundo real (lo que les ayuda a comprender conceptos complejos). Por esta razón, se explora el principal software de "herramientas de autor" disponibles para la realidad aumentada, y se muestra cómo se puede utilizar fácilmente para mejorar los ambientes de aprendizaje y convertirse en una prometedora tecnología en la enseñanza.

Palabras claveRealidad Aumentada, Herramientas de autor, los ambientes de aprendizaje.

Introducción

En los últimos años, las nuevas tecnologías de interacción y de visualización, como la realidad aumentada, se han utilizado y desarrollado por unos pocos Medialabs al rededor del mundo. Lo cuales han realizado desarrollos interesantes para mostrar lo que es posible hacer con la RA y cómo esta tecnología puede ser usada para muchos propósitos diferentes.

En el campo de ambientes de aprendizaje, el Human Interface Technology Laboratory (Hitlab), de Nueva Zelanda, ha desarrollado algunos ejemplos para mostrar cómo la realidad aumentada puede ser usada para proporcionar a los usuarios experiencias ricas en interacción multimedia.

Un buen ejemplo, es el "MagiPlanet Virtual Solar System", que utiliza realidad aumentada para enseñar a la gente acerca de los planetas del Sistema Solar.

Figura 1: Imágenes del MagiPlanet Virtual Solar System de Hitlab

Otro buen ejemplo, es el "Augmented Reality Volcano Kiosk" que enseña a la gente sobre los volcanes y las placas tectónicas.

Figura 2: Imágenes del AR Volcano de Hitlab

Hay muchos otros desarrollos interesantes, además de los ejemplos anteriores. Pero la limitación principal de todos estos desarrollos, es que han sido desarrollado usando el lenguaje de programación C y el ARToolKit [8] ( el cual es una librería de reconocimiento de visión por computadora que permite la creación de aplicaciones de realidad aumentada). Y por tal motivo fue que durante algunos años, si alguien quería hacer algo similar, tenía que ser un programador avanzado en lenguaje C.

Ésto ademas significaba que durante este tiempo, los diseñadores, artistas, educadores y no los programadores no podían crear fácilmente sus propias aplicaciones de realidad aumentada y contenidos.

Aproximación

Al inicio de esta investigación se encontraron tres necesidades básicas para el uso y creación de contenidos de realidad aumentada en el campo de ambientes de aprendizaje: la primera, herramientas de autor de RA, la segunda, desarrolladores de contenidos de RA y la tercera, contenidos libres de RA. Debido a que hasta ese momento no existinan herramientas de autor libres para los no programadores [2], había muy pocos desarrolladores de contenidos (ya que esta tecnología estaba disponible principalmente solo para programadores [2]), y no había contenidos libres de RA disponibles, ya que la mayoría eran desarrollos cerrados.

Así, por estas razones, la realidad aumentada fue una tecnología desconocida por muchos diseñadores y artistas [2]. Ya que no había suficiente documentación para su fácil uso y los kits de herramientas de programación disponibles eran difíciles de modificar y adaptar a las necesidades particulares.

Pero, afortunadamente, después de un tiempo, algunos proyectos de software fueron creados para llenar este vacío.

Herramientas de programación y de autorLas herramientas de programación son recursos que están disponibles para ayudar y facilitar el proceso de programación de aplicaciones de realidad aumentada para diferentes lenguajes de programación. Las herramientas principales son: el ARToolKit [8] para el lenguaje C, el NyARToolkit [9] para lenguajes como Java, C # y Android, y el FlarToolkit [10] para el lenguaje ActionScript3.

Pero, para los no-programadores solo había unas pocas herramientas de autor para la creación de aplicaciones de realidad aumentada. Y para esta investigación fueron exploraradas dos de estas herramientas de autor: Catomir y BuildAR. Catomir [4] es una herramienta de autor, no libre, de programación visual, que sólo funciona en Microsoft Windows y permite a los usuarios crear programas complejos, sólo adicionando componentes y conectandolos con otros. (Desarrollado por Jürgen Zauner en 2004).

Figura 3: Catimir Herramienta de creación de la interfaz.

Usando Catomir, se desarrollaron algunos contenidos interactivos, para analizar el rendimiento de esta herramienta de autor.

Figura 4: Ejemplos desarrollados con la herramienta de autor “Catomir”

En la figura 4, el ejemplo (a) es una aplicación para enseñar la pronunciación de las vocales en español, así que cuando el usuario toque cada vocal, puede escuchar la pronunciación. El ejemplo (b) es una prueba de selección de opciones, ya que la aplicación

le preguntará al ususario si está feliz, por lo que si toca el boton de "si", entonces aparece una cara feliz, o si toca no, entonces aparece una cara triste. El ejemplo (c) es una demostración de la Teoría del Color, en la que el usuario escoge dos colores primarios con dos patrones diferentes y en el tercer patrón aparece el color que se obtiene cuando se mezclan dichos colores. El ejemplo (d) es solo para interactuar con modelos 3D complejos, como en este caso con la Torre Eiffel. El ejemplo (e) es un reproductor interactivo de música, donde el usuario puede reproducir, pausar y detener la canción tocando los patrones. Y finalmente el ejemplo (f) es un rompecabezas de la realidad aumentada.

BuildAR [5] es una herramienta de autor muy basica, non libre, que sólo funciona en Microsoft Windows y permite a los usuarios crear aplicaciones simples de RA. (Desarrollado por el Human Interface Technology Laboratory. En 2008).

Figura 5: BuildAR Herramienta de creación de la interfaz.

Método Ésta fue una investigación aplicada, que surgió como resultado de una investigación exploratoria previa [3]. Enfocada hacia los educadores, diseñadores, artistas y no-programadores que desean desarrollar contenidos interactivos con la Realidad Aumentada, sin mayor conocimiento técnico o habilidades.

Primero, se exploraron algunos ejemplos de contenidos de aprendizaje desarrollados utilizando la realidad aumentada y después los principales recursos de software como herramientas de programación y herramientas de autor, para utilizar y desarrollar esta aplicaciones de realidad aumentada. Luego, se desarrollaron dos nuevas herramientas de autor para proporcionar a los no programadores, herramientas más fácil de usar. Con base en la metodología de desarrollo de código abierto, pero siguiendo la filosofía y los valores del movimiento del Software Libre. Ésto se hizo usando el modelo de prototipado para el desarrollo de software, con un algoritmo de diseño “Top-down” y “Bottom-up”, y programación modular .

DesarrollosEn la investigación, se desarrollaron dos herramientas de autor libres : el ATOMIC Authoring Tool [6], y el ATOMIC Web Authoring Tool [7].

El ATOMIC Authoring Tool es un software libre, multiplataforma, que funciona en Windows, Linux y Mac, que fue desarrollado para permitir a los usuarios el poder crear fácilmente aplicaciones independientes de RA, con sólo unos pocos clics del mouse. (Desarrollado por José David Cuartas en el 2009.)

Figura 6: Interfaz de ATOMIC Authoring Tool

Y el ATOMIC Web Authoring Tool es un software libre, que funciona en Windows y Linux, que fue desarrollado para permitir a los usuarios el poder crear aplicaciones de RA que pueden insertarse dentro de páginas web, con sólo unos clics. (Desarrollado por José David Cuartas en el 2010.)

Figura 7: Interfaz de ATOMIC Web Authoring Tool.

Los principales objetivos de estas dos herramientas de autor fue: Tratar de ser fácil de modificar (tanto en el código fuente como en la interfaz). Buscando ser fácil de adaptar para cualquier necesidad en particular. Ser multi plataforma. Y buscar ser fácil e intuitivo de usar.

La interfaz, persigue la idea de que el menú debería ir a donde está el cursor (No como las interfaces gráficas de escritorio tradicionales, donde el usuario debe mover el cursor hasta donde está el menú).

Por tal motivo, para estas dos herramientas de autor que se desarrollaron, se eligió una interfaz de “pie menu” para permitir a los usuarios un acceso más rápido a todas las opciones en la herramienta de autor. Y también, la interfaz ha sido desarrollado para ser muy fácil de modificar (sólo se debe editar un archivo png).

La interacción con estas herramientas de autor mezcla interfaces tradicionales de escritorio (como las ventanas y los iconos) con interfaces tangibles de usuario (como los patrones de RA) y las interfaces de percepción de de usuario (como las cámaras). El código fuente, se escribió en el simple pero poderoso lenguaje de programación: "Procesing", con el objetivo de ser lo más simple posible, para que pudiera ser fácil de entender lo que va a hacer cada línea en el código, y permitir que prácticamente cualquier persona pudiera modificarlo .

Además, fueron creados en forma de módulos, para permitir a la interconexión con diferentes aplicaciones y dispositivos (como Pure Data), a través del uso de estándares y protocolos abiertos (como el OSC).

Y, por último, estos desarrollos también buscan ser una tecnología transferible a través de la traducción del código y la interfaz al: Español, Inglés, japonés e italiano. DiscusiónEs muy común que los diseñadores y los artistas no usen software libre para sus propias necesidades, y menos aún, que ellos mismos creen software libre para sus propios proyectos.

Pero, en esta investigación se optó por utilizar y desarrollar herramientas de software libre, porque se encontró que tienen menos requisitos de hardware, se puede modificar, proporcionan actualizaciones gratis, rápidas y constantes, son más baratos que el software propietario, tienen comunidades muy activas y fuertes que proporcionan apoyo, también ayuda a compartir experiencias, y muchos de estos recursos son multi plataforma. Por todas estas razones, podemos afirmar con certeza que el software libre es un buen recurso para desarrollar proyectos de arte y diseño.

ConclusiónLa realidad aumentada es una poderosa herramienta para futuros proyectos de diseño de información . Una prometedora tecnología de enseñanza para mejorar los ambientes de aprendizaje, porque ayuda a los usuarios a visualizar y explicar conceptos complejos.

Puede ser utilizado como herramienta adicional para reducir la brecha tecnológica, ya que utiliza metáforas del mundo real y por lo tanto los usuarios no necesitan instrucción especial para usar esta tecnología.

Proporciona a los usuarios una experiencia multimedia más envolvente y rica en interacción que les permite acceder a la información de una forma más rápida y eficaz.

Y, es un recurso efectivo en la enseñanza, ya que permite mejorar la atención y el interés en los contenidos de aprendizaje.

Agradecimientos

Esta investigación fue apoyada por el Center of Experimental Media Arts (CEMA) en el Srishti School of Art, Design and Technology (Bangalore, India), y el Programa de Diseño Visual de la Universidad de Caldas (Manizales, Colombia), a través de un convenio firmado entre estas dos universidades.

Referencias

[1] Billinghurst, M. (2003). No More WIMPS: Designing Interfaces for the Real World. Recuperado Octubre 25, 2010 desde http://hitlabnz.org/publications/2003-CHINZ-keynote.pdf

[2] Lee, G., Kim, G. J., Billinghurst, M. (2004). Directing Virtual Worlds: Authoring and Testing for/within Virtual Reality based Contents. Recuperado Octubre 25, 2010 desde http://www.hitlabnz.org/publications/2004-ICAT-AuthoringTestingInVR.pdf

[3] Monsalve, M., Castrillon, A., Cuartas, J. D. (2007). Exploración teórica de la realidad aumentada y su posible incidencia en el diseño visual. Recuperado Octubre 25, 2010 desde http://sologicolibre.org/jose/archivos/ExploracionTeoricaRealidadAumentada.pdf

[4] Zauner, J. (2004). Catomir Authoring Tool.[Homepage]. Recuperado Noviembre 04, 2010 desde http://staff.fh-hagenberg.at/jzauner/CATOMIR.html

[5] HIT Lab NZ. (2008). BuildAR Authoring Tool.[Homepage]. Recuperado Noviembre 04, 2010 desde http://www.buildar.co.nz/

[6] Cuartas, J. D. (2009). ATOMIC Authoring Tool.[Homepage]. Recuperado Noviembre 02, 2010 desde http://sologicolibre.org/projects/atomic/en/

[7] Cuartas, J. D. (2010). ATOMIC Web Authoring Tool. [Homepage]. Recuperado Noviembre 02, 2010 desde http://sologicolibre.org/projects/atomicweb/en/

[8] Kato, H. (1999). ARToolKit computer vision library.[Homepage]. Recuperado Noviembre 04, 2010 desde http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/

[9] Nyatla. (2008). NyARToolkit computer vision library.[Homepage]. Recuperado Noviembre 04, 2010 desde http://nyatla.jp/nyartoolkit/wiki/index.php?FrontPage.en

[10] Tomohiko, K. (2009). FLARToolKit ActionScript3 computer vision library.[Homepage]. Recuperado Noviembre 04, 2010 desde http://libspark.org/wiki/saqoosha/FLARToolKit/en