BLOQUE II. ESTUDIOS EXPERIMENTALES EXPERIMENTALES .

BLOQUE II. ESTUDIOS EXPERIMENTALES.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
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TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
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Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
RESUMEN
Este segundo bloque constituye la parte práctica de la presente tesis. En él se ha llevado a
cabo un estudio de viabilidad previo, para determinar la tecnología a emplear, y una serie
de estudios experimentales y ensayos en un total de 8 ejercicios con alumnos, divididos en
6 cursos. Los cuatro primeros cursos utilizan software y plataformas existentes, y se han
dividido en función del tipo de registro utilizado (óptico y basado en geolocalización),
mientras que los dos últimos son ensayos realizados con la aplicación de creación propia
desarrollada en el seno de esta tesis. Dichos ejercicios han permitido evaluar, en todos los
casos, la usabilidad de esta tecnología en entornos docentes,
docentes, así como la mejora en el
rendimiento académico de los estudiantes, en el caso de los ejercicios realizados con la
aplicación de creación propia.
En el primer estudio de viabilidad se detectan las fortalezas y debilidades de la tecnología,
condicionando el diseño de los ejercicios a desarrollar. En él se utilizaron ordenadores
portátiles y dispositivos móviles (hand held) mediante el software de AR-Media y JUNAIO
respectivamente. Los ejercicios posteriores, realizados por alumnos de las facultades de
Arquitectura e Ingeniería de la edificación, se dividieron en dos apartados que se resumen
a continuación:
1. Estudios preliminares mediante software y plataformas existentes: se realizaron 6
ejercicios con alumnos divididos en 4 cursos (BEST, DAC, EGIII y BKC). Todos ellos
utilizando Software gratuito o con licencia educacional. Para ello se han ensayado las
tecnologías más habituales mediante ordenadores portátiles y dispositivos móviles, como
son los programas basados en el registro óptico y registro GPS, utilizando marcadores tipo
ARtoolkit e imágenes reales del entorno
entorno,, en el primer caso, y a través del posicionamiento
del usuario en el segundo.
Se escogieron en todos los casos configuraciones económicas y asequibles, lo cual
garantiza la disponibilidad de los sistemas empleados, y asegura la consecución del objeto
de esta fase, que era estudiar la viabilidad de la tecnología en entornos docentes, tanto en
espacios interiores como exteriores. Evaluando en todos los casos la usabilidad de los
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sistemas empleados a partir de cuestionarios basados en la norma ISO 9241-11, con el
objetivo recoger datos referentes a la eficacia, eficiencia y grado de satisfacción de los
usuarios para cada uno de los cursos.
En el caso de los ejercicios basados en el registro óptico (capítulo VI) y realizados en
espacios interiores se utilizó el plugin de la empresa AR-Media para PC, y que se basa en
marcadores provenientes de librerias ARToolkit. En espacios exteriores, sin embargo, con
este tipo de registro se realizó un ejercicio (BEST 1.3) utilizando como marcador imágenes
del entorno real (fachadas de edificios) con el objeto de minimizar las limitaciones que
ofrece el sistema de registro óptico por la estricta relación distancia-tamaño marcador y
por su sensibilidad a los cambios de luz, y la relativa portabilidad de los equipos utilizados
(pc/portátiles), ya detectadas en el estudio de viabilidad previo. Para ello el software
utilizado fue Build-AR y la plataforma JUNAIO, de los que se ha hablado anteriormente.
En el caso del ejercicio planteado mediante registro GPS (capítulo VII), se realizó un
ejercicio, utilizando una plataforma web existente basada en este tipo de registro, LAYAR,
que permitía el almacenaje y libre distribución de contenidos generados por el propio
alumno de manera ágil y universal, facilitando la
la creación de escenas colaborativas, con
varios contenidos visualizados de manera simultánea. Una de las debilidades detectadas
en los estudios anteriores. Para ello fue necesaria la creación de un canal que contuviera,
en una base de datos pública, los contenidos generados por los alumnos, de acuerdo a los
requerimientos exigidos por la plataforma.
2. Evaluación de la tecnología mediante una aplicación Propia: Se realizaron dos
ejercicios (RAIII y PT II) en las facultades de Arquitectura e Ingeniería de la edificación
respectivamente, utilizando una aplicación para dispositivos móviles desarrollada en el
seno de esta tesis, y que está basada en el registro óptico de imágenes del entorno. Las
pruebas se realizaron en ambientes exteriores e interiores. El sistem
sistemaa permitía minimizar
las limitaciones detectadas en fases anteri
anteriores
ores para este tipo de registro en espacios
exteriores al permitir el posicionamiento del marcador cercano al usuario y el
desplazamiento del modelo virtual en relación a su marcador.
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En ambas experiencias se evaluó además de la usabilidad del sistema, la mejora en el
rendimiento académico de los alumnos.
El siguiente cuadro resume los estudios experimentales realizados:
Tabla 8. Resumen de los estudios experimentales realizados
FASES
EJERCICIOS ENTORNO REGISTRO MARCADOR SOFTWARE HARDWARE EVALUACIÓ
0. VIABILIDAD 0 GIRONELLA
Ext
Opt
AR_toollkit /
img
1.1
1. ESTUDIOS
Int.
AR_toollkit
1
1.2
Int
SOFTWARE Y
img
1.3
Ext.
PC
PC-port./
/JUNAIO
movil
OPTICO
Viabilidad
AR_Media /
PC-port. /
Build AR
PRELIMINARES BEST
MEDIANTE
AR_Media
Usabilidad
movil
/JUNAIO
2 DAC
Int.
AR_toollkit
AR_Media
PC
PC-port.
Usabilidad
3 EGIII
Int.
AR_toollkit
AR_Media
PC
PC-port.
Usabilidad
4 TICS (layar)
Ext.
GPS
---
LAYAR
Móvil
Usabilidad
5 APF
Ext.
U-AR
Móvil
Usab / rend
OPTICO
Img.
U-AR
Móvil
Usab / rend
PLATAFORMAS
EXISTENTES
2. APP PROPIA
6 PT II
Int.
Como se puede observar gran parte de los estudios experimentales se realizaron
mediante ordenadores portátiles. Con excepción del tercer ejercicio BEST y el BKC donde
al realizarse en ambientes exteriores se requería una mayor movilidad, se utilizaron
entonces teléfonos móviles, Smartphones o UMPC. Y que sirvieron de base para el
desarrollo de la aplicación propia.
Igualmente existe un solo ejercicio basado en registro GPS. Esto se debe a que a pesar de
la motivación, participación, y grado de aceptación mostrado por los estudiantes, el
registro resultaba bastante impreciso y su uso se limitó por el momento, a ejercicios muy
concretos en grandes espacios exteriores que no requerían de gran precisión en el
registro.
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4.1
CAPITULO IV. EVALUACION DE LA TECNOLOGIA. LA TORRE DE GIRONELLA.
INTRODUCCION
Con el objetivo de llevar a cabo un primer acercamiento sobre el uso de las nuevas
tecnologías de Realidad Aumentada, aplicadas a un caso práctico y real, que permitiera
desarrollar diversas estrategias de implantación de la tecnología en ambientes educativos
y, como paso previo a la consecución de los ensayos con estudiantes, se realizó un estudio
de viabilidad de la tecnología en el ámbito del patrimonio histórico. Concretamente en la
torre de Gironella situada en la parte alta de la ciudad de Girona.
El ensayo, que sirvió para delimitar las fortalezas y debilidades de la tecnología, ha sido
objeto de diversas publicaciones (Ernest Redondo, Sánchez Riera, et al. 2011; Ernest
Redondo,
Sanchez
Riera,
et
al.
2012),
siendo
consultable
en
http://hdl.handle.net/2099/12344.
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4.2
PLANTEAMIENTO
Es importante remarcar la potencial utilidad de esta tecnología en el campo del
patrimonio histórico, donde su aplicación permite mostrar una realidad “completada” de
las ruinas o restos de cualquier bien, generando una imagen imposible de lo que no existe,
fruto de las investigaciones e hipótesis de los científicos, permitiendo su verificación en el
mismo lugar, y promoviendo finalmente, un mayor conocimiento del bien tutelado.
Las murallas romanas de la ciudad de Girona, por su parte, son uno de los monumentos
menos conocidos de la misma, y en contraposición a las recientemente restauradas
murallas del siglo XVII, su trazado, oculto bajo diversas fincas privadas, no ha presentado
hasta hace poco un interés turístico. Por fortuna la reciente recuperación de los espacios
tras el rectorado de la Universidad de Girona y la Plaza de Sant Domènec, junto con la
inminente restauración de los jardines del antiguo colegio de los HH Maristas, pondrá al
alcance del público lienzos fragmentarios de estas defensas.
La posible protección, estudio y explotación de los mismos no puede pasar por su
reconstrucción física y es en este contexto donde las nuevas tecnologías de la Realidad
Aumentada, unidas a los sistemas de telefonía móvil y ordenadores personales, los
sistemas de información geográfica,
geográfica, etc. permiten nuevas estrategias de catalogación,
conservación y difusión de nuestro patrimonio histórico.
En el caso del patrimonio histórico podría ser aceptable el uso de patrones planos (marcas
fiduciales), fácilmente reconocibles por el dispositivo
dispositivo y cuya posición debería ser conocida
para poder realizar correcciones de posición y escala de manera más precisa. Asumiendo
en cualquier caso que más de un marcador es visible al mismo tiempo53.
Ahora bien, la superposición de un considerable número de marcadores a un bien
patrimonial
puede
resultar,
sin
embargo,
discutible
ya
que
distorsionaría
considerablemente la imagen del bien a conservar y dificultaría la percepción del estado
en que se encuentra. Además, en la mayoría de casos, el objeto de estudio, ya sea un
53
La gran mayoría de sistemas de reconocimiento de marcadores se bas
basan
an en las librerías ARToolkit (H.
Kato & M. Billinghurst 1999).
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monumento, una ruina o restos arqueológicos, suele tener un tamaño considerable y
debe ser visualizado desde cierta distancia. Las limitaciones ópticas de las lentes actuales
obligan a que estos marcadores, como en el caso descrito, tengan un tamaño considerable
si se pretende tener una cierta precisión y estabilidad de la imagen.
Por este motivo sería planteable que el registro se hiciera en base a objetos reconocibles
del propio objeto, es decir se basara en el reconocimiento de imágenes reales en lugar de
marcadores (markerless systems).
systems). Los diversos patrones de reconocimiento en estos
casos, deberían ser individuales para cada caso de estudio. O incluso el marcador podría
ser la imagen del propio bien a conservar ya que las imágenes que servirían de
marcadores (muros, puertas) en el caso del patrimonio histórico, forman parte de una
estructura rígida que no varía. Si bien es verdad, que estos elementos se encuentran
expuestos a distintas condiciones de luz y ambientales que pueden dificultar el
reconocimiento. Para
(Bimber & Ramesh Raskar 2005, p 5) este tipo de registro,
(markeless tracking) es la solución más prometedora para futuras aplicaciones de RA.
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4.3
REFERENTES
Un primer ejemplo de sistema de Realidad Aumentada aplicado al patrimonio histórico es
el iniciado en 1996 en las ruinas arqueológicas de Ename, B
Bélgica.
élgica. La experiencia se
enmarca en un proyecto más amplio, una especie de “Open
“Open Air museum”, denominado
ENAME 974 Project (D. Pletinckx et al. 2000)
2000),, y que pretende hacer comprensible al
público en general un conjunto arqueológico, complejo y pobremente conservado de unas
8 hectáreas. Para ello se hace uso de nuevas tecnologías que ayuden a difundir y preservar
la historia de su comunidad y el entorno en que se ha desarrollado durante más de un
milenio de historia.
En el caso concreto del parque arqueológico, los visitantes pueden contemplar a través
de una pantalla representaciones digitales superpuestas sobre las excavaciones
arqueológicas de los cimientos o restos existentes. El sistema se denomina TimeScope 1,
ha sufrido varias actualizaciones y consiste básicamente en una cámara de vídeo, un
ordenador, dos monitores y una pantalla táctil, todo ello situado en un kiosko-cabina
destinado a albergar el equipo de hardware. La video cámara es dirigida hacia un área
determinada como se muestra en la fotografía y ésta transmite en tiempo real imágenes
de la ruina a la pantalla del monitor en el quiosco.
Fig. 66 Imagen de la iglesia de San Salvador. Ename, Belgica. En Pletinckx et al. (2000)
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El sistema ofrece al visitante sentido de inmediatez y realismo donde el tiempo actual,
condiciones del cielo y el ángulo solar en tiempo real sirve de fondo para la reconstrucción
virtual.
La ventaja de este sistema de punto, de vista fijo, es que no son necesarios dispositivos
complejos de registro y posicionamiento. Sin embargo, requiere de un recinto físico para
situar el sistema lo que puede interferir con las cualidades visuales del sitio
arquitectónico. Además, el punto de vista fijo resulta una limitación importante en lo que
se refiere a la experiencia de la visita al conjunto, ya que los visitantes
visitantes suelen recorrer los
lugares y contemplar los edificios desde diferentes ángulos y con diferentes escalas de
aproximación. Estos inconvenientes deberían ser resueltos por medio de las aplicaciones
móviles de RA en las cuales un observador puede moverse
moverse alrededor del sitio lo que se
sitúa más en la línea en la que experimentamos de forma natural la arquitectura, esto es,
por medio de una visualización dinámica.
Una experiencia en esta línea, utilizando dispositivos móviles (HMD), es la llevada a cabo
por la escuela de arquitectura y diseño de Oslo (AHO) en 2005, para la reconstrucción de
la iglesia de Sta. Margareta, una pequeña iglesia medieval al norte de Oslo. Para el
profesor søren s. sørensen, las técnicas de planeamiento urbano y de diseño
arquitectónico actuales todavía se basan en el uso de técnicas tradicionales como
perspectivas, planos 2d y maquetas y modelos virtuales en 3D. Técnicas que requieren de
una cierta abstracción e interpretación, y por tanto el problema a resolver puede resultar
difícil de entender e inducir a error. Para el profesor las limitaciones de estos tipos de
representación radican en el hecho de que el observador se encuentra fuera de la escena,
siendo un mero espectador antes que un participante. Con este propósito se desarrolló
una experiencia en el campo de la representación visual aplicada al entorno construido.
Mediante el uso de HMD, el observador podía caminar libremente por los alrededores de
la iglesia visualizando su reconstrucción ideal que se superponía a los restos existentes. El
registro se basaba en el reconocimiento de patrones previamente colocados y cuya
posición era conocida por el sistema.
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Fig. 67 Reconstrucción de la iglesia de Sta. margarita mediante técnicas de RA. En
http://www.ife.no/en/ife/departments/software-engineering/products/arsubmeny/news.
Otros sistemas de RA móvil aplicados en espacios exteriores, y aplicados al patrimonio
cultural podemos citar en ensayo realizado en las ruinas de Olimpia (Vlahakis et al. 2002)
en el marco del proyecto ARCHEOGUIDE (Augmented
(Augmented Realitybased Cultural Heritage Onsite Guide) desarrollado por el Fraunhofer Institute of Computer Graphics (IGD). Este
proyecto propone nuevas formas de acceso a la información sobre el patrimonio cultural
de forma “amigable” a través del uso de las TIC y de la RA, visualización 3D, y aplicaciones
de informática móvil. El sistema, permitía al visitante, entre otras, la opción de
visualización tridimensional de elementos desaparecidos y partes reconstruidas del
entorno por medio de dispositivos HMD. Además a través de ordenadores portátiles o
dispositivos de mano daba acceso a información contextual a través del registro de la
posición y la orientación del usuario, y ofrecía una temática y navegación personalizada a
través del análisis de los perfiles del visitante en función del componente cultural,
lingüístico, generacional o profesional del mismo. Para ello planteaba la combinación de
varios sistemas de posicionamiento y registro (Básicamente GPS y reconocimiento óptico
de Marcadores) y el acceso remoto a datos mediante una red WLAN. Véase (Dahne & J. N.
Karigiannis 2002) para más información sobre el sistema empleado.
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Fig. 68 Reconstrucción virtual del proyecto ARCHEOGUIDE en la antigua Olimpia. En Vlahakis et al.
(2002)
Se pretendía conseguir así una tendencia cada vez más reciente en el campo de la
presentación del patrimonio cultural: la narratividad interactiva54 (interactive storytelling).
El objetivo consiste en la comunicación de la información de forma personalizada,
focalizada hacia el interés personal del usuario y conducida por él mismo. La información
se añade al sistema que la actualiza de forma constante y la pone al alcance del visitante
para que pueda determinar la trayectoria narrativa a seguir dentro de un sistema de
personalización activa gracias a la posibilidad de identificar al usuario. Este tipo de
investigaciones son cada vez más numerosas en el ámbito de la presentación e
interpretación del patrimonio cultural (Fernández Alvarez 2010).
En España podemos citar la reconstrucción de la fortaleza ibérica de Els Vilar, en Arbeca
(Lleida) realizado por un grupo multidisciplinar de arqueólogos e informáticos donde se
diseñó un escenario de futuro
futuro para una visita guiada mediante un sistema portátil,
basado en herramientas de RA (ALONSO et al. 2001).
Fig. 69 Mapa de situación diseñado para la fortaleza ibérica de Els Vilars. En ALONSO et al. (2001)
54
La utilización de sistemas que permitan al visitante la creación de sus propias “historias” mientras explora
la información contenida en una base de datos y con la posibilidad de seguir diferentes trayectorias
(temporales, espaciales y temáticas). (Daniel Pletinckx et al. 2003)
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4.4
METODOLOGIA
A partir del levantamiento arqueológico de la zona de la torre-castillo Gironella, llevado a
cabo por los arqueólogos de la Universidad de Girona en el año 1987, se seleccionaron
una serie de imágenes y dibujos, qué modo de resumen, ilustraban su campaña de
excavación. Esta información inicial facilitada es la que se utilizó como base para la
generación de los modelos virtuales correspondientes a dos periodos históricos
Republicano y Bajo imperial, que debían superponerse en el entorno real.
Fig. 70 Diversas imágenes utilizadas para la generación de las reconstrucciones virtuales en el estudio de
viabilidad de la tecnología.
4.4.1
Generación del entorno:
Con la idea de incorporar datos del espacio real al modelo
modelo virtual que pudieran servir
como base de referencia cartográfica, y permitir así un mejor ajuste entre el modelo y su
entorno, se recopiló la documentación del levantamiento del conjunto arqueológico
realizada por el LMVC i el CPSV empleando la tecnología
tecnología del escáner láser. Sobre esta base
se procedió a seleccionar la zona de estudio del proyecto, circunscribiéndonos a la torre
Gironella romana que ocupa el lado Oeste del yacimiento, y se recopiló la información
referente al escaneado del espacio interior y a las imágenes que toma la cámara
fotográfica digital sincronizada con el escáner.
Fig. 71 Levantamiento del lugar mediante laser escáner. Realizado por el LMVC.
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Este levantamiento de baja densidad resultaba de resolución suficiente para el objetivo
último de añadir parte de la base real al modelo. Además cabe considerar el gran tamaño
que presentan las nubes de puntos incluso a baja densidad (valores que superan los 4,0
Gbytes) y su difícil gestión, más aún si se pretende vis
visualizar
ualizar mediante dispositivos
móviles.
Fig. 72 Perspectiva del levantamiento realizado con Laser Escáner Una vez aplicada la textura a partir de una
fotografía.
Para la obtención de la malla de referencia que permitiera un registro más preciso al
sobreponer los modelos históricos al lugar se procedió a depurar y simplificar la malla
generada por la nube de puntos y utilizar como textura las fotografías de referencia
tomadas en el lugar. Este proceso de gestión y ensamblaje de la nube
nube de puntos se llevó a
cabo mediante la aplicación Point-tools en colaboración con el LMVC. El refinamiento de
la malla para reducir el número de polígonos resultante de interconectar cada uno de los
puntos x,y,z del escáner se realizó usando la aplicación RapidForm. Y su texturización del
se usó el programa Zbrush. De manera que se obtuvo un modelo de base con un número
mínimo de polígonos y con apariencia realista.
Está estrategia de reducción del modelo adyacente al modelo de la torre resultó esencial
para ser visualizado en un dispositivo con una pantalla de dimensiones reducidas, que
facilitaba además su transmisión por la red.
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Fig. 73 Imágenes de la malla de entorno utilizada para acompañar al modelo virtual
Finalmente la malla reducida constaba de unos 60.000 polígonos y su uso fue reservado
para la visualización en ordenadores portátiles.
4.4.2
Criterios gráficos adoptados
En el caso de estudio que nos ocupa, donde la participación de los arqueólogos e
historiadores es fundamental, uno de los aspectos más importantes a destacar en la
realización de los modelos virtuales es el de los materiales y texturas que se utilizan.
El modelo infográfico en este tipo de casos ha de ser siempre científico y avalado por una
investigación accesible que exponga con detalle los datos que llevan al resultado final,
“frente a otras tendencias actuales que buscan más el espectáculo que el propio
conocimiento del bien cultural.” (Robles et al. 2009). El dibujo de la arqueología es un
registro gráfico en el que predomina la descripción sistemática y codificada de los objetos,
su forma de construcción y su ubicación en el estrato o paramento correspondiente, por
encima de valores perceptivos y cromáticos. En este sentido la infografía técnica, el CAD,
la topografía, ha aportado rigor en la definición métrica de los emplazamientos pero
continua usándose el dibujo a mano, para interpretar cada objeto, limitándose la
infografía realista `para la divulgación científica. En nuestra opinión, el dibujo ofrece
distintas ventajas por encima de cualquier otra forma de representación, incluida la
fotografía, que siempre sufre la limitación de la profundidad de campo y no permite
discriminar la información gráfica (eliminación de colores, fracturas, etc.). Es sintético y
selecciona sólo lo que es realmente necesario registrar, su coste eess relativamente bajo y,
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además de rápido y eficaz, es muy versátil para hacer composiciones y jerarquizar la
información.
Por este motivo se redibujaron los materiales a emplear, con el objeto de obtener una
textura digital que resultara como mínimo verosímil
verosímil para cada uno de los modelos
virtuales que debían reflejar las hipótesis de los historiadores.
Así, la mampostería de piedra opus quadratum, correspondiente a la época del bajo
imperio, se reprodujo a partir de los lienzos encontrados dentro del recinto del castillo de
Gironella, protegidos de las inclemencias del tiempo, y que presentan una mampostería
buen estado de conservación.
Fig. 74 Obtención de la textura de mampostería Opus Quadratum. (Bajo imperio) y de la textura de
mampostería opus vittatum. (Época republicana)
Para la creación de la textura de la piedra de la época republicana opus vittatum (o opus
incertum) se procedió de manera similar.
Una vez generadas las distintas texturas correspondientes a las dos épocas referidas, y con
el visto bueno de los historiadores consultados
consultados,, se procedió a la construcción de los
modelos virtuales.
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4.4.3
La reconstrucción virtual de las hipótesis
La definición geométrica de las torres correspondientes a los dos periodos de tiempo se
llevó a cabo con el asesoramiento de los expertos del IRH de la UdG
UdG,, en base a los datos
geométricos de las ruinas existentes y al levantamiento realizado por el equipo
investigador. Con el objeto de reproducir un modelo formalmente verosímil y
científicamente riguroso, se procedió a una búsqueda de referencias históricas o trabajos
científicos referentes a la construcción de estas torres de vigilancia entre las cuales
destacan los trabajos de los investigadores del IRH de la mano de J. Sagrera, la Columna
Trajana de Roma, y ciertas reconstrucciones virtuales consultada en diferentes webs
institucionales vinculadas a la conservación del patrimonio arquitectónico. Sin embargo, la
disparidad de versiones, incluso en aquellas que por cronología podían estar más cercanas
a las de la Gerunda romana, no aclararon en exceso la opción definitiva, optando por
versiones más austeras de acuerdo con los criterios de los arqueólogos de la UdG en
relación a los materiales, dimensiones y estructura interna.
Con todo ello se procedió a un trazado en CAD de la geometría básica de cada una de las
torres, suponiendo diversos tipos de acabado, y diversas opciones en cuanto a sus alturas.
Fig. 75 Levantamiento geométrico de las torres de acuerdo con las hipótesis
hipótesis de los investigadores
Tras unos primeros modelos de evaluación, se modelaron las versiones definitivas. La
torre mediría más de 10 metros de altura estando rematada en su reconstrucción bajo
imperial por una cubierta a cuatro aguas sobre una estructura
estructura de vigas y pilares de
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madera que protegerían las máquinas de guerra. El forjado intermedio también seria de
madera y todo el cerramiento estaría formado por bloques de cantería rectangulares
iguales a las piedras existentes en la base.
Fig. 76 Imágenes de las reconstrucciones virtuales definitivas correspondientes a distintas hipótesis de los
historiadores. Elaboración propia mediante 3dsMax, V2009.
Una vez reconstruidas las hipótesis,
hipótesis, éstas fueron visualizadas “in situ” mediante diferentes
configuraciones que se describen a continuación.
4.5
4.5.1
ENSAYOS DE VISUALIZACIÓN MEDIANTE REALIDAD AUMENTADA.
ENSAYOS MEDIANTE RECONOCIMIENTO DE PATRONES PLANOS
Estos ensayos se realizaron sobre ordenadores portátiles. Con distintos software y
configuraciones. Básicamente se utilizó el plugin de ArMedia de Inglobe Technologies que
dispone de un visor independiente Ar player, aunque se ensayaron otros programas
similares como BuidAr de NZLab, que también dispone de un visor, y MrPlanet y AMIRE,
programas diseñados específicamente para la generación de escenas aumentadas,
permitiendo controlar el tamaño, numero de marcadores, modelos, texturas y
comportamientos de los modelos.
Todos ellos se basan en el reconocimiento de patrones planos que provienen de las
librerías ARTollKit de las que se ha hablado anteriormente y están pensados para su uso
en espacios interiores. Entre sus ventajas cabe destacar: la precisión alcanzada con el
registro 3D (del orden del cm); la peculiaridad de que los objetos generados por
ordenador se pueden relacionar fácilmente con las marcas (permitiendo interfaces
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tangibles); la posibilidad de implementar elementos de interacción (a partir de distancias y
rotaciones entre marcas); y la economía de los sistemas (ya que suelen disponer de
licencia GPL55 y para el registro únicamente es necesaria una cámara Web). Sin embargo,
también hay que tener en cuenta sus limitaciones que nos hemos encontrado, por
ejemplo: la fuerte dependencia de las condiciones de luminosidad; la escala local de
trabajo (distancia cámara-marca); y el hecho de que el entorno físico se ve alterado por las
marcas. Especialmente crítico en el caso del patrimonio cultural.
El primer ensayo de visualización lo realizamos en una ambiente interior con el objetivo de
probar los diferentes programas, el tamaño de llos
os ficheros, y número máximo de
polígonos a visualizar.
Fig. 77 Imágenes de los ensayos de visualización en espacios interiores utilizando BuidAR y Mr Planet.
Fuente: Elaboración propia.
El uso de diversos programas nos permitió comprobar que los modelos generados pueden
llegar a tener más de 40.000 polígonos y con tamaños de hasta 16 Mb, sin excesivos
problemas de visualización pudiendo disponer de un amplio abanico de posibilidades
gráficas adecuadas a los diferentes destinatarios. Siendo perfectamente factible la
visualización de los modelos creados tanto de la torre como del entorno y su
posicionamiento preciso respecto a unas marcas, que se deberían ubicar a escala sobre el
edificio en cuestión.
El trabajo en ambientes exteriores se llevó a cabo en diferentes fases y equipamientos. En
estos ensayos se comprobó como el hecho de inclinar la etiqueta y rectificar
55
GPL: (General Public License) licencia creada por la Free Software Foundation en 1989 (la primera
versión). Orientada principalmente a proteger la libre distribución, modificación y uso de software. Su
propósito es declarar que el software cubierto por esta licencia es software libre y protegerlo de intentos de
apropiación que restrinjan esas libertades a los usuarios.
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adecuadamente la posición del modelo virtual permitía alejarse e interactuar con el
modelo, pudiendo desplazarnos en todas las direcciones visionando el modelo desde
diferentes ángulos, eso sí sin perder de vista el marcador. También quedó clara la
comodidad de disponer de un entorno de referencia para situar el modelo correctamente.
Utilizando una cámara web de altas prestaciones Logitech HD de 5/10 Megapixels, se
pudieron llegar a reconocer los marcadores de 50x50cm a 25 metros de distancia, eso sí
siempre bajo condiciones de iluminación controladas, en concreto sin radiación solar
directa sobre el marcador. A medida que las distancias observador-marcador se
incrementan, el modelo sin embargo resultaba inestable y la escena inconsistente. Por
todo ello se realizaron ensayos basados en el reconocimiento de imágenes reales, que
como mínimo, en este caso, permitirían no alterar el entorno visible
Fig. 78 Estudio y visualización de diversas hipótesis de reconstrucción en el lugar. Fuente elaboración propia.
4.5.2
ENSAYOS BASADOS EN EL RECONOCIMIENTO DE IMÁGENES DEL ENTORNO REAL
Hasta el momento de la realización del estudio (2010), no se habían encontrado
experiencias del uso de dispositivos móviles de mano (hand held) como tabletas, teléfonos
o PDAs, aplicadas estrictamente a la difusión o el estudio del patrimonio arquitectónico,
que utilizaran la técnica del reconocimiento óptico de rasgos naturales para el registro de
objetos virtuales, aunque muchas de las recientes aplicaciones de RA en dispositivos
móviles se basan también en ella. Con este tipo de marcadores se quería evitar que el
elemento patrimonial objeto de estudio, se viera alterado por las marcas. Estas exigían de
un cierto tamaño para ser visibles a cierta di
distancia,
stancia, mientras que la utilización de la
imagen del propio elemento patrimonial como marcador el problema de la distancia
quedaba resuelto.
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Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
195
Los ensayos se realizaron sobre teléfonos bajo los sistemas Android y Ios, usando la
plataforma existente JUNAIO de la que se ha hablado anteriormente que si bien no está
específicamente diseñada para su uso en exteriores, resultó útil para verificar las
limitaciones y fortalezas de esta tecnología en este tipo de ambientes. Dicha aplicación
permite la incorporación de canales de información. Cada uno de ellos con una serie de
imágenes pre configuradas que
que,, una vez el dispositivo reconoce, utiliza para sobreponer
un objeto determinado. Uno de estos canales, permite fotografiar cualquier imagen y
hacerla servir de marcador para su registro con un modelo ya preestablecido. El usuario
de este programa, una vez registrado, puede añadir canales propios de información, a los
que vincular un objeto con una imagen determinada por él. En una prueba inicial sobre
este canal denominado “instant Tracker”
Tracker” y realizada sobre la fachada del monasterio Sant
Cugat, se demuestra como un modelo aleatorio simple, facilitado por la aplicación, se
posiciona sobre el edificio previamente fotografiado con dispositivo móvil, y es posible
acercarse o alejarse del mismo, manteniendo el modelo virtual su posición relativa
respecto a la fachada que actúa de marcador.
Fig. 79 Ejemplo de visualización, mediante un dispositivo móvil, de un modelo 3D aleatorio en un edificio
real utilizando la imagen del propio edificio como marcador de posición. Fuente: elaboración propia.
De manera que parecía viable que, en el campo que nos ocupa, una vez creados los
canales (temáticos), el visitante pudiera superponer su dispositivo móvil en el entorno en
que se encuentra y sobre éste aparecerían una serie de modelos superpuestos cada uno
vinculado al reconocimiento de una imagen determinada que formaría parte del propio
elemento patrimonial o de su entorno.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
196
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Otra de las posibilidades que permite esta aplicación, una vez reconocida la imagen de
referencia, es la de la inclusión de otros
otros contenidos multimedia como un video explicativo.
Y en el caso del modelo virtual superpuesto, éste permite vincularlo a un espacio WEB.
Con el objetivo de probar esta aplicación en el caso que nos ocupa se creó un Canal
temático denominado “Patrimoni_ALB”,
“Patrimoni_ALB”, y que ya está disponible para cualquier usuario
de esta aplicación.
Se trabajó con el modelo virtual de manera que fuera lo más sencillo y manejable posible.
El único formato de exportación admitido era *.md2, un formato un tanto obsoleto
proveniente de los videojuegos (quake2), la textura además debía ser un único archivo en
formato *.PNG. De manera que la textura al contener varios materiales, debe ser una sola
imagen previamente mapeada, de acuerdo a cada una de las caras del polígono. El
modelo, que puede ser animado, permite ser escalado, rotado y posicionado desde la
propia web de creación del canal. De manera que el ajuste y posición se realiza una sola
vez y en relación a la imagen que ha de servir de referencia.
Fig. 80 Imagen de la página web utilizada para la creación de los canales y superposición del modelo a un
entorno real utilizando imágenes reales como marcador
En él canal creado se vinculó inicialmente un video de la torre a un marcador que era la
propia imagen del entorno. Esta experiencia resultó óptima y la consideramos de gran
interés, en tanto que, como hemos comentado, cualquier usuario puede actualmente
pasear por el lugar, y sin ningún tipo de alteración de éste, y disponiendo de esta
aplicación, podría acceder a esta información adicional. Por último el modelo generado
fue también incorporado a una imagen de su entorno real.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
197
Fig. 81 Imagen de referencia que una vez reconocida descarga el video explicativo
explicativo en el dispositivo móvil, y
diversos puntos de visualización del modelo en su entorno mediante JUNAIO.
Con el uso de este tipo de registro, a parte de la ventaja de la no alteración del bien, la
imagen de referencia, se puede ocultar parcialmente sin impedir el registro, por lo que el
usuario puede seguir viendo los objetos virtuales. Además se minimiza la dificultad de
reconocimiento del marcador a medida que se incrementa la distancia ya que el marcador
puede ser la imagen de toda una fachada.
Sin embargo en las primeras experiencias
experiencias la imagen resulta irreconocible en condiciones
de luz poco favorables o distintas de las del momento en que se realizó la fotografía. Lo
cual confirma la sospecha inicial de que este tipo de sistemas son más sensibles a los
cambios de condiciones ambientales, pudiendo resultar inútiles. Además la complejidad
del algoritmo de registro hace que el software requiera de dispositivos más potentes. Las
limitaciones concretamente en este caso, son que el número de polígonos es muy bajo,
unos 1000 y la textura que se mapea sobre él, una imagen de 512x512 píxeles, lo cual
comporta baja resolución y detalle, válido solamente para su visión en dispositivos con
pantallas pequeñas y sobre modelos y entornos a distancias superiores a 25-50 metros.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
198
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
4.6
CONCLUSIONES PRELIMINARES SOBRE LA VIABILIDAD DEL USO DE LA
TECNOLOGÍA.
La realización del ensayo de viabilidad descrito permitió extraer las siguientes
conclusiones, que sirvieron de base para el desarrollo de trabajos futuros, y para su
implantación en entornos educativos.
•
En relación al uso de marcadores tipo ARToolkit,
Una de las conclusiones que podemos apuntar, es que en espacios interiores o exteriores
a distancias inferiores a unos 25mts, y con marcadores de unos 50x50cm, es
perfectamente factible posicionar y visualizar información virtuales superpuesta a este
tipo de marcador, y que resultan adecuados por su precisión en el registro, y su
relativamente pequeña cantidad de recursos que requieren. Pudiendo ser útiles para el
trabajo de campo de arqueólogos, estudiantes o turistas.
Sin embargo este tipo de registro tiene fuertes limitaciones. Como son la
fuerte
dependencia de las condiciones de luminosidad; la escala local de trabajo (relación
distancia cámara con tamaño marcador), que obliga a que si se pretende superponer un
modelo con un solo marcador, y a una cierta distancia, éste debería tener un tamaño
exageradamente grande; y finalmente el hecho de que el entorno físico se ve alterado por
las marcas. Especialmente crítico en el caso del patrimonio cultural
cultural, y en los ámbitos
desarrollados en esta tesis. Este problema se tuvo en cuenta en futuros trabajos, y
especialmente en el desarrollo de la aplicación propia, donde la posición del modelo
puede corregirse dinámicamente manteniendo la posición y perspectiva relativa
respecto al marcador que no necesita entonces situarse a mucha distancia del
observador, facilitando así su reconocimiento.
•
En relación al registro del modelo basado en reconocimiento de imágenes del
entorno,
Probablemente este tipo de registro resulte el más adecuado en espacios exteriores,
especialmente a distancias de más de 25 metros (habitual si se pretende visualizar una
propuesta arquitectónica). El inconveniente en este caso radica en la necesidad de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
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199
cobertura telefónica y disponibilidad
disponibilidad de las terminales especificas, así como la poca
resolución y detalle de los modelos virtuales limitados por el momento a 2000 polígonos y
texturas de tamaños equivalentes a 512x512 píxeles ya que, la complejidad del algoritmo
de registro, hace que el software requiera de dispositivos más potentes. Además la
aplicación ensayada resultó muy sensible a los cambios de condiciones ambientales y de
iluminación, y el registro menos preciso e inestable, incluso que los marcadores basados
en librerías ARToolkit.
•
En relación al tipo de representación superpuesta
El modelo generado, como hemos dicho, carecía de gran parte de la definición de texturas
y detalle que lo compone para permitir la generación de una escena medianamente
estable. Ello implica que, la superposición del modelo resultara casi siempre artificial y
poco creíble. Básicamente por la diferencia en las condiciones de iluminación entre el
modelo virtual y su entorno real. Pero este efecto podría minimizarse con un cierto
estudio de las condiciones de luz en que deberá verse el modelo, de manera que sería
deseable la generación de un mismo modelo en distintas condiciones de iluminación en
función de la orientación, horas del día, fecha, etc…. La textura debería incorporar las
condiciones de luz para cad
cadaa modelo generado, cosa fácilmente realizable con
programas de modelado. En futuros estudios se ensaya esta posibilidad y se optimizan los
modelos para su visualización con dispositivos móviles.
Igualmente se consideró necesario, que en procesos educativos un solo marcador pudiera
contener varios modelos, con el objeto de poder explicar un proceso constructivo, o
poder comparar distintas hipótesis,
hipótesis, sin necesidad de modificar el marcador. Esta opción
es ensayada y descrita en los dos casos de estudio que uti
utilizan
lizan la aplicación propia.
Finalmente cabe comentar que, el hecho de que cualquier persona pueda vincular una
imagen real con cualquier modelo presenta a su vez ventajas e inconvenientes. Por un
lado se abre la puerta a las aplicaciones de RA en las redes sociales, pero en cambio, los
modelos infográficos, o cualquier otro contenido multimedia que se vincule, podría
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
200
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
carecer del rigor científico necesario, apostando seguramente más por el espectáculo que
el propio conocimiento del bien cultural (Gómez Robles & Quirosa García 2008).
A modo de resumen se presentan las fortalezas y debilidades así como las oportunidades
y amenazas detectadas en la realización de este estudio preliminar basado en el
reconocimiento óptico de imágenes:
Tabla 9 Esquema DAFO sobre el estudio de viabilidad efectuado en relación a la tecnología RA
Fortalezas
Debilidades
- Nivel de inmersión y realismo pobre.
- Facilidad de uso
- Sistemas asequibles y accesibles
- Acceso a información adicional “in
situ” de cualquier objeto y en cualquier
momento
- Registro inestable en condiciones de luz
poco favorables.
- Relación distancia/ tamaño marcador
insuficiente para visualizar elementos de un
cierto tamaño
Oportunidades
Amenazas
- Posibilidad de utilizar cualquier imagen
del entorno como marcador.
- Herramienta complementaria en
procesos educativos
- La creación de contenidos de manera
indiscriminada y el poco rigor de éstos puede
afectar el uso de esta tecnología
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
201
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
202
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5
5.1
CAPITULO V. ESTUDIOS EXPERIMENTALES MEDIANTE
EXISTENTES BASADAS EN REGISTRO OPTICO.
PLATAFORMAS
INTRODUCCION
En este capítulo se describen los estudios preliminares realizados con el objeto de evaluar
la tecnología de RA en entornos docentes a partir de he
herramientas
rramientas y software existente
basadas en el reconocimiento óptico de imágenes para el registro de los objetos virtuales.
Se realizaron un total de 3 estudios o ensayos prácticos, tanto en espacios exteriores
como interiores. Todos ellos fueron llevados a cabo con aplicaciones informáticas libres,
con licencia educacional, o low cost como Ar-media, BuildAr, Sketchup, Layar y Junaio,
generando los modelos virtuales para ser representados en dispositivos móviles del tipo
laptops, por la economía del sistema empleado y su universalidad, y en algunos casos, se
utilizaron teléfonos móviles y UMPC que requirieron conocimientos más profundos para la
implantación de la tecnología, teniendo en algunos casos que desarrollar canales de
información virtual para permitir
permitir la visualización de los contenidos generados de manera
ubicua.
Estos estudios se desarrollaron dentro de distintas asignaturas de las carreras de
Arquitectura e ingeniería de la edificación y se dividieron en dos partes: En una primera
fase se realizaron una serie de explicaciones teóricas sobre el uso de esta tecnología y el
software a utilizar. Se impartieron los conceptos fundamentales sobre la tecnología, como
sistemas de registro, renderizado, oclusión, sistemas de seguimiento (tracking), y se
mostraron ejemplos de las aplicaciones más comunes implantadas en diversos campos,
con el fin de que el alumno fuera consciente de las posibilidades que el uso de esta
tecnología le ofrecía.
En una segunda fase se plantearon ejercicios de carácter práctico para que el alumno
desarrollara sus propios contenidos y fuera capaz de visualizarlos con el uso de la
tecnología.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
203
Se evalúan en todos los casos, la usabilidad de los sistemas empleados a partir de
cuestionarios basados en la norma ISO 9241-11, con el objetivo recoger datos referentes
a la eficacia, eficiencia y grado de satisfacción de los usuarios y que junto al resto de
cursos que forman parte de esta tesis sirvieron para evaluar la tecnología de acuerdo con
la metodología general descrita anteriormente.
Tabla 10 Resumen de estudio preliminares realizados mediante Software y plataformas existentes basadas en
registro óptico
Cursos
/ejercicios
ESTUDIOS
PRELIMINARES 1 BEST
MEDIANTE
SOFTWARE Y
PLATAFORMAS 2 DAC
EXISTENTES
3 EGIII
Entorno Registro Marcador
1.1.
1.2
1.3
Software
Dispositivo
Int./ Ext. Opt
AR_toollkit /
img
AR_Media /
Build AR
/JUNAIO
PC-port. /
movil
Int.
Opt
AR_toollkit
AR_Media
PC-port.
Int.
Opt
AR_toollkit
AR_Media
PC-port.
En los apartados que siguen se desarrollan cada uno de los cursos realizados.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
204
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5.2
PRIMER ESTUDIO PRELIMINAR: WORKSHOP EUROPEO DE ESTUDIANTES TECNICOS.
(BEST)
La experiencia docente que se describe a continuación es la primera de las tres en que se
basa la evaluación de la tecnolo
tecnología
gía mediante aplicaciones existentes que utilizan el
reconocimiento óptico de imágenes. Se realizó en el marco de la plataforma BEST56 (Board
of European Students of Technology) y fue llevada a cabo por alumnos internacionales
provenientes de varias nacionalidades europeas, de edades comprendidas entre los 19 y
los 24 años, y que cursan estudios relacionados con arquitectura e ingeniería. Fue
realizada en la Escuela Politécnica Superior de Edificación de Barcelona durante los días 19
al 23 de Septiembre del 2011.
En este primer estudio se pretendía iniciar la evaluación del uso de la tecnología de RA en
los procesos de aprendizaje de los futuros ingenieros y arquitectos, mediante la aplicación
de una serie de herramientas relacionadas con dicha tecnología a partir de diversos
ejercicios. Para ello los estudiantes generaban propuestas de intervención en el aula y
fuera de ella, y debían ser visualizadas por otros alumnos en un entorno real, utilizando en
este caso ordenadores portátiles y cámaras web.
El detalle del ejercicio y las primeras conclusiones pueden ser consultadas en Ernest
Redondo, Sánchez Riera, et al. (2012). Igualmente un video resumen de la experiencia
realizada puede visualizarse en: http://youtu.be/o696Jp58bUk
56
http://www.best.eu.org/index.jsp
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
205
5.2.1
PLANTEAMIENTO
La experiencia se planteó a partir de tres ejercicios, donde se el alumno debía ser capaz
de transmitir a otros participantes una información adicional, generada por él y
superpuesta a su entorno. Debía, de algún modo, “completar” la información del espacio
que lo rodeaba. Así el curso se dividió en dos partes: En una primera fase se realizaron una
serie de explicaciones teóricas sobre el uso de esta tecnología y el software a utilizar; y en
una segunda fase se plantearon un total de tres ejercicios prácticos. Todos ellos llevados a
cabo con aplicaciones informáticas libres, con licencia educacional, o low cost como Ar-
media, BuildAr, Sketchup, generando los modelos virtuales para ser representados en
dispositivos móviles del tipo laptops y Netbooks y en la medida de lo posible sobre
tabletas y teléfonos de última generación, mediante la plataforma Junaio.
Los pasos comunes para la realización de los ejercicios fueron los que se han descrito en la
metodología general:
1. Formación sobre la tecnología a aplicar. En cada caso se procedió a la realización de
clases teóricas con información sobre la tecnología a aplicar, software, sistemas,
dispositivos, etc…
2. Elaboración del modelo. Previa introducción de la actividad a realizar, cada participante
seleccionaba un emplazamiento (ejer 1) o una zona del espacio interior (ejer 2) y exterior
de la escuela (ejer 3) y recreó su modelo o propuesta virtual, eligiendo diversos niveles o
capas de información que mostrar. El conocimiento del modelado de objetos virtuales se
supuso ya adquirido durante su formación como ingenieros o arquitectos en las
asignaturas cursadas relacionadas con el uso herramientas infográficas para representar y
manipular imágenes y modelos virtuales.
3. Registro y presentación de la información: Una vez resueltos y debatidos en cada caso
especifico los problemas de modelado, registro, texturizado, iluminación y oclusión,
inherentes a esta tecnología, se procedió al “registro” (posicionamiento) del modelo en su
ubicación real (aula, espacio interior de la escuela o espacio exterior) utilizando dos
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
206
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
sistemas de reconocimiento óptico y que fueron los siguientes: basado en marcadores
planos (ejer 1 y 2), y basado en el reconocimiento de imágenes provenientes del entorno
donde se encontraban (ejer 3).
Para ello se previeron un total de 8h de carácter práctico para cada ejercicio. Los objetivos
específicos planteados fueron dos:
•
Iniciar la evaluación de implantación de esta tecnología en ambientes interiores y
exteriores en entornos docentes.
•
Plantear nuevas metodologías docentes alternativas a las tradicionales utilizando
estas técnicas de reciente aparición
5.2.2
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
La plataforma BEST, es una organización sin ánimo de lucro, en constante crecimiento
desde 1989, que se dedica básicamente al intercambio de comunicación, cooperación y
promoción de programas de intercambios para estudiantes de toda Europa. Y pretende de
algún modo, ayudar a los estudiantes de tecnología europeos a conocer sus distintas
culturas y formas de trabajo, desarrollando las bases para que sean capaces de trabajar en
ambientes más internacionales.
Se organiza en una red formada por un total de 94 grupos locales (Local BEST Groups
(LBGs) distribuidos en 32 países, con un máximo de un grupo por universidad. La principal
actividad de estos grupos es organizar y promover eventos internacionales de carácter
público como puedan ser intercambios con otras universidades, y actividades locales para
sus miembros como presentaciones de empresas en la universidad, o competiciones
locales de ingeniería, colaborando en las fases nacionales y europeas de éstas. En estas
competiciones el estudiante puede acercarse a la empresa con casos prácticos y salir muy
enriquecido en cuanto a formación y experiencia. Los participantes en los cursos
internacionales como el que nos ocupa, visitan además compañías, plantas industriales o
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
207
centros de investigación y la temática en la que se basan cubre campos diferentes de
tecnología, economía, marketing y organización.
Fig. 82 Mapa con la ubicación de los grupos locales de la plataforma BEST
En nuestro caso el curso fue organiza
organizado
do por el grupo local de trabajo BEST BCN57, creado
en el año 1989, bajo el abrigo de la UPC como miembro fundador de la plataforma BEST.
El curso, titulado con el nombre de “Barcelona 3D”, pretendía dar una formación
complementaria a los estudiantes de otras universidades y la oportunidad de conocer más
de cerca la universidad asistiendo a clases impartidas por profesores universitarios o bien
57
http://www.bestbarcelona.org/
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
208
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
por expertos en la temática concreta de cada curso. En nuestro caso se ofrecían nuevas
herramientas de visualización basadas en el uso de la RA, que tomarían como entorno de
trabajo la ciudad de Barcelona.
Al finalizar el curso los participantes debían realizar un examen preparado especialmente
para comprobar los resultados del curso y poder evaluar su nivel de aprendizaje. Las clases
son obligatorias y al finalizar la evaluación se obtienen créditos ALE.
5.2.3
DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
El detalle de cada uno de los tres ejercicios planteados se describe a continuación.
5.2.3.1
Ejercicio 1. “escena Colaborativa”
Consistió en la creación de una escena “colaborativa” mediante la cual cada alumno debía
ser capaz de elaborar una propuesta de intervención virtual para la ampliación de la
escuela de ingeniería, y ser capaz de visualizarla y explicarla mediante el uso de la
tecnología de RA. La escena debía generarse dentro del aula de trabajo, y de algún modo
pretendía substituir la creación de una maqueta real que posiblemente hubiera sido el
sistema clásico para explicar las propuestas. Además pretendía familiarizar al alumno con
el uso de marcadores planos y el software empleado. Estos marcadores debían ser el
vínculo entre el mundo virtual y el real. A cada marcador se le asociaba una propuesta del
alumno, un modelo arquitectónico virtual en tres dimensiones, que debía visualizarse
dentro de otro modelo virtual de base. Éste fue el mismo para todos los alumnos, y
contenía el entorno del campus Sud de la UPC donde los alumnos importaban los edificios
existentes en dicho ámbito. Para la realización de los modelos 3D se utilizó el programa
Sketchup 8, en su versión gratuita. Que debía servir para la construcción virtual de las
propuestas en dicho entorno.
entorno. Este programa además permite trabajar de forma
georeferenciada, e importar edificios del entorno de trabajo, que los alumnos
construyeron como maqueta de base para contextualizar su intervención.
Como
aplicación de RA se utilizó el plug-in para Sketchup de la empresa AR-Media, también en
su versión gratuita, ya que permitía el uso de varios marcadores simultáneos vinculados a
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
209
cada una de las distintas propuestas de los alumnos. Esta versión gratuita contiene todas
las posibilidades de la versión de pago, aunque restringida a 30 segundos de visualización
de la escena.
Fig. 83 Imágenes del planteamiento del primer ejercicio (BEST). “Escena colaborativa”
Se evaluó así, la conveniencia del uso de marcadores como elementos para interactuar
con contenido digital tridimensional, y su capacidad para incrementar la comprensión de
las propuestas.
5.2.3.2
Ejercicio 2. “información técnica”
En el segundo ejercicio los alumnos debían “aumentar” un espacio real con información
virtual, modelando propuestas de intervención en dicho espacio, o bien dotándolo de
información técnica complementaria (instalaciones, estructuras, etc...) que pudiera ser de
utilidad para futuras actuaciones. La escena debía generarse en un espacio interior, pero
fuera del aula, de manera que los dispositivos de visualización debían ser móviles. En este
caso ordenadores portátiles, dotados con cámara web independiente. Se utilizó de igual
modo Sketchup 8 en su versión gratuita, y el Plug-in de AR-Media, que en este caso fue
útil al permitir el trabajo con “occluders”, elementos del entorno que no eran visibles en la
escena pero que permitían ocultar partes del modelo vi
virtual,
rtual, y ayudaban a hacer más
creíble la escena. Cada alumno escogió un espacio aleatorio de la escuela, eligiendo
diversos niveles o capas de información que mostrar, y previa visita y explicación del
ejercicio, los alumnos modelaron sus propuestas, previamente
previamente ensayadas en el aula de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
210
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
trabajo, recreando una escena que debía ser fruto de la mezcla de información del
entorno real y de sus modelos virtuales superpuestos.
Fig. 84 Imágenes del planteamiento del segundo ejercicio (BEST). Superposición de información virtual en el
entorno real.
Se pretendía así ensayar la viabilidad del uso de la tecnología de RA para hacer más
comprensibles propuestas de intervención en espacios interiores, al hacerlas visibles “in
situ”, completando de alguna forma la información del espacio real.
5.2.3.3
Ejercicio 3. “Espacios exteriores”
Hasta este último ejercicio, los ejercicios se habían basado en la solución más extendida
para la realización de aplicaciones de RA que es la utilización de software basado en el
reconocimiento de patrones planos, en su inmensa mayoría a partir de las librerías
ARToolKit o MXRToolKit. En este último ejercicio, sin embargo, se trabajó con la idea de
superponer información virtual en espacios exteriores, utilizando para ello la propia
fachada de los edificios como marcadores sobre los cuales superponer información, ya
que el uso de patrones planos ya no era posible por la escala local de trabajo (distancia
cámara-marcador) y por el hecho de que el entorno físico se veía alterado por las marcas
(que necesitan un tamaño considerable para poder ser reconocidas a una cierta distancia).
La escena debía generarse, como hemos dicho, en espacios exteriores, y consistía en
visualizar una propuesta de intervención sobre una fachada existente. Pretendía
familiarizar al alumno con el uso imágenes reales como marcadores y con el software
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
211
empleado para ello. A cada imagen del edificio real se le debía asociar una propuesta
arquitectónica, ya fuera de modificación de la fachada como de ampliación de un volumen
existente. Se utilizo para ello el programa Build AR que se basa en el reconocimiento
óptico de rasgos naturales. Su versión gratuita, es completamente operativa, aunque no
permite grabar y compartir la escena una vez generada. Cada alumno contaba con un
ordenador portátil y una cámara WEB externa.
Fig. 85 Imágenes del planteamiento del Tercer ejercicio (BEST). Superposición de información virtual en
espacios exteriores Utilizando como marcadores la propia fachada del edificio.
Posteriormente, para los alumnos que contaban con un dispositivo móvil tipo
Smartphone, o Tableta, se propuso que las propuestas de ampliación de la escuela,
previamente realizadas en el ejercicio 1 fueran visualizadas en su ubicación real mediante
este tipo de dispositivos.
Para ello se utilizó la aplicación “Junaio” que permite la incorporación de canales de
información. Cada uno de ellos con una serie de imágenes pre configuradas que, una vez
el dispositivo reconoce, utiliza para sobrepone
sobreponerr un objeto determinado. Las imágenes
previamente escogidas son utilizadas como marcadores para el registro del modelo
propuesto por el alumno. El usuario de este programa, una vez registrado puede añadir
canales propios de información, a los que vincular un objeto con una imagen determinada
por él.
Finalmente, el alumno debía realizar una presentación donde debía constar una
descripción de los distintos espacios “aumentados”, y que sirvió de mecanismo de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
212
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
comprobación de la implantación de esta tecnología en procesos de aprendizaje.
Paralelamente se realizaron cuestionarios específicos orientados a evaluar el grado de
satisfacción de la actividad realizada, los contenidos del curso, y autoevaluaciones sobre el
interés y utilidad de los conocimientos adquiridos.
5.2.4
RESULTADOS OBTENIDOS
La implantación del uso de la tecnología de RA en diversos ambientes, tal y como se ha
explicado, dio resultados muy diversos, fruto de la libertad creativa del alumnado, y su
distinta formación. A continuación se presentan algunas
algunas imágenes representativas de los
resultados.
En el primer ejercicio, el 100% de los alumnos, fueron capaces de seguir el ejercicio.
Diseñaron sus propuestas, modelaron en entorno a partir de modelos geolocalizados
cercanos, y visualizaron sus resultados sobre el escritorio usando patrones planos.
Fig. 86 Ejemplos de visualización de la escena colaborativa del ejercicio 1. Utilizando propuestas generadas
por los alumnos durante el curso.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
213
En el segundo ejercicio, El 100% del alumnado fue capaz de modelar una propuesta de
intervención en el espacio que lo rodeaba, y visualizar sus propuestas, conjuntamente y
de manera colaborativa. Así, visualizaron un espacio con información adicional a la real en
un lugar de la escuela. La mayoría de los alumnos se decantaron por modificar el espacio
en que se hallaban en lugar de añadir información técnica. En este último caso los
ejemplos fueron escasos. Aunque, como se verá, este tipo de información, se ensayó en el
curso de EGIII, con alumnos de Ingeniería de la edificación, y se detallará más adelante.
Fig. 87 Imágenes del curso BEST, que muestran el resultado de superponer propuestas de intervención en un
espacio real de la escuela.
Fig. 88 Imágenes del curso BEST, resultado de superponer información técnica en el entorno. Ejemplos de
visualización de las propuestas en el espacio interior de la escuela.
En el tercer ejercicio, en ambientes exteriores, donde los alumnos debían utilizar como
marcador imágenes reales, como pudiera ser las fachadas de edificios existentes, planteó
innumerables problemas de visualización. La escena resultaba inestable en condiciones
de luz que no fueran idénticas a las del momento de la toma de la fotografía utilizada
como marcador. Este problema ya había sido detectado en el estudio de viabilidad de la
tecnología, por lo que entre el momento de la fotografía y la visualización del modelo el
espacio de tiempo debía ser corto.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
214
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 89 Imágenes del tercer ejercicio planteado. Visualización de los modelos virtuales utilizando como
marcador la fachada del
del propio edificio de la EPSEB, y mediante dispositivos móviles.
Se trabajó en los alrededores de la escuela de edificación (EPSEB) donde se plantearon
diversos volúmenes para su ampliación. Su visualización “in situ” permitía evaluar su
impacto e idoneidad.
simples, (menos de 2000 polígonos), en algunos casos se optó
Los modelos debieron ser simples,
por utilizar líneas de la envolvente del edificio, y en ot
otros
ros casos volúmenes simples con
texturas que incorporaran transparencia.
Sin embargo, en las primeras experiencias, como se ha comentado, la imagen resulta
irreconocible en condiciones de luz menos favorables o distintas de las del momento en
que se realizó la fotografía. Lo cual induce a pensar que este tipo de sistemas son más
sensibles a los cambios de condiciones ambientales, pudiendo resultar inútiles. La
complejidad del algoritmo de registro hacía que el software requiriera de ordenadores
más potentes. Especialmente crítico en el caso de dispositivos móviles.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
215
5.2.5
EVALUACION
Para validar el experimento, se realizó un cuestionario de usabilidad dividido en tres
apartados, tal y como se ha detallado en la metodología general. Se obtuvieron un total
de 17 respuestas. En primer lugar se preguntaba sobre cuestiones personales, edad,
género, nivel y tipo de formación, el nivel de conocimiento sobre el uso de varios
programas, etc…. En el segundo apartado se preguntaba sobre los contenidos y material
del curso. Finalmente se encuestaba sobre el uso y utilidad de la tecnología aprendida.
Dicho cuestionario, fue ligeramente modificado en los cursos posteriores, después de la
obtención de estos primeros resultados. Básicamente, en el apartado sobre la tecnología
empleada, se añadieron preguntas relacionadas con la importancia de la inmersión
lumínica en la escena y el uso de occluders, y se modificó la escala que sería tipo likert en
los cursos siguientes.
En relación a la formación personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología
cabe destacar que las aplicaciones más utilizadas y con mas nivel de conocimiento fueron
“Email” y “internet browsers” seguidas por aplicaciones de ofimática, CAD y de retoque
fotográfico. El menor conocimiento resultó en sistemas
sistemas LINUX y AR.(escala: 0=nada, 3
avanzado)
Tabla 11 Resultados del curso BEST en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
BEST workshop
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
216
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers
and search engines]
[multimedia
Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso cabe indicar la elevada
puntuación recibida en relación al material, representatividad y número de ejercicios,
siendo la valoración final superior a 4,00 puntos sobre 5 en todas ellas. La pregunta sobre
el grado de satisfacción del curso en relación al propósito para el que fue diseñado
(mejora en el uso de herramientas de representación)
representación) también resultó superior a 4 puntos
(4,35). La pregunta menor valorada fue la que se refería a la posibilidad de aprender
dichos contenidos de forma autónoma (2,88).
Tabla 12 Resultados del curso BEST en relación a los contenidos docentes y material del curso
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[Global opinion]
[I have been able to solve the exercises
presented.]
[The number of exercises given are
sufficient for hours of proposed work.]
[Could you have learned this content
independently?]
[The course satisfies the purpose for
which it was designed. (spatial and
graphical skills improvement)]
[The software used is appropriate for
workshop objectives.]
[The exercises have been representative]
[material has a good and careful
presentation]
0,00
Y en relación a la tecnología de RA y el software utilizado, el 100% del alumnado encontró
que le sería útil en el campo de la arquitectura y la construcción,
construcción, a pesar de no tener
conocimientos previos sobre las aplicaciones utilizadas.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
217
218
[AR could be useful on building
and architectural areas?]
[AR Technology will be useful in
your immediate future as a
student?]
[SketchUp will be useful in your
immediate future as a student of
architecture?]
[Prior knowledge of the use of
AR-Media plug-in?.]
80,00%
[Was it hard to understand how
the program works?]
[Prior knowledge of the use of
SketchUp?.]
Tabla 13 Resultados obtenidos en el curso BEST en relación a la tecnología y el software utilizado
100,00%
YES
60,00%
NO
40,00%
20,00%
0,00%
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5.2.6
CONCLUSIONES PRELIMINARES
En la experiencia descrita, el primero de los ensayos realizados, se han utilizado alumnos
de distintas procedencias, edades y formación, con el objeto de evaluar de forma genérica
la implantación de la tecnología en el aula utilizando diversas configuraciones y
planteando diversos ejercicios de corta duración. Los ordenadores portátiles si bien, no
ofrecen la movilidad de un teléfono o una tableta, ofrecieron una mayor estabilidad y
capacidad de procesamiento. Por lo que en muchos casos la implantación de la tecnología
resultó mucho más sencilla. Los dispositivos móviles (tercer ejercicio) resultaron en
muchos casos insuficientes para detectar eficazmente los marcadores, sin embargo
resultaron de utilidad por su fácil manejo y portabilidad ya que el ejercicio se planteó en
espacios exteriores.
La experiencia en su conjunto resultó altamente satisfactoria en lo que se refiere al grado
de satisfacción y motivación alcanzado. Los datos descritos en este apartado parecen
indicar un alto grado de satisfacción por parte del alumnado, al valorar el curso en su
conjunto en 4,18 puntos sobre 5. Mostrando que la implantación de la tecnología en el
aula, genera una expectativa que parece ayudar a aumentar el grado de implicación y
compromiso de los alumnos. A pesar de ello, las escenas resultantes de sus propuestas
carecen todavía de realismo, y los modelos se muestran poco integrados en el entorno
real.
En un análisis de correlación entre la opinión global del curso y el resto de variables, se
obtiene una alta correlación (0,69) con: la representatividad de los ejercicios y la calidad
de la presentación. De manera que estas variables parecen determinantes para el éxito
de la experiencia docente. No estando tan correlacionado con el hecho de que el alumno
fuera capaz de resolver los ejerci
ejercicios
cios de forma autónoma ni con el número de ejercicios
planteados. Las variables relacionadas con el conocimiento previo de la tecnología y del
uso de distintos software y sistemas operativos no se correlacionaron significativamente
con la opinión global del curso. Lo que parece indicar que no es necesaria una formación
específica, o una habilidad personal para el uso de las aplicaciones aquí testeadas.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
219
La mayor correlación (0,86), sin embargo, se encontró con el uso del software apropiado,
siendo esta por tanto la variable más relevante a tener en cuenta en futuros trabajos. La
utilización de aplicaciones comerciales existentes no adaptadas específicamente a
entornos educativos ha obligado a adaptar los contenidos y formatos de los modelos a los
requerimientos de la aplicación. En particular, se han detectado dos deficiencias
específicas que hubieran podido contribuir a una mayor eficiencia del curso como son el
hecho de no poder visualizar más de un modelo por marcador y el hecho de no poder
manipular dinámicamente el objeto una vez ubicado en el entorno real.
En trabajos futuros se debe desarrollar una aplicación que permita minimizar estas
deficiencias, y ensayar la generación de objetos que permitan dotar de mayor realismo y
veracidad a la escena. Para eello
llo se ensayaran técnicas de inmersión lumínica y la
generación de objetos que actúen de occluders.
Del mismo modo es necesario contrastar los resultados aquí obtenidos con un mayor
número de experiencias y alumnos de diversas asignaturas curriculares, coordinando la
integración de los contenidos obligatorios impartidos en las asignaturas con los ensayos
sobre la tecnología. De manera que el alumno, ya conocedor de la tecnología, pueda
relacionar el modelo generado con la información teórica recibida en distintas materias.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
220
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5.3
SEGUNDO ESTUDIO PRELIMINAR. “El ESPACIO AUMENTADO I”. CURSO PARA LA
AMPLIACIÓN DE COMPETENCIAS EN DISEÑO INTERIOR. (DAC)
A continuación se describe la experiencia docente realizada en el marco del Diploma de
Ampliación de Competencias (DAC) “representación virtual del proyecto interior” llevada a
cabo por alumnos de la Escuela Politécnica Superior de Edificación de Barcelona de la
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC Barcelona-Tech)
En ella se pretendía continuar con la evaluació
evaluación
n sobre la implantación de la tecnología de
RA en los procesos de aprendizaje en el ámbito de la arquitectura e ingeniería de la
edificación, que cursan la especialidad de interiorismo, mediante la aplicación de una serie
de herramientas existentes relacionadas con dicha tecnología.
A diferencia del curso anterior la escena debía resul
resultar
tar creíble. Esto es, el modelo 3D
generado por los alumnos debía integrar las condiciones de luz del entorno, y tener en
cuenta los objetos cercanos y su ubicación respecto a ellos para generar el efecto de
oclusión y permitir la correcta integración de sus propuestas en la escena.
Los objetivos específicos planteados fueron dos: por un lado, continuar la evaluación de
utilización de esta tecnología, en ambientes interiores, integrando efectivamente los
objetos en su entorno, e implicándola en procesos de diseño y representación; y por otro
lado, con la aplicación de estas técnicas de reciente aparición, continuar el desarrollo de
nuevas metodologías docentes alternativas a las tradicionales. Por ello, al igual que en el
curso anterior, se realizaron encuestas que tienen como objetivo recoger datos referentes
a la eficacia, eficiencia y satisfacción de la experiencia realizada.
El ensayo ha sido objeto de varias publicaciones que pueden ser consultadas en Sanchez
Riera et al. (2012) y Ernest Redondo, Fonseca, et al. (2012)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
221
5.3.1
PLANTEAMIENTO
La experiencia se planteó a partir de un ejercicio, donde el alumno debía ser capaz de
describir su propuesta de intervención arquitectónica en un espacio real, utilizando para
ello herramientas gratuitas de Realidad Aumentada. El objeto virtual, generado por los
propios alumnos, debía integrarse lumínica y espacialmente en la escena, que debía
parecer realista. Se prestó entonces especial atención
atención al estudio de las condiciones de
iluminación del entorno donde debía integrarse el modelo, y como en el ejercicio anterior
al uso de “occluders” (objetos virtuales no visibles que ocultan la información virtual
simulando los objetos reales del ento
entorno)
rno) que permitían una mejor comprensión espacial
del modelo.
El curso, de nuevo, se dividió en dos partes de acuerdo con la metodología general
explicada anteriormente. Al tratarse de representación de espacios interiores, se prestó
especial atención a una de las debilidades en las escenas de RA, la inmersión lumínica. Y es
que, en general, el modelo superpuesto carece de realismo y no se integra
suficientemente en la escena para resultar creíble. El problema radica fundamentalmente
en las distintas condiciones de luz entre el entorno real y el modelo virtual. Y es
especialmente relevante en espacios interiores y en propuestas de decoración, donde una
propuesta no integrada lumínicamente en su entorno puede resultar inverosímil y poco
atractiva (Sanchez Riera et al. 2012b).
Las herramientas actuales de RA no permiten simular dinámicamente las condiciones de
luz ambiental y exportarlas al modelo, y más adelante nos referiremos a este problema en
particular. Para minimizar este problema se enseñó a los alumnos a generar texturas que
ya incorporaran las condiciones de luz del entorno. Además se les enseñó a proyectar la
sombra del objeto virtual que se pretendía representar en el entorno real, creando para
ello un objeto virtual idéntico al del entorno. Éste objeto tenía como imagen de textura la
propia sombra del objeto virtual simulando las condiciones de luz del entorno, y debía ser
transparente allí donde ésta no se proyectaba.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
222
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 90 Ejemplo de Mapas de texturas para la incorporación de sombras en el espacio real. A la base del
modelo se le asigna un mapa de luces, como textura principal, y como mapa de transparencia su inverso.
Los pasos para la realización del ejercicio fueron los descritos en la metodología general:
Formación sobre la tecnología a aplicar; Elaboración del modelo; Registro y presentación
de la información; y evaluación de la usabilidad del sistema.
Los modelos se realizaron con 3dsMax en su versión 11, con licencia educacional, y
utilizando la versión Trial del plug-in de la compañía Ar-media. Que como se ha
comentado se basa en la solución más extendida para la realización de aplicaciones de RA
que es la utilización las librerías ARToolKit o MXRToolKit, de reconocimiento óptico de
patrones planos.
Fig. 91 Imágenes del planteamiento del ejercicio de ”representación virtual del proyecto interior”. (DAC)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
223
5.3.2
EL PROBLEMA A RESOLVER. LA ILUMINACIÓN DE LA ESCENA
El problema de la iluminación de los modelos virtuales, y su integración en la escena ha
sido ampliamente tratado. En los primeros enfoques de la RA, el objeto virtual
simplemente se superponía en el entorno real. Los principales aavances
vances de la tecnología se
centraron en la correcta calibración y el registro de los objetos, estudiando los posibles
efectos de oclusión y colisión de los objetos sin considerar ningún otro tipo de adaptación
del objeto en la escena. En otras palabras, el objeto una vez incluido en la escena,
resultaba un objeto artificial, sin sombras, e incapaz de adaptarse a los cambios en la
iluminación de su entorno. Un sistema de estas características no producía sensación de
realismo, y la consistencia de la escena se basaba únicamente en aspectos geométricos.
Pero la sensación de realismo en la escena, presencia, (o inmersión) se obtiene
básicamente a través de la interactividad visual. Si bien es verdad que cuanto más
sentidos estén implicados mayor es la sensación de realismo que se consigue, para que la
inmersión sea verdaderamente realista el sistema debe ser capaz de crear una simulación
visual completa o lo más próximo posible a ella. El nivel actual de desarrollo de las
tecnologías requeridas es todavía insuficiente
insuficiente para alcanzar resultados que satisfagan
plenamente esta condición fundamental. Y en gran parte de las aplicaciones existentes en
la actualidad el realismo de las imágenes es sacrificado a favor de la interactividad en
“tiempo real”, una mayor operatividad
operatividad del sistema, y su facilidad de manejo, dejando en
segundo plano el realismo sensorial de la experiencia. Sin embargo un objeto virtual no
integrado en la escena puede invalidar cualquier juicio que sobre él pudiera hacerse,
resultando poco creíble inverosímil y poco atractivo
Como se ha comentado, een
n los últimos 20 años, son muchos los estudios que han
demostrado las posibilidades en numerosos campos (mantenimiento, medicina, turismo,
marketing, publicidad, arqueológica, patrimonio, urbanismo, etc..). En el campo que nos
ocupa, la representación de espacios interiores, se han realizado algunas experiencias
colaborativas entre arquitectos y diseñadores de interiores (Harasaki 2001; X. Wang
2008), y se han experimentado aplicaciones donde cualquier usuario puede crear y
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
224
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
manipular objetos libremente sin ninguna experiencia previa. (Cook et al. 2003; Hsiao et
al. 2010; Nóbrega & Correia 2011; Oksman et al. 2012). Finalmente en el ámbito de la
educación se ha demostrado su utilidad en multitud de áreas (X. Wang 2012; Medicherla
et al. 2010; Sejin & Yung-Cheol 2012; Sanchez Riera et al. 2012a) .
A menudo observamos avances tecnológicos en los sistemas de registro, y detección, (X.
Jiang et al. 2011; Langlotz et al. 2011; Castle et al. 2011),
2011), su vertiginoso avance en
dispositivos móviles (Verbelen et al. 2011; Morrison et al. 2011),
2011), pero en general las
escenas carecen de realismo y resultan cuando menos poco creíbles y artificiales.
Por otra parte no existen actualmente, herramientas genéricas de RA, que permitan
simular las condiciones de luz ambiental y exportarlas al modelo de manera dinámica y
efectiva. Una solución a este problema de “inmersión lumínica” en entornos educativos,
donde este tipo de estrategias pueden ayudar a generar la cultura visual que todo
diseñador de interiores ha de poseer, es generar, en aplicaciones de renderizado
convencionales, además del modelo tridimensional propiamente dicho, las texturas que lo
recubren y que éstas ya incorporen las condiciones de luz del entorno. Si además
pretendemos proyectar la sombra supuestamente generada por el objeto virtual en el
entorno real, será necesario cre
crear
ar un modelo adicional idéntico al del entorno. Éste tendrá
como imagen de textura la propia sombra del objeto virtual que queremos integrar en la
escena, simulando las condiciones del entorno, y deberá ser transparente allí la sombra no
se proyecte.
Los primeros trabajos dentro del campo de la RA que tuvieron en cuenta la inmersión
lumínica, surgen cuando se da un paso adelante en su desarrollo y aparece el concepto de
foto-realismo. I. Sato et al. (1999) se describe una metodología para superponer objetos
virtuales con sombras en una imagen de una escena real que permite medir la distribución
de la iluminación (radiance) de una escena real. Merece la pena citar los estudios de
Hattenberger et al.( 2009) sobre la importancia de la iluminación ambiental y de Noh &
Sunar (2009) sobre los reflejos. Previamente se habían desarrollado estrategias híbridas
de integración en la escena (Fischer et al. 2005) que proponían filtrar la escena incluyendo
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
225
los objetos sobrepuestos con algoritmos que estilizaban el resultado,
por ejemplo
generando un dibujo tipo comic,
comic, o superponiendo objetos reales a partir de una fotografía
(Gibson et al. 2002; Cook et al. 2003). Todos ellos buscaban metodologías que sugirieran
la inmersión de los objetos virtuales en la escena recomponiendo el esquema lumínico
integral, es decir con sombras propias y proyectadas, reflejos y destellos así como la
interacción del color y los distintos materiales de la escena (Pessoa et al. 2009).
Fig. 92 Objetos virtuales inmersos lumínicamente en la escena generada a partir de una fotografía. En Cook et
al. (2003)
La integración de estas condiciones en tiempo real y en Realidad Aumentada es muy difícil
de lograr por razones obvias, no se genera toda la escena si no que sólo se sobrepone un
objeto, introduciendo las sombras propias y proyectadas difusas, fruto de fuentes de
iluminación difusa, que actúan como un mapa sobrepuesto al objeto virtual y a la escena,
para realzar su volumen y fundir su zona de contacto con el mundo real. Los avances más
notables en esta línea han sido los trabajos de Agusanto et al. (2003) o; Steinicke et al.
(2005) que inciden en reproducir el efecto de los objetos cercanos al modelo virtual
puesto en la escena para sugerir sobre él brillos, reflejos, y el uso de sombras proyectadas
sobre el entorno real. Ninguno de estos trabajos sin embargo, ha sido aplicado a la
docencia y educación visual de los arquitectos ni ingenieros de la edificación, faltando
además la validación y chequeo
chequeo de si tales estrategias surgen los efectos deseados en los
observadores y usuarios. Ha de quedar claro que el domino de la incidencia de la luz y las
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
226
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
sombras sobre los distintos paramentos, son la base de la cultura arquitectónica moderna
(Le Corbusier 1923) y la experiencia visual
visual de la misma es fundamental (Armheim 1954).
Fig. 93 Entono de trabajo que realiza el seguimiento (tracking) de la cabeza mano y lámpara (izquierda).
Reflexiones y sombras en el objeto virtual desde el punto de vista del usuario (derecha). En Steinicke et al.
(2005)
Sobre esta bases teóricas se pueden identificar tres técnicas de iluminación que permiten
elevar la calidad de una escena aumentada (Jacobs & Loscos 2006):
•
La iluminación común,
común, que son los métodos que proporcionan un cierto nivel de
mezcla, como la adición de sombras que se proyectan a partir de objetos reales en
objetos virtuales y las sombras proyectadas por objetos virtuales en objetos reales,
y que es en la que se basa la experiencia docente descrita. Aunque estas técnicas
no permiten ninguna modificación de la iluminación
iluminación actual de la escena;
•
Re iluminado (relighting)
relighting) que pretende incorporar dinámicamente a la misma
escena nuevos efectos de iluminación (sombras, los cambios de intensidad, la
adición de una nueva luz, los efectos indirectos de iluminación, etc..);
•
La iluminación inversa (inverse illumination), que encierra los métodos que
intentan recuperar las propiedades fotométricas de todos los objetos de la escena.
Estos métodos estiman valores BRDF (Bidirectional
(Bidirectional Reflectance Distribution
Function) de manera aprox
aproximada,
imada, así como el tipo y la posición de las fuentes de
luz en la escena real. La información obtenida puede ser utilizada tanto para la
iluminación común como para la re iluminación de la escena.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
227
Fig. 94 Resultados de I. Sato et al. (1999)
(1999).. Las imágenes de la izquierda muestran la escena original. Las
imágenes de la derecha muestran las sombras producidas por los objetos virtuales integrados en la escena. En
Jacobs & Loscos (2006)
En el caso de estudio que nos ocupa, y en tanto que los sistemas han de resultar
asequibles, se aborda esta integración del objeto virtual en la escena sobre aplicaciones
de RA desarrollando una técnica de renderizado especifica que permite incorporar las
condiciones de iluminación del espacio donde ha de ser ubicado el objeto a su textura. Se
basa en la simulación de las condiciones de iluminación del entorno, para integrar en una
única textura las sombras y reflejos procedentes del entorno. Esta textura es aplicada
mediante un mapeado por caras (uv mapping) a la malla que forma el modelo.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
228
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5.3.3
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
La experiencia docente, como se ha dicho, se realiza en el marco del Diploma de
Ampliación de Competencias (DAC) ““Reforma
Reforma integral de Interiores” dentro de la
asignatura de “representación virtual del proyecto interior
interior”” llevada a cabo por alumnos de
la Escuela Politécnica Superior de Edificación de Barcelona en Noviembre del 2011.
Dicho diploma, ofrecido por la propia escuela, pretende dotar al estudiante de una
formación complementaria y especializada en temas estratégicos de mercado, recogiendo
las demandas que tienen las empresas y organismos del ámbito de la edificación.
Se trata de un bloque de 9 créditos ECTS optativos que se ofrece exclusivamente en
asignaturas de 3 o 4,5 créditos. Los contenidos impartidos tendrán continuidad
obligatoriamente en el Proyecto final de Grado que debe iniciarse inmediatamente una
vez superadas las asignaturas. El total de créditos reconocidos es de 33 (9+24) que
equivalen a 945h. de dedicación en una temática determinada, i que se acredita mediante
un documento especifico avalado por la escuela.
Concretamente el DAC de Reforma integral de Interiores se divide en tres asignaturas de 3
créditos cada una, y tiene como objetivo fundamental conseguir una visión global de los
parámetros que rigen la arquitectura
arquitectura de interiores y su relación con el entorno. De
manera que al finalizar el curso el alumno debe adquirir, entre otras las siguientes
competencias específicas:
•
Capacidad para aplicar los sistemas de representación espacial, el desarrollo del
croquis, la proporcionalidad, el lenguaje y las técnicas de la representación gráfica
de los elementos y procesos constructivos.
•
Capacidad para interpretar y elaborar la documentación gráfica de un proyecto,
realizar toma de datos, levantamiento de planos, y de control geométrico de
unidades de obra.
•
Conocimiento de los procedimientos y métodos infográficos y cartográficos en el
campo de la edificación
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
229
•
Capacidad para aplicar las herramientas avanzadas necesarias para la resolución de
las partes que comporta el proyecto técnico y su gestión.
•
Aptitud para redactar proyectos técnicos de obras y construcciones, que no
requieran proyecto arquitectónico, así como proyectos de demolición y
decoración.
Los objetivos de aprendizaje de la asignatura donde se realiza la experiencia
(“representación virtual del proyecto interior”) son que al acabar la asignatura el
estudiante debe ser capaz de:
•
Realizar una presentación en 3D de un proyecto de reforma de interior, partiendo
de los conocimientos que adquiridos en la asignatura.
•
Conocer todas las herramientas gráficas que tiene a su alcance para la
presentación de un proyecto que le permitan definir la solución adoptada
alcanzando un nivel de habilidades comunicativas suficiente para defender en
público un trabajo
En este sentido se pretende introducir al alumno en el conocimiento de la tecnología de
RA, que le ha de permitir exponer su proyecto ante otros alumnos, facilitando su
comprensión.
5.3.4
DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
Los alumnos debían “aumentar” un espacio real con información virtual, modelando sus
propuestas de intervención como interioristas e integrándolas en la escena. Para ello
creaban una escena “colaborativa” que debían ser capaces de visualizar y explicar
mediante el uso de la tecnología de RA. La escena debía generarse en un espacio interior,
pero fuera del aula, de manera que los dispositivos de visualización debían ser móviles. En
este caso ordenadores portátiles, dotados con cámara web independiente. Se utilizó,
como se ha comentado antes, el Plug-in de AR-Media, en su versión gratuita, ya que
permitía el uso de varios marcadores simultáneos vinculados a cada una de las distintas
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
230
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
propuestas de los alumnos. Cada alumno escogió un espacio aleatorio de la escuela,
eligiendo diversos niveles o capas de información que mostrar,
mostrar, y previa visita y explicación
del ejercicio, los alumnos modelaron sus propuestas, previamente ensayadas en el aula de
trabajo, recreando una escena que debía ser fruto de la mezcla de información del
entorno real y de sus modelos virtuales superpuestos.
En la figura siguiente se muestran en seis pasos consecu
consecutivos
tivos el proceso de integración
lumínica en una escena. (1) Objetos superpuestos en el espacio de manera convencional;
(2) creación del objeto que ha de actuar de “occluder”; (3) Asignación de transparencia al
“occluder”; (4) Creación de mapas de sombras como textura del objeto simulando las
condiciones del entorno; (5) Asignación de transparencia a la base donde no hay sombra;
(6) creación de mapas de reflexión y transparencia.
Fig. 95 Seis pasos consecutivos que muestran en detalle el proceso de integración lumínica en la escena.
5.3.5
RESULTADOS OBTENIDOS
De nuevo, la implantación del uso de la tecnología de RA en diversos ambientes, tal y
como se ha explicado, dio resultados muy diversos, fruto de la libertad creativa del
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
231
alumnado. A continuación se presentan algunas imágenes representativas de los
resultados.
El 90% de los alumnos, fueron capaces de seguir el ejercicio. Diseñaron y modelaron sus
propuestas, y visualizaron sus resultados
resultados sobre el escritorio usando patrones planos.
Posteriormente fueron capaces de visualizarlas en el espacio real para el que habían sido
diseñadas.
La mayor parte de los alumnos se decantaron por diseñar objetos de mobiliario que
incorporaban en el lugar. Aunque en muchos casos la escena resultaba poco creíble y la
visualización del objeto artificial.
Fig. 96 Ejemplos de visualización de las propuestas de intervención realizada por los alumnos
Algunos de ellos , sin embargo, llegaron a integrar lumínicamente el objeto en su entorno,
generando así una escena mucho más realista, a partir de la incorporación de texturas que
incorporaban las sombras generadas al simular las condiciones de luz del entorno.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
232
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 97 Ejemplos de propuestas integradas lumínicamente
5.3.6
EVALUACION
Para la evaluación de la actividad los alumnos contestaron al cuestionario específico
diseñado de acuerdo con la metodología general descrita anteriormente. Éste estaba
dividido, como en el caso anterior, en tres apartados. En primer lugar se preguntaba sobre
cuestiones personales, edad, género, nivel y tipo de formación, el nivel de conocimiento
sobre el uso de varios programas, etc…. En el segundo apartado se preguntaba sobre los
contenidos y material del curso. Finalmente se encuestaba sobre el uso y utilidad de la
tecnología aprendida.
En este caso se añadió una cuestión relacionada con la importancia que el alumno daba a
la inmersión lumínica en la escena.
escena. Igualmente las preguntas relacionadas con la
tecnología debían puntuarse según el grado de acuerdo (1=totalmente Desacuerdo o
nada, 5=totalmente de acuerdo o mucho)
mucho).. Estas cuestiones y el tipo de escala utilizado se
mantuvieron en el resto de cursos. Se obtuvieron un total de 21 respuestas que se
comentan brevemente.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
233
En relación a la formación personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología
cabe destacar que las aplicaciones más utilizadas y con mas nivel de conocimiento fueron
“Email” y “internet browsers” seguidas por
por aplicaciones de ofimática, CAD y de retoque
fotográfico. El menor conocimiento resultó en sistemas LINUX y AR
AR.. (escala: 0=nada, 3
avanzado). Resultados parecidos habían sido encontrados en el curso anterior.
Tabla 14 Resultados del curso DAC en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
DAC
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers and search
engines]
[multimedia Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso cabe observar una
elevada puntuación recibida en relación al material, representatividad y número de
ejercicios, siendo la valoración final de 3,62 puntos sobre 5. Aunque en cursos similares la
puntuación ha sido mayor. Debido seguramente al poco tiempo del que se contaba para la
realización del ejercicio. La pregunta sobre el grado de satisfacción del curso en relación al
propósito para el que fue diseñado ((nuevas
nuevas herramientas de representación en espacios
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
234
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
interiores) resultó de 3,86 puntos. La pregunta menor valorada fue la que se refería a la
posibilidad de aprender dichos contenidos de forma autónoma (2,57).
Tabla 15 Resultados del curso DAC en relación a los contenidos docentes y material del curso
DAC
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[Global opinion]
[I have been able to solve the exercises
presented.]
[The number of exercises given are sufficient
for hours of proposed work.]
[Could you have learned this content
independently?]
[The course satisfies the purpose for which it
was designed. (spatial and graphical skills
improvement)]
[The software used is appropriate for workshop
objectives.]
[The exercises have been representative]
[material has a good and careful presentation]
0,00
Y en relación a la tecnología de RA y el software utilizado, gran parte del alumnado
encontró útil tanto la tecnología, como los prog
programas
ramas utilizados. Y tanto a nivel individual
en su futuro como estudiantes, e ingenieros, como a nivel general en el campo de la
arquitectura y la construcción, a pesar de no tener conocimientos previos sobre las
aplicaciones utilizadas. Finalmente cabe de
destacar
stacar que el hecho de que los modelos
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
235
236
0,00
menor duración puede haber influido en el resultado.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
final assessment
[Do you think that using objects as ocluders
help integrate the model in the scene?]
`[models incorporating shadows from the
real environment is important to make the…
[AR could be useful on building and
architectural areas?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a engineer?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a student?]
[software used will be useful in your
immediate future as a engineer ?]
[software used will be useful in your
immediate future as a student ?]
[Was it hard to understand how the
program works?]
[Prior knowledge of the use of AR on
moviles devices
[Prior knowledge of the use of modeling
software?.]
incorporen las sombras del entorno real para hacer la escena más realista fue la cuestión
con mayor puntuación (4,29).
Tabla 16 Resultados obtenidos en el curso DAC en relación a la tecnología y el software utilizado
DAC
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
La valoración global del curso fue de 3,67 puntos sobre 5. Ligeramente inferior a la
obtenida en el curso anterior. Probablemente la mayor dificultad del curso unido a la
5.3.7
CONCLUSIONES PRELIMINARES
En la experiencia descrita, el segundo de los ensayos realizados, y realizada por alumnos
que cursan el Diploma de Ampliación de Competencias (DAC) “Reforma integral de
Interiores”, dentro de la asignatura de “representación virtual del proyecto interior” se ha
evaluado la implantación de la tecnología en el aula utilizando una aplicación comercial
existente y planteando un único ejercicio de corta duración. Este ejercicio, en espacios
interiores, debía incorporar las condiciones de luz
luz del entorno y la escena resultante
parecer realista. Para ello se formo al alumno en una técnica de incorporación de las
condiciones de luz ambientales en el entorno.
La experiencia en su conjunto resultó altamente satisfactoria en lo que se refiere al grado
de satisfacción y motivación alcanzado, con resultados parecidos a los del primer ejercicio.
La valoración global del curso fue de 3,67 puntos sobre 5. Ligeramente inferior a la
obtenida en el curso anterior. Probablemente debido a la mayor dificultad del curso unido
a su menor duración, que puede haber influido en el resultado. Los resultados muestran
aún un alto grado satisfacción.
En un análisis de correlación entre la opinión global del curso y el resto de variables, se
obtiene una alta correlación (0,689) con la representatividad del ejercicio propuesto. De
manera que esta variable parece significativa para el éxito de la experiencia docente. El
hecho de ser capaz de resolver el ejercicio, y la percepción del alumno de que el curso
cumple con el propósito para el que fue diseñado, también son variables claves para
obtener una opinión favorable sobre el curso (correlaciones cercanas al 0,6). No estando
tan correlacionado con el número de ejercicios planteados. Ni con la calificación obtenida.
(Correlaciones cercanas al 0,3), es decir, que al contrario de lo que pudiera parecer la
correcta realización del ejercicio no influye en la valoración final del alumno sobre el
curso.
La mayor correlación
(0,798), sin embargo, se encontró con el hecho de que los
contenidos teóricos impartidos hayan sido claros y representativos, siendo esta por
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
237
tanto una variable relevante a tener en cuenta en futuros trabajos. En la experiencia
anterior el uso de software apropiado, era la variable mas correlacionada.
Las variables relacionadas con el conocimiento previo de la tecnología y del uso de
distintos software y sistemas operativos
operativos,, al igual que en el curso anterior, no se
correlacionaron significativamente con la opinión global del curso.
Existen algunas diferencias en relación al curso anterior, en la importancia que el alumno
otorga a algunas variables, como es el uso del software apropiado, que resulto ser la más
relevante en la experiencia anterior. De manera que een
n cursos venideros es conveniente
seguir evaluando la metodología empleada para validar estas primeras aproximaciones
sobre las variables claves para la implantación de la tecnología. Integrando nuevamente
los contenidos obligatorios impartidos en las asignaturas con los ensayos sobre la
tecnología.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
238
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
5.4
TERCER ESTUDIO PRELIMINAR. “El ESPACIO AUMENTADO II”. CURSO DE
EXPRESIÓN GRÁFICA III. (EGIII)
A continuación, se describe la experiencia docente realizada en la asignatura de Expresión
Gráfica III (EGIII), Realizada en la Escuela Politécnica Superior de Ed
Edificación
ificación de Barcelona
durante el mes de Diciembre del 2011. Este último ejercicio que utiliza aplicaciones
existentes basadas en el reconocimiento óptico para el registro de los modelos, es
consecuencia de las dos experiencias anteriores: un primer caso d
dee estudio realizado para
evaluar la viabilidad de la tecnología en los procesos de aprendizaje (BEST), y una segunda
realizada en el Diploma de Ampliación de Competencias (DAC) en interiorismo, donde se
ensayó específicamente el uso de occluders y la inmersión lumínica de los modelos. Al
haber resultado experiencias altamente positivas se cree conveniente ampliar la
experiencia en el ámbito de la ingeniería de la edificación, concretamente en procesos de
construcción rehabilitación y mantenimiento de la edificación.
Los objetivos específicos planteados fueron dos: por un lado, confirmar y ampliar los datos
obtenidos hasta la fecha sobre la implantación de la tecnología de RA en los procesos de
aprendizaje. En este caso a través de los futuros ingenieros de la edificación, que cursan la
asignatura troncal de EGIII; Por otro lado, con la aplicación de estas técnicas de reciente
aparición, se pretendía consolidar la nueva metodología ensayada hasta entonces.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
239
5.4.1
PLANTEAMIENTO
La actividad se planteó nuevamente a partir de un ejercicio práctico, donde alumnos del
grado de ingeniería de la edificación,
debían ser capaces de transmitir a otros
participantes un mayor conocimiento constructivo y técnico sobre el edificio en el que
trabajan, aplicando para ello herramientas existentes relacionadas con la tecnología de
RA. Debían, de algún modo, “completar” la información constructiva del espacio que lo
rodeaba, aprovechando sus conocimientos adquiridos en su formación como ingeniero en
la edificación, y utilizando la tecnología para implicarla en procesos de construcción,
rehabilitación, y mantenimiento de la edificación.
La metodología y evaluación del ejercicio se realizaron de manera análoga a los anteriores
ejercicios. Aplicando la técnica de inmersión lumínica desc
descrita
rita en el apartado anterior, y el
uso de occluders. Al tratarse de representación de información técnica los alumnos
debieron modelar sus propuestas prestando especial atención a la construcción del
modelo, que además de parecer realista, debía ser posible técnicamente.
5.4.2
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
La asignatura de EGIII se inscribe como asignatura obligatoria dentro del plan de estudios
de Ingeniería de la Edificación. Dicha asignatura se centra en el aprendizaje de técnicas de
modelado virtual y el conocimiento de herramientas de presentación en 3D. De manera
que al acabar la asignatura, el estudiante debe ser capaz de:
- Identificar en un modelo virtual sus particularidades físicas en relación a su posible
existencia "real".
- Utilizar herramientas infográficas para representar y manipular imágenes y modelos
virtuales arquitectónicos.
Para ello deberá adquirir el conocimiento de los procedimientos y métodos infográficos y
cartográficos en el campo de la edificación y la aptitud para analizar, diseñar y ejecutar
soluciones que faciliten la accesibilidad universal en los edificios y su entorno.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
240
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
La asignatura se divide en 11 actividades. La experiencia docente que se describe en esta
tesis se realiza en la práctica 10 con el título “COMBINACIÓN DE REALIDAD Y FICCIÓN”.
Donde al finalizar la práctica el estudiante debe ser capaz de obtener información
constructiva de distintos elementos existentes en el entorno real.
5.4.3
DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
Se utilizó, nuevamente, el Plug-in de AR-Media, en su versión gratuita, ya que permitía el
uso de varios marcadores simultáneos vinculados a cada una de las distintas propuestas
de los alumnos. Cada alumno escogió un espacio aleatorio de la escuela, eligiendo
diversos niveles o capas de información que mostrar, y prev
previa
ia visita y explicación del
ejercicio, los alumnos modelaron sus propuestas, previamente ensayadas en el aula de
trabajo, recreando una escena que debía ser fruto de la mezcla de información del
entorno real y de sus modelos virtuales superpuestos. Así, los alumnos “aumentaron” el
espacio dotándolo de información técnica complementaria (instalaciones, estructuras,
etc...) que pudiera ser de utilidad para futuras actuaciones de mantenimiento y
rehabilitación. La escena se generó en un espacio interior, pero fuera del aula, de manera
que los dispositivos de visualización debían ser móviles.
Fig. 98 Imágenes del planteamiento del ejercicio EG III. Superposición de información técnica en el entorno.
El ejercicio permitió familiarizar al alumno con el software empleado y con el uso de
marcadores planos. Verificando, la conveniencia de su uso como elementos para
interactuar con contenido digital tridimensional. Estos marcadores debían ser el vínculo
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
241
entre el mundo virtual y el real. A cada uno se le asociaba una propuesta del alumno, un
modelo arquitectónico virtual, que debía visualizarse dentro de un espacio escogido por
él. Además sirvió para verificar la viabilidad en el uso de la tecnología de RA, en espacios
interiores, vinculándola a procesos de construcción y mantenimiento de los edificios.
Completando de alguna forma la información del espacio real.
Fig. 99 Escenas de ejemplo utilizadas en el periodo de formación del curso EG III. Mediante dispositivos
móviles. Fuente: Elaboración propia.
5.4.4
RESULTADOS OBTENIDOS
La implantación del uso de la tecnología de RA como herramienta para completar espacios
interiores con información técnica dio resultados similares a las experiencias anteriores. El
100% de los alumnos, fué capaz de seguir el ejercicio. Trabajando en grupo, todos ellos
escogieron un objeto constructivo real, diseñaron y modelaron información técnica
adicional, y visualizaron sus resultados sobre el escritorio usando patrones planos.
Posteriormente ensayaron la visualización de sus modelos en el espacio real donde éstos
debían ser ubicados.
Finalmente, el realizó una presentación donde debía constar una descripción de los
distintos espacios “aumentados”, y que sirvió de mecanismo de comprobación de la
eficacia de esta tecnología en procesos de aprendizaje. Se calificaron los trabajos
entregados y paralelamente se realizaron cuestionarios específicos orientados a evaluar el
grado de satisfacción de la actividad realizada, los contenidos del curso, y
autoevaluaciones sobre el interés y utilidad de los conocimientos adquiridos, etc…de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
242
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
manera análoga a la mostrada en apartados anteriores
anteriores.. El tiempo total de dedicación de la
experiencia fue de dos sesiones con un total de6h.
Fig. 100 Ejemplos de visualización de las propuestas realizadas por los alumnos durante el curso.
5.4.5
EVALUACION
Para la evaluación de la usabilidad de la experiencia en relación a su eficacia, eficiencia y
grado de satisfacción del alumno se elaboraron de nuevo los cuestionarios específicos
divididos tres apartados, tal y como se describe en la metodología general. En primer lugar
se preguntaba sobre cuestiones personales, edad, género, nivel y tipo de formación, el
nivel de conocimiento sobre el uso de varios programas, etc…. En el segundo apartado se
preguntaba sobre los contenidos y material del curso. Finalmente se encuestaba sobre el
uso y utilidad de la tecnología aprendida.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
243
En relación a la formación personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología
cabe destacar que las aplicaciones más utilizadas y con mas nivel de conocimiento fueron
“Email” y “internet browsers” al igual que el sistema operativo de Windows, seguidas por
aplicaciones de ofimática, CAD y procesadores de texto y hojas de cálculo. El menor
conocimiento resultó en sistemas LINUX y Macintosh, y sobre la tecnología AR.(escala:
0=nada, 5 avanzado). Cabe destacar que, como se verá, eell nivel de formación mostrado
por los estudiantes en las exper
experiencias
iencias previas ha sido en general inferior. Este hecho se
debe probablemente a que esta asignatura es de las últimas impartidas durante la carrera
y a que parte de los conocimientos preguntados son adquiridos durante la misma.
Tabla 17 Resultados del curso EG III en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
EG III
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers and search
engines]
[multimedia Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso cabe indicar la elevada
puntuación recibida en relación al material, representatividad y número de ejercicios,
siendo la valoración final cercana a los 3,50 puntos sobre 5 en todas ellas. La pregunta
sobre la opinión global del curso en relación al propósito para el que fue diseñado
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
244
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
(herramientas de representación de la información virtual) resultó cercana a los 4 puntos
(3,86). La pregunta menor valorada fue nuevamente la que se refería a la posibilidad de
aprender dichos contenidos de forma autónoma. Lo cual puede indicar una cierta
necesidad de impartir formación reglada sobre esta tecnología.
Tabla 18 Resultados del curso EG III en relación a los contenidos docentes y material del curso
EG III
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[Global opinion]
[I have been able to solve the exercises
presented.]
[The number of exercises given are
sufficient for hours of proposed work.]
[Could you have learned this content
independently?]
[The course satisfies the purpose for
which it was designed. (spatial and
graphical skills improvement)]
[The software used is appropriate for
workshop objectives.]
[The exercises have been representative]
[material has a good and careful
presentation]
[The theoretical contents have been given
clear and representative]
0,00
Y en relación a la tecnología de RA y el software utilizado, destaca la importancia que los
alumnos atribuyen de nuevo a la inmersión lumínica y, por primera vez, a los occluders
que ayudan a integrar los modelos virtuales en la escena. Valoran además altamente la
utilidad de esta tecnología en el campo de la ingeniería, a pesar de no tener
conocimientos previos sobre las aplicaciones utilizadas.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
245
246
0,00
muestra del grado de satisfacción alcanzado.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
final assessment
[Do you think that using objects as ocluders
help integrate the model in the scene?]
`[models incorporating shadows from the
real environment is important to make the…
[AR could be useful on building and
architectural areas?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a engineer?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a student?]
[software used will be useful in your
immediate future as a engineer ?]
[software used will be useful in your
immediate future as a student ?]
[Was it hard to understand how the program
works?]
[Prior knowledge of the use of AR on moviles
devices
[Prior knowledge of the use of modeling
software?.]
Tabla 19 Resultados obtenidos en el curso DAC en relación a la tecnología y el software utilizado
EG III
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
La valoración global del curso fue de 3,78 puntos sobre 5. A medio camino de la primera y
la segunda experiencias realizadas utilizando este tipo de registro. En cualquier caso de
5.4.6
CONCLUSIONES PRELIMINARES
En el último de los ejercicios planteados utilizando herramientas de RA existentes basadas
en el registro óptico de los modelos, los resultados obtenidos a partir de las respuestas de
los alumnos en relación a su grado de satisfacción, eficiencia y eficacia de los sistemas
empleados, fueron parecidos a los obtenidos en las experiencias anteriores.
Al correlacionar la opinión global del curso y el resto de variables, se obtienen altas
correlaciones con la calidad del material utilizado en la presentación, la representatividad
del ejercicio planteado, y el software utilizado (0,76, 0,83, y 0,71 respectivamente). De
manera que nuevamente estas variables parecen determinantes para el éxito de la
experiencia docente. No existe correlación, sin embargo, con el hecho de haber sido capaz
de resolver los ejercicios de forma autónoma, ni con el hecho de tener conocimiento
previo sobre el software utilizado. Tampoco existe una correlación clara a las preguntas
sobre la importancia que el alumno otorga a que los modelos incorporen las sombras del
entorno real para hacer la escena más realista y el uso de objetos como occluders .
Al comparar los resultados obtenidos con el resto de ensayos realizados hasta entonces,
en todos ellos el conocimiento previo de la tecnología fue similar, y las opiniones en
relación al curso realizado fueron muy satisfactorias oscilando en una horquilla entre 3,62
y 4,07. De igual forma la opinión global
global sobre la tecnología osciló entre 3,67 y 4,18 puntos
sobre 5. Lo cual muestra un alto grado de aceptación por parte del alumnado.
Por otro lado, los estudios descritos hasta ahora combinando ensayos prácticos con el
establecimiento de las bases teóricas
teóricas de esta tecnología para su utilización en el aula, si
bien ha permitido una primera aproximación a la evaluación de la viabilidad del uso de
esta tecnología, no ha permitido evaluar la mejora en el rendimiento de los alumnos. Que
ha de ser tratada en cursos posteriores.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
247
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
248
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6
6.1
CAPITULO VI. ESTUDIOS EXPERIMENTALES MEDIANTES
EXISTENTES BASADAS EN GEOLOCALIZACIÓN.
PLATAFORMAS
INTRODUCCIÓN
En este capítulo se describe el estudio realizado con el objeto de evaluar la tecnología de
RA en entornos docentes a pa
partir
rtir de herramientas y software existente basada esta vez en
el registro de objetos virtuales mediante Geolocalización.
El estudio, de carácter teórico-práctico, se realizó en espacios exteriores, en el entorno del
BKC, y fue llevado a cabo en la plataforma LAYAR. Se trata de una aplicación para
dispositivos móviles, disponible para los sistemas operativos Windows, Android y iOS,
Symbian y Blackberry y que es capaz de superponer información virtual en un entorno
real basándose en el registro de la información mediante GPS.
Se ha elegido esta aplicación al ser el navegador de RA que goza actualmente de mayor
popularidad, a pesar de no ser la mejor valorada por los usuarios.
Tabla 20 Comparativa entre los principales navegadores de RA en Google Play. Datos recogidos en
Noviembre de 2012.
Aplicación
Layar
Wikitude
Junaio
Mixare
Versión
Instalaciones
Puntuación (nº valoraciones)
7.0.2
10.000.000 - 50.000.000
3,30/5 (67.593)
7.5.1
1.000.000 - 5.000.000
4,10/5 (11.211)
4.5.1
100.000 - 500.000
2,60/5 (2.620)
0.9.2
10.000 - 50.000
4,00/5 (127)
Igualmente esta aplicación ofrece ventajas respecto al resto por su grado de
personalización, y por incorporar un aplicativo gratuito programado en Java, que permite
la importación y gestión, escala, ubicación, texturas, animación, etc.. de modelos
tridimensionales directamente en formato obj para su conversión en el propio formato de
layar, *.l3d.
Para acceder de forma segura a las funciones que permiten hacer uso del servicio web
ofrecido por layar dentro de la aplicación móvil, se utiliza una Interfaz de Programación de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
249
Aplicaciones (API), que permite dar un acceso limitado a las bases de datos, evitando que
se conozca o acceda al propio código fuente de la aplicación original. Este interface
permite además acceder a datos para procesar transacciones en la aplicación madre.
Se evalúa nuevamente, la usabilidad de los sistemas empleados a partir de cuestionarios
basados en la norma ISO 9241-11, con el objetivo completar los datos referentes a la
eficacia, eficiencia y grado de satisfacción de los usuarios y que junto al resto de cursos
que forman parte de esta tesis han de servir para evaluar la implantación de esta
tecnología de acuerdo con la metodología general descrita anter
anteriormente.
iormente.
6.2
CREACIÓN DE CONTENIDOS EN UN NAVEGADOR DE REALIDAD AUMENTADA
EXISTENTE BASADO EN REGISTRO GPS.
Para la consecución del ejercicio que se describe en este capítulo, y en tanto que se
pretendía crear y compartir contenidos en un navegador de Realidad Aumentada
existente, fue necesario generar una base de datos pública, que albergara los modelos y la
información asociada a ellos como pueden ser su localización geográfica, ficheros
asociados, el tamaño, su posición relativa, etc..y que hiciera posibl
posiblee su visualización a
partir de ciertos requerimientos del usuario de manera universal.
El detalle del funcionamiento de la aplicación utilizado, de su estructura y de cómo este
canal ha sido generado se describe a continuación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
250
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6.2.1
FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN:
A nivel de usuario el aplicativo utilizado se estructura en capas (layers) a las que el usuario
decide conectarse. Cada una de estas capas, o canales de información, agrupa un conjunto
de Puntos de interés (Points of Interest, POI’s) en general de la misma temática, como por
ejemplo hoteles, muesos o cajeros cercanos, etc...
etc... Una vez seleccionada la capa, la
aplicación Layar obtiene la posición GPS del usuario y hace una petición enviando al
servidor de Layar los campos: Nombre de capa, posición GPS, rango para mostrar puntos y
versión de Layar con la que se trabaja. Cuando Layar recibe el mensaje, comprueba si en
su base de datos existe esa capa y de ser así, ya tendrá asociada una URL de una página
del autor que hace de proxy entre su Base de da
datos
tos y el servidor Layar. Éste reenvía la
petición a dicha página y esta, tras consultar su Base de Datos, devuelve los POIs que
están en el rango previamente seleccionado por el usuario, y que cumplen con el resto de
filtros seleccionados al hacer la consulta. Una vez recibidos los puntos la aplicación se
encarga de posicionarlos según la orientación del usuario y de mostrar por pantalla, las
imágenes o los objetos 2-3D.
Fig. 101 Esquema de funcionamiento de la aplicación Layar. En www.layar.com (Septiembre 2012)
De manera que cualquier usuario puede generar un canal (o capa) de información virtual y
hacerla visible a todo aquel que disponga de la aplicación. Los pasos a seguir son los
siguientes:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
251
•
Creación de una cuenta y confirmación
•
Registro como desarrollador
Una vez realizados estos pasos, el desarrollador accede a su panel de control de capas que
permite la publicación de contenidos.
Fig. 102 Acceso al panel de control de la cuenta particular de desarrollador.
6.2.2
GENERACIÓN DEL CANAL DE INFORMACIÓN
Para la creación del canal (o capa de información) donde ubicar los contenidos
desarrollados por los alumnos, se deben rellenar los siguientes campos:
Tabla 21 Campos a completar en la creación de un canal de información.
Campo
Layer Name
Title
Short Descripcion
Publisher Name
API endpoint URL
Layer type
Layar Vision
Significado
El nombre de la capa o canal de información con el
que lo reconoceremos
Título con el que queremos que aparezca
Breve descripción
ipción del contenido de la capa
Nuestro nombre o Nickname de desarrollador
La ruta de la página que tiene acceso a nuestra BD. Y
donde se aloja el fichero *php.
2D o 2D-3D,
3D, la elección dependerá de si prev
prevemos que
nuestra capa será con objetos en 3D o no.
Permite definir si nuestro canal permite el
reconocimiento de imágenes para vincular
contenidos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
252
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Al acceder a la pestaña de capas (layers) deben definirse el resto de campos con el objeto
de personalizar el interfaz del canal como el color, los filtros, permisos, etc… , así como las
imágenes, logotipos e iconos que visualizaran los usuarios.
Fig. 103 Diferentes menús que permiten personalizar el canal de información a través de la página web de
layar.
Para la creación de filtros,
filtros, que han de permitir la selección de distintos modelos en
función de sus atributos, Layar ofrece la creación de cinco opciones. En nuestro caso se
plantea además de la utilización del filtro por defecto “Range Slider” que permite filtrar
información en función de la distancia de los objetos al observador, la utilización de un
filtro tipo “Checkbox List
List”” que permitiera la selección de una o varias opciones
simultáneamente. En nuestro caso se debía, por un lado, diferenciar los modelos
existentes de los modelos nuevos generados por los alumnos, y por otro lado dentro de
los edificios nuevos filtrar en función de los tres grupos en q
que
ue debían dividirse los
alumnos. Para ello es necesario la creación de dos variables a las que denominamos “new”
y “layers” en la base de datos, con valores que van del 0 al 5, y modificar el código *.php
de la pagina web. Todo ello se detalla en el punto 7.3 “cuarto estudio Preliminar”.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
253
Así, la variable “new” permite visualizar “in situ” edificios que ya existían o edificios
creados por los alumnos. El valor 1 representaba edificios existentes, y el valor 2
representaba edificios nuevos. La variable “layers”, por su parte, permite filtrar entre los
tres grupos creados (A,B,C) en que debían dividirse los alumnos. Con valores 3,4, y 5
respectivamente. La página web del desarrollador permite la creación de estos filtros con
los siguientes valores:
Fig. 104 Filtros utilizados en la creación de
dell canal de información en la aplicación Layar.
Una vez creado este nuevo filtro, cuando el usuario accede al canal de información
publicado, y previo al envío de la consulta al servidor, debe elegir la información que
desea filtrar. Es decir básicamente debe
debe decidir el rango de búsqueda (por defecto), y si
desea visualizar edificios existentes, o “nuevos”. En este último caso deberá elegir los
grupos que desea visualizar. La imagen del canal creado expresamente para el desarrollo
de la experiencia, así como el panel inicial para filtrar la información a visualizar, se
muestran a continuación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
254
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 105 imágenes desde el dispositivo móvil del canal de información creado. Izquierda: selección de filtros.
Derecha: información general sobre el canal público creado.
Finalmente, una vez generada la cuenta, el registro como desarrollador, y creado y
personalizado el canal que ha de servir de soporte, es preciso crear la estructura de la
base de datos que alimente el sistema, y un servicio web que contendrá básicamente un
fichero *.php para interpretar las consultas enviadas por los usuarios, y devolverá al
aplicativo los contenidos oportunos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
255
6.2.3
CONFIGURACIÓN DE LA BASE DE DATOS
La base de datos que alberga la información sobre los modelos se compone de cuatro
tablas cuya estructura y campos se resumen a continuación.
La primera tabla creada se denomina por defecto “POI_Table”. Es la encargada de
contener la información de los puntos de interés, en nuestro caso el identificador de cada
modelo generado, su situación, y la información que debe visualizarse cuando se localiza,
y como debe ser esta. Se ha añadido a esta tabla dos variables (new, y layers) que
permiten añadir filtros a la capa. La estructura de esta tabla creada es la siguiente:
Tabla 22 Estructura de la primera tabla de la base de datos. POI
POI_T
_Table
Campos
id
attribution
Tipo
varchar(255)
varchar(150)
title
lat
lon
imageURL
varchar(150)
decimal(20,10)
decimal(20,10)
varchar(255)
Line4
Line3
Line2
type
varchar(150)
varchar(150)
varchar(150)
int(11)
dimension
int(1)
alt
int(10)
relativeAlt
distance
int(10)
decimal(20,10)
inFocus
tinyint(1)
doNotIndex
showSamllBiw
showBiwOnClick
new
tinyint(1)
tinyint(1)
tinyint(1)
tinyint(1)
layers
tinyint(1)
Descripción
El numero con el que indexaremos nuestro POI
El autor del modelo. En nuestro caso el código del edificio.Aparece
en pantalla pero no es necesario
Titulo del POI.
Latitud del POI
Longitud del POI
URL de imagen que se podrá ver al detectar el POI. En nuestro caso
el icono del grupo al que pertenece cada edificio.
Información que aparecerá en el visor al localizar el POI
Información que aparecerá en el visor al localizar el POI
Información que aparecerá en el visor al localizar el POI
Determina el tipo de punto que se muestra en pantalla para un
POI, pueden haber 3 posibles para cada capa
Puede ser “1” si es un objeto que no queremos que muestre
alguna imagen en la pantalla, “2” si queremos que el icono se
muestre como un cartel en 3D o “3” si es un objeto en 3D
Altura a la que se mostrará el objeto, si es null se asume la misma
altura que el usuario.
Altura a la quee se mostrará el objeto respecto al usuario.
Distancia del usuario al objetivo, este campo se autocompleta con
la aplicación.
Solo puede estar activo en un POI, si lo está el POI se quedara
como objetivo fijo si se le enfoca.
Se activa si no quieres indexar el objeto en el campo id
Si esta activo no se mostrara el BIW
Si esta activo muestra una BIW más detallada
Campo añadido para el primer filtro (edificio nuevo/edificio
existente). Los valores 1 indican edificio existente. Valor 2 indica
edificio Nuevo
Campo añadido para crear los filtros de capas. Valor 3 indica Grupo
A, valor 4 indica Grupo B, valor 5 indica grupo C
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
256
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
La Segunda tabla necesaria para la visualización de los modelos es “ACTION_Table”. Es la
encargada de albergar la información sobre el tipo de contenidos asociados a cada modelo
o punto de interés (POI). Y permite definir la acción que se realiza cuando se interactúa
con el modelo superpuesto en la pantalla táctil del dispositivo móvil.
Tabla 23 Estructura de la segunda tabla de la base de datos. ACTION_Table
Campo
poID
label
uri
Tipo
varchar(255
varchar(255)
varchar(30)
varchar(255)
autoTriggerRange
int(10)
autoTriggerOnly
tinyint(1)
ID
int(10)
contentType
varchar(255)
method
activityType
enum('GET','POST')
int(2)
params
closeBiw
varchar(255)
tinyint(1)
showActivity
tinyint(1)
activityMessage
varchar(255)
Descripción
Id del POI en la object_table
Tipo de recurso (web)
Ubicación del recurso. En nuestro caso década uno de
los cuestionarios utilizados para valorar el edificio.
Permite establecer la distancia
stancia a partir de la cual se
mostrara el recurso
Si esta activado solo se podrá ver el objeto cuando se
cumpla el autoTriggerOnly
Identificador de la acción, se incrementa de 1 en 1
1. En
nuestro caso idéntico al poID
Tipo de contenido entre los disponibles: "Text / html",
"text / plain", "audio / mpeg", "audio/mp4",
"Video/3gpp",
"Video/mp4",
"application
/
vnd.layar.internal", "application / vnd.layar.async". En
nuestro caso al acceder a una página web donde se
ubican los cuestionarios es "Text / html"
GET por defecto
Muestra el icono con el que se mostrará la actividad de
los reflejados en esta lista:
http://layar.pbworks.com/w/page/30763878/Activitytypes-for-POI-actions
Por defecto lat, lon
Si está activado al acceder a la acción se cierra el BIW.
BIW
(barra de información)
Si está activado al seleccionar un POI
P se muestra que
tiene acciones, si no estarán ocultas.
Mensaje que se muestra cuando está cargando la
acción.
En nuestro caso cada vez que se visualiza un POI este permite el acceso directo a una
página web específica que alberga el cuestionario que deben responder los alumnos.
La tercera tabla creada se denomina “OBJECT_Table”. Es la encargada de albergar la
información de la ubicación de los contenidos a mostrar. En nuestro caso la ruta y nombre
de los modelos generados por los alumnos. Igualmente permite personalizar el modelo a
mostrar en función de la distancia a la que se encuentra el usuario y el tamaño del objeto
para tener en cuenta esta opción. La tabla contiene los siguientes campos:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
257
Tabla 24 Estructura de la primera tabla de la base de datos
datosOBJECT_T
OBJECT_Table
Campo
id
poiID
baseURL
full
Tipo
int(10)
varchar(255)
varchar(255)
varchar(255)
reduced
varchar(255)
icon
varchar(255)
size
float(15,5)
Descripción
Identificador del objeto asociado al POI
Id del POI al que pertenece
dirección URL donde se ubican los objetos
Representación del objeto cuando se está cerca
(menos de 25 m)
Representación del objeto cuando se está a media
distancia (25 -100 m) 2D: Resolución menor a 100px
3D: tamaño inferior a unos 50 polígonos.
Representación del objeto cuando está a más de
100m, si las representaciones full o reduced fallan se
muestra ésta.
2D: tamaño de la imagen en metros 3D:Tamaño de la
arista más pequeña del objeto en metros
Finalmente la última tabla generada es “TRASNFORM_Table”. Esta tabla permite
posicionar cada objeto de manera individual respecto a sus coordenadas. Básicamente
permite rotarlo, escalarlo respecto a su eje Z y decidir si la rotación es siempre respecto al
punto de vista del usuario. En nuestro caso es un dato esencial que el alumno debe
recoger además de las coordenadas para ubicar el edificio.
Tabla 25 Estructura de la base de datos. TRANSFORM_Table
Campo
ID
poiID
rel
Tipo
int(10)
varchar(255)
booleano
angle
scale
decimales
decimales
Uso
número de objeto
Id del POI al que pertenece
Si el valor es true, el objeto siempre dará la cara al
usuario.
Angulo de rotación del objeto respecto a z.
Se usa para escalar el objeto a diferentes tamaños.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
258
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6.2.4
CREACIÓN DEL SERVICIO WEB
Para poder vincular la información generada por el alumno con el canal creado es preciso,
como se ha comentado, disponer de un servicio web que hará de servidor proxy con la
base de datos ya creada y donde se alojan los modelos, y que será el encargado de
comunicarse con el servidor de layar y generar la respuesta apropiada (getPOIs) a partir de
la consulta del usuario. Para ello es necesario la creación de una página web en un
servidor público a cuya dirección apunta el campo ““API
API endpoint URL” descrito
anteriormente. En nuestro caso se utiliza un servidor propio donde se alojan la base de
datos y el fichero *.php necesario para crear los filtros y devolver la respuesta apropiada.
La base de datos que contiene la información del canal se aloja en el mismo servidor web
público donde se aloja el servicio Web.
De manera que cada vez que se consulta la capa creada por parte de los alumnos el
servidor de layar envía una consulta (GetPOIs request) a nuestro servicio web. Que
devuelve una respuesta basada en los parámetros de desarrollo de la API de layar. El
servidor de layar valida la respuesta y ésta es enviada al usuario. Esta información (JSON
response) es interpretada y visualizada en el teléfono del alumno.
Layar ofrece tanto una consulta para crear la BD como el código de ejemplo de la página
que hará de proxy en formato *.php
*.php.. Se pueden encontrar en los tutoriales oficiales de
Layar: http://www.layar.com/documentation/browser/layar-platform-overview/
La conexión con la base de datos se realizó con las siguientes variables:
$dbhost = 'hl134.dinaserver.com';
$dbdata = 'bkc';
$dbuser = 'asri';
$dbpass = '____________';
Igualmente para permitir la creación de filtros se modificó el fichero *.php de acuerdo con
las dos variables (new y layers)
layers) creadas en la base de datos, en la tabla POI_Table, y que
debían usarse para la creación de filtros, tal y como se ha descrito anteriormente. Para
ello el código *.php que prepara la base de datos fue el siguiente:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
259
$sql = $db->prepare( '
SELECT id,
...,
layers,
dimension,
...
FROM POI_Table
WHERE (new & :isNew) != 0
AND (layers IN ( '.$inQuery.') )
HAVING distance < :radius
ORDER BY distance ASC
LIMIT 0, 50 ' );
Los valores de las variables que el usuario del canal de Layar envía al servicio web son
recogidos mediante el siguiente código:
$sql->bindParam( ':isNew',isNew($value['CHECKBOXLIST']) , PDO::PARAM_INT );
Donde la function isNew se define
function isNew($checkboxlist) {
// if $checkboxlist exists, prepare checkbox_value.
if(isset($checkboxlist)) {
// Initialize returned value to be 0 if $checkboxlist is empty.
//$checkbox_value = 0;
// If $checkboxlist is not empty, return the added value of all the numbers
// splited by ','.
if (!empty($checkboxlist)) {
$checkbox_array = array();
if (strstr($checkboxlist , ',')) {
$checkbox_array = explode(',' , $checkboxlist);
}//if
else {
$checkbox_array[0] = $checkboxlist[0];
}
$checkboxNew = array_search(1, $checkbox_array);
$checkboxExist = array_search(2, $checkbox_array);
if (($checkboxNew!== FALSE) && ($checkboxExist!==FALSE)) return 3;
else if ($checkboxExist!==FALSE) return 2;
else if ($checkboxNew!==FALSE) return 1;
else return 0;
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
260
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
}//if
else return 0;
} //if
else {
throw new Exception("checkboxlist parameter is not passed in GetPOI request.");
}//else
}
Y para el campo layers
// Prepare an array with the layers selected for the database query
$layers = layers($value['CHECKBOXLIST']);
//$layers = array(0,3,4);
foreach($layers as &$val)
$val=$db->quote($val); //iterate through array and quote
$inQuery = implode(',',$layers); //create comma separated list
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
261
6.3
CUARTO ESTUDIO PRELIMINAR. “AUMENTADO EL ENTORNO” (TICS)
En la experiencia que sigue, el cuarto de los estudios prácticos realizados por alumnos, se
aborda la implantación de un sistema de información geográfica en 3D para su
visualización “in situ” mediante dispositivos móviles en espacios exteriores
exteriores. La evaluación
del sistema se llevó a cabo en primavera del 2012 a través de una experiencia docente con
alumnos del Máster universitario de investigación en Gestión y Valoración Urbana. Dentro
de la asignatura “TICs aplicadas al Análisis Territorial:
Territorial: GIS 3D, Teledetección, Modelado 3D y
Realidad Virtual Urbana”.
Se pretende ahondar así, en nuevas metodologías y herramientas
didácticas, alternativas a las tradicionales, que permitan mejorar el rendimiento
académico de nuestros alumnos, además de facilitar
facilitar su integración en el aula mediante el
uso de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación.
Para la visualización del sistema se utilizó, como se ha comentado, la tecnología de RA
basada en el registro mediante GPS, utilizando dispositivos móviles (básicamente UMPC i
Smartphones). Para su implantación su utilizó la plataforma Layar que permite la creación
de un canal de información virtual mediante una base de datos asociada a modelos
tridimensionales y cualquier otro tipo de contenidos multimedia. Se trabajó en el BKC,
prestando especial atención al mantenimiento, la calidad y rigor de los contenidos
generados, y extendiendo la investigación a la usabilidad y el grado de satisfacción
obtenido por parte de nuestros alumnos, como paso pre
previo
vio a la publicación pública del
canal de forma definitiva, y de manera análoga a la descrita en la metodología general.
El ensayo ha sido aceptado en la revista ACE, bajo el titulo: “Enseñanza geolocalizada de
los proyectos urbanos. Nuevas estrategias educativas con ayuda de dispositivos móviles.
un estudio de caso de investigación educativa” y se encuentra pendiente de publicación
durante el año 2013.
Igualmente un video resumen de la experiencia descrita puede ser visualizado en
http://youtu.be/fejMl59vFXE
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
262
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6.3.1
PLANTEAMIENTO DEL EJERCICIO
Uno de los campos donde el uso de la RA puede resultar potencialmente más interesante
es el de la representación y gestión del territorio, mediante la generación de una escena
“completada” con información virtual, en el mismo lugar donde el usuario se encuentra,
es posible por ejemplo, visualizar propuestas de intervención de nuevos edificios,
compararlas con otras opciones, y verificar su idoneidad en su emplazamiento real
previsto. En nuestro caso, al tratarse de una experiencia que utiliza un navegador de RA
existente, y con canales de libre distribución, cabe
cabe pensar igualmente, que las escenas
generadas han de revertir necesariamente en el público. Y que éste a su vez requerirá de
distintos tipos y niveles de información, que habrá por tanto que gestionar y relacionar
espacialmente, a partir de sus requerimientos y consultas.
En el campo del urbanismo y la gestión del territorio,
territorio, y con este objetivo de “completar”
nuestro entorno con información virtual
virtual,, sería deseable ir a la creación de un instrumento
abierto, es decir diseñado y basado en una tecnología que permita su actualización
constante, y que pueda combinar en si mismo distintos niveles de información, que sirva a
la gestión, a la investigación y a la consulta pública del territorio, en el que se localice y
sitúe los modelos, y que permita la carga de datos en red a distintos usuarios a la vez en
tiempo real. Promoviendo finalmente una gestión más eficiente y una mayor compresión
del territorio.
En este sentido sería necesario la utilización de un SIG, en tanto que herramienta
integradora con capacidad de gestionar una gran cantidad de datos, espaciales y no
espaciales (alfanuméricos) en forma de base de datos georeferenciada. La información
organizada por temas o capas podría ser facilitada aisladamente o bien relacionada
algebraicamente con el objeto de generar un modelo virtual adaptado a la información
que requiere cada usuario. Para ello es preciso vincular la representación gráfica del
objeto de estudio, realizado en tres dimensiones, con una base de datos que contenga
toda la información acerca de los elementos que lo conforman, y que permita filtrar la
información en función de distintas variables asociadas al modelo. Así, la información
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
263
superpuesta generada a partir de las consultas del usuario, sobre una base de datos, ha de
permitir visualizar una información “filtrada” a partir de las consultas del usuario, como
pudieran ser el año de construcción, numero de planta
plantas,
s, consumos energéticos, etc.…
Por otro lado la introducción en las aulas de métodos de aprendizaje 3.0 y nuevas
tecnologías colaborativas, así como las nuevas formas de acceso a la información,
incorporadas paulatinamente en todos los ámbitos académicos, ofrecen nuevas
oportunidades docentes al proporcionar contenidos multimedia mucho más asequibles y
cercanos, y nuevos sistemas de representación, y herramientas de documentación,
publicación y gestión. En el marco específico de la carrera de arquitectura, las nuevas
tecnologías, como la que nos ocupa, proporcionan nuevas herramientas para la
representación de las formas arquitectónicas y de modelos tridimensionales, permitiendo
visualizar diversos sistemas, contenidos o capas, relacionados con los proyectos de
manera mucho más ágil, interactiva y universal.
Se plantea, por tanto, la conveniencia de que mediante la aplicación de estas
herramientas relacionadas con la tecnología de RA, y durante la realización de una
actividad dirigida, el alumno sea capaz de transmitir a otros participantes información
adicional sobre sus propuestas de intervención arquitectónica, en este caso permitiendo
su visualización en un emplazamiento real, que finalmente ha de revertir en una mayor
comprensión de las mismas y de su entorno. Al mismo tiempo, en la experiencia
planteada, el alumno debía adquirir un mayor conocimiento del resto de propuestas
realizadas por sus compañeros. Así, el espacio real se vería “completado” con información
adicional virtual superpuesta generada por
por cada uno de ellos. El caso de estudio se realizó
sobre el proyecto del campus BKC, del que se hablará más adelante.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
264
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 106 Ejemplo de modelos virtuales superpuestos en un entorno real sobre modelos existentes.
Se parte de la hipótesis de que la visualización y consulta “in situ” de las propuestas, el
acceso a información adicional, así como la interacción con contenidos virtuales
adicionales, ha de servir para aumentar la capacidad de los alumnos de explicar sus
propuestas de intervención.
intervención. Los datos extraídos a partir de cuestionarios de usabilidad, se
han utilizado para completar y mejorar el canal de información previamente generado,
para su publicación definitiva, y que puede servir como soporte al proyecto del campus
BKC. Además han servido de complemento a los resultados obtenidos de las experiencias
anteriores.
El objetivo del ejercicio fue doble: por un lado, continuar la evaluación sobre el grado de
satisfacción de los estudiantes en la introducción de nuevas metodologías docentes, en
este caso una plataforma genérica existente,
existente, que ellos mismos utilizan fuera de la
universidad, en su vida diaria; por otro lado, se ha evaluado la posibilidad de utilización de
esta tecnología basada en geolocalización, en ambientes exteriores, de forma ubicua, y
generalizada, implicándola en procesos de formación de arquitectos e ingenieros de la
edificación. Experiencia docente hasta ahora no documentada.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
265
6.3.2
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
Hasta este cuarto ejercicio, los casos planteados se habían realizado bajo la solución más
extendida en el uso de aplicaciones de RA en dispositivos móviles, que es la utilización de
software basado en el reconocimiento óptico de patrones planos, en su inmensa mayoría
a partir de las librerías ARToolKit o MXRToolKit. Estas aplicaciones (AR-Media, BuildAR…)
no permitían la publicación de contenidos de manera ubicua y universal para que todos
los usuarios que tuvieran la aplicación pudieran visualizar los contenidos generados por
los alumnos. La plataforma utilizada, sin embargo, además de basar el registro de
información virtual en GPS, permite solventar este problema pues los contenidos
generados son volcados a un canal, o capa de información virtual, mediante una base de
datos asociada permitiendo su
su visualización a cualquier usuario que tenga el aplicativo y
abra dicha capa.
El ejercicio que se plantea se realizó en la asignatura TICs aplicadas al Análisis Territorial: GIS
3D, Teledetección, Modelado 3D y Realidad Virtual Urbana.
Dicha materia se imparte dentro
del máster en Gestión y Planificación Urbana y Territorial, organizado por el
Departamento de Construcciones Arquitectónicas I (CA1) en la Escuela Técnica Superior
de Arquitectura de Barcelona (ETSAB). Se pretende en él formar investigadores en el
campo de la planificación (“urban planning”), la gestión (“land management”), la
administración (“land administratrion”) y la evaluación (“urban assessement”) del
territorio, especialmente del territorio urbano, integrando disciplinas como la gestión
urbanística, las valoraciones inmobiliarias, la evaluación y estudio de impacto ambiental, o
los Sistemas de Información Geográfica y la aplicación de las nuevas tecnologías de la
información y las telecomunicaciones en el análisis y gestión de la ciudad, incluida la
teledetección (“remote sensing”),
sensing”), el modelado 3D y la realidad virtual. La asignatura
concretamente dota a los alumnos de nuevas herramientas de modelado visualización del
territorio. En este caso, como se ha comentado, se pretende Incorporar modelos virtuales
generados por los propios alumnos en una plataforma de RA existente y visionarlos
mediante sus propios dispositivos móviles.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
266
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
En relación al entorno de trabajo, la experiencia se llevo a cabo tomando como ámbito de
estudio el campus de excelencia BKC (Barcelona
(Barcelona Knowledge Campus) de Barcelona.
Proyecto presentado por la Universidad de Barcelona y la Universidad Politécnica de
Catalunya, consistente en una agregación de instituciones universitarias, de investigación,
empresariales y sociales, que establecen un marco de colaboración estratégico para
convertirse en un entorno científico y tecnológico de referencia en Europa.
En la actualidad el campus, abarca 227 Ha. La superficie construida es superior a los
515.000 m² y acoge 16 centros docentes entre facultades y escuelas superiores, 90
departamentos universitarios, más de 15 bibliotecas y centros de recursos para el
aprendizaje, dos parques científico-tecnológicos y centros de soporte especializados, así
como las grandes unidades de gestión, de apoyo y de atención a la comunidad
universitaria, además de sedes representativas e institucionales. Básicamente el campus
de excelencia, pretende actuar
actuar en la mejora de los ámbitos de la docencia y la tecnología,
transformando el campus para el desarrollo de un modelo social integral. También
pretende llevar a cabo una serie de mejoras dirigidas a la adaptación e implantación al
espacio europeo de educación superior y mejorar significativamente la transferencia de
conocimiento y tecnología, como resultado de la investigación académica, al sector
empresarial. Y finalmente, el proyecto pretende una mejor interacción entre el campus y
su entorno territorial. Para ello apuesta por la creación de entornos didácticos, culturales,
sociales y deportivos, y por una serie de mejoras en la movilidad. Las infraestructuras
arquitectónicas más representativas que se prevén realizar son las siguientes:
• Construcción del Edificio CICRIT
(Centro de Infraestructuras Científicas para la
Investigación y la Innovación Tecnológica), que acogerá diferentes servicios de soporte
a la actividad científica, transferencia y de carácter general.
• Construcción del edificio AUEB. Edificio encaminado a avanzar y fortalecer la actividad
académica hacia el espacio Europeo del conocimiento. Compartiendo la misión de
favorecer la formación de excelencia, la investigación, la innovación, la transferencia de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
267
resultados y el progreso tecnológico,
tecnológico, así como la de convertirse en agente dinamizador
socioeconómico entre la universidad, las administraciones y las empresas.
• Construcción del edificio de servicios L2. Se prevé la construcción de un edificio de
2.300 m2 de cuatro plantas de oficinas más
más sótano, completamente flexibles en su
distribución y a la vez dotadas de todas las instalaciones de comunicaciones necesarias
para su uso. El edificio tiene como objetivo crear un espacio de unidades y servicios a la
comunidad BKC.
• Residencia Universitaria.
ia. En el Recinto de Deportes está prevista la construcción de la
nueva residencia universitaria. La residencia generará un nuevo punto de actividad
universitaria, al permitir el uso compartido de múltiples instalaciones entre la actividad
residencial y la deportiva.
• Construcción del Edificio de Doctorado.
Doctorado. Edificio dedicado íntegramente a actividades
de doctorado en el ámbito de las tecnologías que permita ofrecer servicios y espacios
adecuados a los estudiantes de doctorado. Este edificio permitirá superar la dispersión
en funcionalidad y localización de espacios de trabajo –tanto de formación como de
investigación- y mejorar la relación social lo que redundará en una mayor
productividad y creación de sinergias entre los estudiantes. Se trata de un edificio de
2.250 m2 y cinco plantas situado el área norte del BKC que es donde se concentra la
mayor parte de conocimiento en Tecnologías.
• Otras construcciones y equipamientos para el campus y su futura configuración.
Como son:
-
Las viviendas para personal unive
universitario
rsitario e investigador, que se situaran entre el
edificio CICRIT y la plaza cívica, ampliando la oferta de alojamiento y ofreciendo
plazas para personal con estancias más largas en el Campus.
-
La plaza cívica en el corazón del Campus, será un lugar de convivencia y
comunicación para el personal académico y el vecindario.
-
La Casa del Estudiante, que flanqueará la Plaza Cívica por el oeste, acogerá
múltiples servicios para los estudiantes y personal del Campus: locales de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
268
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
asociaciones estudiantiles, bolsa de trabajo para estudiantes, comedores, tiendas,
etc.
-
El edificio Municipal (Barcelona Campus), que permitirá disponer de espacio para
asociaciones vecinales y otros servicios como guardería del Campus y
dependencias municipales.
Se han previsto además en dicho proyecto una serie de actuaciones para la rehabilitación
de plazas que fomenten la vida en el Campus, la comunicación informal entre sus
usuarios y la integración del vecindario.
Fig. 107 Principales infraestructuras arquitectó
arquitectónicas
nicas previstas para el campus BKC.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
269
6.3.3
REFERENTES
Con el objetivo de vincular la representación gráfica del objeto de estudio realizado en
tres dimensiones, con una base de datos que contenga toda la información acerca de los
elementos que lo conforman, y que permita filtrar la información en función de distintas
variables de la base para su visualización “in situ”, se hace necesaria la utilización de algún
tipo de sistema de información Geográfica que permita integrar datos de forma
georeferenciada. Sin embargo los SIG, tradicionalmente orientados al estudio del
territorio, no operan en el campo de la tridimensionalidad, limitando su ámbito de
actuación a las dos dimensiones.
Esta necesidad implicaba un cambio en la metodología y las herramientas de diseño sobre
el que hay poca experiencia ya que se ha avanzado poco en la integración de todos estos
datos en un SIG y tampoco en facilitar la consulta de los mismos de forma generalizada a
la vez que selectiva, en la revisión y actualización dinámica de sus contenidos y mucho
menos aún usando la tecnología de Realidad Aumentada sobre el terreno con dispositivos
móviles de telefonía e informática doméstica o de bajo coste.
Una aplicación gratuita en esta línea,
línea, y sobre la cual se realiza el ensayo, es Layar. Este
navegador (AR browser), basa el registro de los objetos en el posicionamiento a través de
GPS que, si bien todavía impreciso, garantiza la visualización de contenidos de manera
universal al ser compatible con todos los sistemas operativos. Permit
Permitee al usuario, además,
crear canales de información virtual, públicos, y superponerlos en su entorno en tiempo
real a través de su vinculación a una base de datos.
Existen por un lado numerosos sistemas y propuestas que vinculan información grafica
con bases de datos (WU 1998; Kwan 2000; B. Huang et al. 2001) , ampliamente utilizadas
en planeamiento como ayuda a la toma de decisiones (Pettit 2005; Hernández et al. 2004;
Sareika & Dieter Schmalstieg 2007)
2007),, o en el campo del patrimonio histórico (Droj 2010;
Seker et al. 2010; Mao et al. 2008), etc.., como herramienta de ayuda a la interpretación y
catalogación de determinados bienes. Algunas propuestas debaten sobre la correcta
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
270
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
integración de los datos espaciales provenientes de diferentes fuentes
(Belussi &
Migliorini 2011), y en su mayoría se basan en información cartografía i utilizan SIG
convencionales. Hosse & Schilcher (2003), por ejemplo, proponen un SIG “temporal”
donde la aplicación permite al usuario realizar consultas combinando varios criterios de
selección, básicamente la combinación de un área geográfica con un periodo histórico
concreto, y devolviendo como resultado un conjunto apropiado de información grafica,
básicamente planimetría y fotografías. Ninguno de ellos
plantea sin embargo,
su
utilización mediante técnicas de RA, es decir superponiendo el modelo generado al
modelo y en el emplazamiento real. Y se limitan a generar un modelo a partir de
fotografías o técnicas de levantamiento con laser escáner, para incorporar estas imágenes
georeferenciadas a una base de datos asociada.
Otras aproximaciones, al contrario de las anteriores, se refieren a un solo edificio, e
intentan vincular información grafica
grafica realizada en tres dimensiones con una base de datos
que contenga toda la información acerca de cada uno de los elementos que lo conforman.
En el levantamiento del acueducto de Segovia, por ejemplo, realizado en 1994 ya se
plantea el levantamiento tridimensional
tridimensional de cada una de las piezas con una información
asociada. Véase Martin Pastor et al. (2005) al respecto.
Pero estos proyectos tampoco abordan el mantenimiento y consulta de la base de datos
en tiempo real mediante técnicas de RA. Además la vinculación entre datos e información
de los componentes del modelo tridimensional tampoco queda resuelta de manera
efectiva (Schall et al. 2008).
Un ejemplo de sistema propuesto en esta línea es el diseñado por Okamoto et al. (2008).
Este sistema trabaja sobre una base de datos multimedia que permite, en tiempo real,
asociar información a densos modelos 3D obtenidos mediante escáner laser. Esta
asociación se realiza sobre el modelo 3D directamente, tanto para edición como para
consulta. Sin embargo, este tipo de sistemas, permiten de manera interactiva visualizar y
etiquetar el modelo, pero esta funcionalidad dista mucho de la que es capaz de realizar un
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
271
sistema GIS convencional. Los sistemas GIS sacan partido de la estructuración de los
atributos en mapas, y de la posibilidad de operar entre estos.
Fig. 108 Ejemplos de aplicaciones que vinculan contenidos multimedia a bases de datos. Izquierda: Okamoto
et al. (2008). Derecha: Martin Pastor et al. (2005)
La aparición de entornos virtuales como
como Google Earth y Visual Earth han hecho que el
intercambio y visualización de modelos 3D georeferenciados se realice de forma muy
natural, y a pesar de sus deficiencias, el éxito de estas herramientas de visualización es
mayor que el de los tradicionales visualizadores 3D, basados en VRML y X3D. (Breunig &
Zlatanova 2011). Y en relación a la generación de modelos urbanos en 3D, cabe citar el
lenguaje City Geography Markup Language (CityGML). Desarrollado por el Open
Geospatial Consortium (OGC) como un estándar de codificación, y que quiere ser un
formato universal, basado en XML, para almacenar, representar e intercambiar modelos
virtudes 3D de entornos urbanos. Se puede utilizar de forma gratuita y se ha
implementado con éxito en programas nacionales de Infraestructura de Datos Espaciales
en países como Alemania, Francia, Malasia, Abu Dhabi y otros, donde este lenguaje ofrece
una importante plataforma para la transición de 2D a datos 3D al proporcionar una forma
de describir objetos tridimensionales considerando su geometría, topología, semántica y
apariencia, y definiendo cinco niveles de detalle. Se pretende así, que CityGML permita el
empleo de modelos 3D de ciudades para la visualización y análisis en diversos ámbitos de
aplicación: navegación a pie, simulaciones medio ambientales, gestión de instalaciones,
gestión de datos urbanos, etc..
En relación al uso de sistemas de planeamiento urbano que utilizan la RA y que permiten
la consulta a través de dispositivos móviles, como se pretende en nuestro ensayo, se han
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
272
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
realizado diversas experiencias recientes (Ismail & Sunar 2009; Anagnostou & Vlamos
2011; Lonsing 2011). En Allen et al. (2011), por ejemplo, el autor investiga sobre el uso de
Smartphone como herramienta para la participación pública en proyectos de
planeamiento urbano. Para ello desarrolla un sistema que utiliza, al igual que el nuestro, la
tecnología para mostrar modelos 3D de futuros edificios en su emplazamiento real.
Permitiendo al usuario opinar y votar sobre sus preferencias. Y haciendo estos datos
accesibles a los técnicos y agentes implicados en el desarrollo urbano.
Fig. 109 Diversas imágenes que muestran el interface del sistema de AR y la superposición de modelos de
edificios en su entorno real. En Allen et al. (2011)
Este autor, en su artículo, destaca tres proyectos que abordaron el desarrollo de sistemas
de RA en el planeamiento urbano. Estos proyectos se comentan a continuación por su
interés y relación con el ejercicio planteado: Tinmith-Metro, Urban Sketcher, y Vidente.
Tinmith-Metro (W. Piekarski & B.H. Thomas 2001): Fue uno de los primeros sistemas que
planteaba la captura de información del entorno para ser visualizada mediante RA. Se
trata de un software que permitía a los usuarios capturar modelos urbanos en ambientes
exteriores, y su posicionamiento mediante un sistema móvil de Realidad Aumentada
basado en un ordenador portátil y un dispositivo tipo casco (see-through optical head
mounted display). El seguimiento de los objetos (tracking) y el registro se realizaba a partir
de GPS y brújula electrónica. De manera que permita al usuario
usuario levantar modelos
existentes en 3D, su visualización, y verificación de la precisión del modelo en el momento
de ser capturado, a partir de sistema mucho más ágil y asequible.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
273
Fig. 110 Tinmith-Metro: Imágenes de implementación del sistema de captura y visualización de modelos
urbanos existentes. En Piekarski & Thomas (2001)
Urban Sketcher (Sareika & Dieter Schmalstieg 2007): Este sistema se desarrolló según sus
autores para “fomentar y mejorar la comunicación en el diseño urbano entre los agentes
interesados”. El sistema se basa en una mezcla de dispositivos de entrada que pretenden
mejorar la interacción y la colaboración entre los usuarios del sist
sistema
ema, a partir de la
proyección de imágenes en directo de una escena aumentada en una pantalla. El sistema
se monta El sistema se ubica en una tienda en el lugar objeto de estudio. Y mediante este
sistema los usuarios pueden modificar la escena a partir de dibujos y croquis en 2D que se
incorporan a las superficies 3D de la escena, proporcionando así un sistema de interacción
intuitivo y cercano a usuarios sin ninguna experiencia. Este sistema demostró la idoneidad
de esta tecnología en procesos de participación
participación pública. Aunque su implementación
resultaba costosa.
Fig. 111 Imágenes de implantación del sistema de RA Urban Sketcher. En Sareika & Schmalstieg (2007)
Vidente (Schall et al. 2008): El sistema pretendía ser una alternativa a los planos impresos
utilizados tradicionalmente en trabajos de campo por las empresas de instalaciones y
mantenimiento en entornos urbanos. La información, contenida en un sistema de
información geográfica (SIG) y posicionada mediante GPS, era convertida a lenguaje GML,
y superpuesta utilizando datos cargados desde el dispositivo móvil en tiempo real,
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
274
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
visualizados mediante un motor de renderizado. Se incorporan en el sistema, además,
filtros y varias herramientas de interacción como una herramienta de “excavación” para
visualizar información oculta,
oculta, de etiquetado, para visualizar información adicional
contenida en el SIG original, etc.. La evaluación del sistema se realiza con una
infraestructura bajo tierra tal y como muestran las imágenes.
Fig. 112 Sistema de soporte para la gestión y el mantenimiento de instalaciones e infraestructuras urbanas. En
Schall et al. (2008)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
275
6.3.4
DESCRIPCIÓN DEL ESTUDIO
Básicamente, el ejercicio pretendía Incorporar modelos virtuales generados por los
alumnos en una aplicación para dispositivos móviles, y visionarlos mediante RA. La escena
debía generada debía permitir visualizar estas propuestas de intervención en un entorno
real, para luego ser evaluadas por los propios alumnos. De manera que cada modelo
creado estaba vinculado a un cuestionario específico al que se accedía a través de la
pantalla táctil del propio dispositivo una vez posicionada la propuesta. Los edificios
existentes permitían el acceso a un cuestionario general58 sobre la usabilidad del ejercicio
similar a los utilizados hasta entonces. Las propuestas generadas a los alumnos permitían
el acceso a un cuestionario específico59 para valorar cada uno de los edificios generados,
con cuestiones como “¿Consideras qué el edifico proyectado enc
encaja
aja con el lugar?”, “¿Su
escala es la adecuada?”, etc…
Se familiarizaba así al alumno con la tecnología y el uso de herramientas para presentar
este tipo de propuestas. Los contenidos y el entorno de trabajo partían del proyecto BKC,
explicado anteriormente. Cada grupo de alumnos debía disponer como mínimo de un
dispositivo móvil dotado con cámara, GPS y conexión 3G. El proceso seguido se describe a
continuación:
1. Creación del modelo. Los alumnos divididos en dos grupos (B, y C) Debían escoger tres
edificios con la codificación que se les entregaba, a partir de la documentación y la
información disponible del BKC relativa al emplazamiento, normativa y entorno. El
modelado se realizó mediante el programa Sketchup, V8 PRO con licencia educacional.
El grupo A se reservó a edificios nuevos del propio campus ya proyectados, que fueron
generados y añadidos en la base de datos por el autor de esta tesis. De manera que
sirvió como banco de pruebas de la precisión del sistema, y de ejemplo del tipo de
contenidos que los alumnos debían realizar, y como sus propuestas podían ser
visualizadas. Estos edificios fueron la ampliación y/o modificación de las facultades de
58
59
https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?formkey=dEM1b0NNMlBBaElfZjlNRG9TbHJ2d3c6MA#gid=0
https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?formkey=dE1hZF90WG9YSnJQUUlyQUNTOExCN1E6MA#gid=0
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
276
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Bellas Artes, Económicas,
Económicas, Industriales, derecho y el modelado del nuevo edificio
“Cicrit”.
Fig. 113 Entorno del BKC con la codificación de los modelos que los alumnos debían emplear.
2. Exportación del modelo al formato *.obj desde Sketchup. Una vez realizadas sus
propuestas, éstas debían ser exportadas al formato *.0bj, de manera que pudieran ser
leídas por el aplicativo especifico de Layar. Para ello el punto 0,0,0 del modelo debía
ser conocido y es al que se le asigna la coordenada UTM en la base de datos para
posicionarlo de manera universal. Previo a la exportación se debían además verificar
las unidades, los mapas de textura, y activar cambiar coordenadas YZ. Para que el
modelo fuera correctamente importado por
3. Descarga de la aplicación Layar Model Converter para la transformación del modelo.
Esta herramienta permite la conversión de un formato *.obj a uno especifico de la
aplicación *.L3d. El conversor,
conversor, gratuito, y descargable desde el portal de Layar, se
divide en cuatro apartados principales que son: Overview, Materials, Preview,
Placement. Éstos se describen a continuación:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
277
• Overview: Permite obtener información sobre el modelo como el numero de vértices,
polígonos y materiales, versión del programa compatible, y las medidas y dimensiones
máximas y mínimas.
• Materials: Ofrece información sobre materiales, el tamaño de las imágenes utilizadas
como texturas y permite la asignación de transparencia y oclusión.
• Preview: Permite visualizar el modelo tal y como se verá en el navegador Layar
• Placement: Permite posicionar el edificio sobre un mapa superpuesto para conocer las
coordenada y posición respecto al Norte (ángulo α). Que se utilizará en la base de datos.
Fig. 114 Vista de los cuatro apartados en que se divide el convertidor de modelos de Layar
4. Posicionar el modelo. Con el objeto de obtener las coordenadas que han de alimentar
la base de datos, y que permitan situar el modelo, es necesario situar un punto
conocido del modelo (en nuestro caso la coordenada 0,0,0 del modelo levantado en
Sketchup) en su ubicación prevista utilizando para ello el apartado “placement” del
aplicativo de Layar. Las coordenadas UTM y el ángulo α obtenidos deben ser anotados
por el alumno.
Fig. 115 Ejemplo de visualización y obtención de coordenadas mediante el aplicativo Model Converter
5. Exportación del modelo *.l3d y incorporación a la base de datos. Para alimentar la
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
278
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
base de datos que sirve al canal de información es necesario un servidor con soporte
php y sql que permita la creación del servicio web y el hospedaje de la base de datos,
tal y como se ha comentado anteriormente. El alumno debía exportar el modelo
generado en formato *.L3d, además de un fichero de texto que debía contener el
nombre del modelo, de acuerdo la codificación facilitada, sus coordenadas UTM (lat,
lon), la escala y el ángulo α obtenido para su correcta visualización. Una vez obtenida
esta información por parte de los alumnos, se ubicaron los modelos, iconos, imágenes
en el servidor público que contenía la base de datos. Y ésta fue preparada para
visualizar los contenidos. Tal y como se ha detallado en el apartado 6.2.3
(Configuración de la base de datos).
6. Instalación del aplicativo y acceso al canal de información. Una vez descargada la
aplicación en los terminales móviles de los alumnos, en la categoría “Arquitectura y
Edificios”, se debía localizar el canal “tesis Albert app” generado para la permitir el
acceso a los contenidos.
Fig. 116 Instalación de la aplicación y acceso al canal de información para la realización del ejercicio.
7. Uso de filtros para seleccionar contenidos. Una vez abierto el canal y posicionados en
el entorno de trabajo, el alumno obtenía acceso al menú inicial donde además de
obtener información general sobre el canal y el campus BKC, debía filtrar la
información que deseaba visualizar. Las opciones fueron edificios (nuevos y existentes)
y dentro del tipo de edificios nuevos debían seleccionar el grupo de edificios a
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
279
visualizar. (A, B, C) tal y como se muestra a continuación:
Fig. 117 Menú de información al canal de contenidos y selección de filtros. En el ejemplo el rango escogido
es de 20Km, y se pretende visualizar edificios nuevos (propuestas de los alumnos) del grupo B.
8. Visualización de contenidos y respuestas al cuestionario. El alumno debía localizar
todos las propuestas generadas en el campus (6) por los diferentes grupos, y
interactuar opinando sobre ellas. El cuestionario era accesible a través de la pantalla
táctil del dispositivo. Los edificios existentes permitían el acceso a un cuestionario
general sobre el uso de la tecnología para evaluar la usabilidad del sistema de acuerdo
a la metodología general de esta tesis.
Fig. 118 Visualización de contenidos “in situ” y respuestas al cuestionario planteado.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
280
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6.3.5
RESULTADOS OBTENIDOS
La experiencia resultó novedosa. El total de alumnos que participaron en el experimento
fue de 11. El 100% fue capaz de seguir el ejercicio de acuerdo con los pasos indicados en el
apartado anterior. Se modelaron un total de 6 propuestas. Tres propuestas
correspondientes al grupo B y tres propuestas al grupo C. (B1, B2, B3, C1, C2, y C3)
Fig. 119 Alumnos modelando sus propuestas en el aula en el curso de TICs (layar).
De manera que en primer término, y una vez formados los grupos de trabajo, modelaron
sus propuestas para cada uno de los emplazamiento previstos. Se convirtieron al formato
de lectura del aplicativo Layar y se preparó el resto de información requerida.
Fig. 120 Resultados de las propuestas arquitectónicas
arquitectónicas modeladas por los alumnos en el formato de
importación a la base de datos. En el curso TICs (layar)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
281
Así los modelos generados por los alumnos se añadieron a cada una de las tablas de la
base de datos que alimenta el canal. La información resumen de la POI_Table, cuya
función y campos fueron explicados con anterioridad, se muestra a continuación:
Tabla 26 Resumen de los contenidos de la tabla POI_Table que alimenta el canal de información.
id
attribution
title
lat
lon
line4
line2
new
layers
2
EPSEB
EPSEB
41,383337
2,113355
EPSEB
1
0
3
ETSAB
ETSAB
41,383748
2,113709
ETSAB
1
0
4
FME
FME
41,383309
2,115051
FME
1
0
5
ETSEIB
ETSEIB
41,384706
2,114857
ETSEIB
1
0
6
Belles Arts
B_Arts
41,383192
2,114503
Av. Doctor Marañón, 44
4450, 08028 BARCELONA
Avinguda Diagonal, 649
08028 Barcelona
Campus Diagonal Sud,
Edifici U. C. Pau Gargallo,
5. 08028 Barcelona
Avda. Diagonal 647, 08028
Barcelona
c/ Pau Gargallo, 4, 08028
Barcelona
2
3
7
Economicas Economicas 41,386086
2,116215
Avinguda Diagonal, 690,
08034 Barcelona
2
3
Avda. Diagonal 647, 08028 2
Barcelona
3
Avda. Diagonal 684, 08034
Barcelona
Carrer Pau Gargalló 20-30,
20
08028 Barcelona
C/ Jordi Girona, 29, 2-A
2
(Edificio NEXUS II) 08034
Barcelona
Grup B. Barcelona
2
3
2
3
1
0
2
4
Grup B. Barcelona
2
4
2
4
2
5
2
5
Grup C. Barcelona
2
5
10 Industrials
Industrials
41,384231
2,114487
9
Dret
Dret
41,387117
2,119964
Belles
Arts
Economi
ques
Industri
als
Dret
8
Cicrit
Cicrit
41,383535
2,116944
Cicrit
11 Nexus II
Nexus II
41,38801
2,114637
Nexus
12 B1
B1
41,381945
2,11504
13 B2
B2
41,383168
2,113468
Bellas
Artes
EPSEB
14 B3
B3
41,38056
2,107229
15 C1
C1
41,386082
2,116231
16 C2
C2
41,387249
2,119873
Residen Grup B. Barcelona
cia
Economi Grup C. Barcelona
cas
Derecho Grup C. Barcelona
17 C3
C3
41,383844
2,116767
CICRIT
Como se puede observar, cada fila corresponde a un edificio. Los edificios generados por
los alumnos tienen los identificadores del 12 al 17. Con los títulos B1, B2, B3, C1, C2, C3. El
campo “new” tiene el valor 2, que p
permite
ermite identificarla como edificio nuevo. El valor 4 y 5
del campo “layers” indica la pertenencia a los grupos B y C respectivamente. El valor 3 en
este campo indica la pertenencia al grupo A.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
282
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
De manera análoga se muestra a continuación los contenidos de la Tabla OBJECT_Table y
TRASNFORM_Table tal y como queda después de añadir los contenidos generados por los
alumnos.
Tabla 27 Resumen de los contenidos de las tablas OBJECT_Table i TRANSFORM_Table de la base de datos
que alimenta el canal de información
Object Table
ID poiID full
2 2
apabcn.l3d
3 3
ETSAB.l3d
4 4
mates.l3d
5 5
ingeniers.l3d
6 6
B_artes.l3d
7 7
economicas.l3d
8 8
cicrit.l3d
9 9
dret.l3d
10 10
ind_opacity.l3d
11 11
nexus2.l3d
12 12
B1.l3d
13 13
B2.l3d
14 14
B3.l3d
15 15
C1.l3d
16 16
C2.l3d
17 17
C3.l3d
reduced
apabcn.l3d
ETSAB.l3d
mates.l3d
ingeniers.l3d
B_artes.l3d
economicas.l3d
cicrit.l3d
dret.l3d
ind_opacity.l3d
nexus2.l3d
B1.l3d
B2.l3d
B3.l3d
C1.l3d
C2.l3d
C3.l3d
icon
icon_EPSEB.jpg
icon_ETSAB.jpg
icon_fme.jpg
icon_ETSEIB.jpg
icon_BA.jpg
icon_EC.jpg
icon_CICRIT.jpg
icon_DRET.jpg
icon_IND.jpg
icon_NEX2.jpg
icon_B.jpg
icon_B.jpg
icon_B.jpg
icon_C.jpg
icon_C.jpg
icon_C.jpg
TRANSFORM_Table
ID poiID rel angle
2 2
0 0
3 3
0 0
4 4
0 0
5 5
0 0
6 6
0 -71,1
7 7
0 19
8 8
0 19
9 9
0 19
10 10
0 0
11 11
0 40
12 12
0 19
13 13
0 17,3
14 14
0 15,8
15 15
0 19
16 16
0 23,7
17 17
0 19
scale
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
En ella se observa el nombre del modelo 3D en formato I3d, así como el icono asociado a
cada modelo, su escala y ángulo de rotación para su correcta visualización.
En segundo término, una vez completada la base de datos y configurada cada una de las
tablas que la forman, pudieron visualizar sus propuestas en el lugar donde habían sido
diseñadas, con sus dispositivos móviles y de forma geolocalizada de acuerdo a la
información que ellos mismos habían generado.
Las siguientes imágenes muestran la visita al lugar, y algunos de los modelos posicionados
tal y como pueden verse a dia de hoy a través del canal generado.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
283
Fig. 121 Imágenes de alumnos visualizando sus propuestas “in situ” (izquierda). Y resultados de los modelos
superpuestos en el lugar. (derecha). En el curso TICs (layar)
Finalmente, en la visita al lugar, el alumno debía puntuar los edificios visualizados, en el
lugar donde se encontraba, valorando aspectos como la escala, color, ubicación, etc.. Las
respuestas al cuestionario sirvieron como mecanismo de comprobación de la participación
de los alumnos en el ejercicio. El detalle de este cuestionario particular se muestra en la
siguiente figura.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
284
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 122 Cuestionario de valoración de las propuestas realizadas por los alumnos. Disponible en:
https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?formkey=dEFBVnNzZE9aLWNwaFhualV1T2V5T2c6MA#gid=0
https://docs.google.com/spreadsheet/viewform?formkey=dEFBVnNzZE9aLWNwaFhualV1T2V5T2c6MA#gid=0
Paralelamente, como en el resto de actividades se realizaron cuestionarios específicos
orientados a evaluar el grado de satisfacción de la actividad realizada, los contenidos del
curso, y autoevaluaciones sobre el interés y utilidad de los conocimientos adquiridos,
etc…tal y como se describe en la metodología general, ya mostrada en apartados
anteriores. El tiempo total de dedicación fue de cuatro sesiones de 3 horas cada una a
razón de una por semana.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
285
6.3.6
EVALUACION
En relación al cuestionario de usabilidad general utilizado para validar la implantación de
la tecnología, de manera análoga al resto de ejercicios planteados en esta tesis, se
obtuvieron un total de 11 respuestas.
En relación a la formación personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología
los resultados fueron muy similares una vez más a los obtenidos en cursos anteriores. Las
aplicaciones más utilizadas y que el usuario puntuó de acuerdo a su nivel de conocimiento
fueron “Email”, “internet browsers” y Software de Diseño Asistido por Ordenador (CAD)
seguidas por aplicaciones de ofimática, y de retoque fotográfico. El sistema operativo más
utilizado siguió siendo Windows. Y el
el menor conocimiento resultó en sistemas LINUX y
AR.(escala: 0=nada, 5 avanzado). La puntuación en aplicaciones CAD fue la más alta hasta
la fecha posiblemente al tratarse de alumnos en fase final de su formación como
arquitectos.
Tabla 28 Resultados del curso Layar en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
TICS (layar)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
286
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers and search
engines]
[multimedia Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso se obtuvieron
igualmente valores similares que en el resto de cursos en relación al material,
representatividad y número de ejercicios. Siendo esta mayor que 3,50 puntos sobre 5 en
todos los casos. El software utilizado para el desarrollo del ejercicio recibió, sin embargo,
la pero calificación de los cuatro experimentos, probablemente por la imprecisión en el
registro basado esta vez en GPS. La pregunta sobre el grado de satisfacción del curso en
relación al propósito para el que fue diseñado (como herramienta de presentación de
propuestas “in situ”) resultó puntuada con 4 puntos. De nuevo, la pregunta menor
valorada fue la que se refería a la posibilidad de aprender dichos contenidos de forma
autónoma, con valores similares al resto de cursos.
Tabla 29 Resultados del curso Layar en relación a los contenidos docentes y material del curso
TICS (layar)
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[Global opinion]
[I have been able to solve the
exercises presented.]
[The number of exercises given are
sufficient for hours of proposed
work.]
[Could you have learned this content
independently?]
[The course satisfies the purpose for
which it was designed. (spatial and
graphical skills improvement)]
[The software used is appropriate for
workshop objectives.]
[The exercises have been
representative]
[material has a good and careful
presentation]
[The theoretical contents have been
given clear and representative]
0,00
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
287
Y en relación a la tecnología de RA y el software utilizado, el 100% del alumnado encontró
útil en el campo de la arquitectura y la construcción, a pesar de no tener conocimientos
previos sobre las aplicaciones utilizadas.
Tabla 30 Resultados obtenidos en el curso Layar en relación a la tecnología y el software utilizado
TICS (layar)
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
final assessment
`[models incorporating shadows from
the real environment is important to…
[AR could be useful on building and
architectural areas?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a engineer?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a student?]
[software used will be useful in your
immediate future as a engineer ?]
[software used will be useful in your
immediate future as a student ?]
[Was it hard to understand how the
program works?]
[Prior knowledge of the use of AR on
moviles devices
[Prior knowledge of the use of
modeling software?.]
0,00
[Do you think that using objects as
ocluders help integrate the model in…
0,50
La valoración global del curso fue de 4,27 puntos sobre 5. La puntuación más alta de los
cuatro cursos realizados.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
288
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
6.3.7
CONCLUSIONES PRELIMINARES
En relación a la generación de contenidos en plataformas existentes cabe comentar que
uno de los problemas de la consulta, difusión y explotación de los contenidos a través de
los sistemas y navegadores de RA, es la falta de estándares y especificaciones únicas. Cada
una de estas plataformas emplea ssus
us formatos específicos para la publicación de los
contenidos georeferenciados. Este hecho conlleva ventajas e inconvenientes.
Por un lado el desarrollador debe estudiar y adaptarse a las particularidades de la
codificación de la información para cada una de estas plataformas. Lo cual supone un
esfuerzo adicional a la hora de realizar este tipo de experiencias. Concretamente Layar
especifica los parámetros enviados en las peticiones de información por sus clientes, así
como el formato de la respuesta a ser devuelto por el servicio. Entre los parámetros a
tener en cuenta se encuentran la latitud y longitud del usuario, el identificador del mismo,
y el radio empleado.
Este hecho, sin embargo, garantiza que cualquier servicio web adaptado, será capaz de
dar respuesta al formato especificado pudiendo darse de alta en su plataforma, y
personalizando en alto grado sus contenidos y su propia capa o canal de información.
En relación al ejercicio realizado, cabe comentar que el registro GPS, si bien resultó
altamente impreciso, fue suficiente para el propósito previsto que era la visualización, a
cierta distancia (en entornos abiertos), de los modelos 3D. La tecnología resultó ser útil en
este tipo de ejercicios, donde la escala urbana minimiza el problema de la escala local de
trabajo (distancia cámara-marcador). El registro mediante GPS, anula además, la
dependencia de la visualización de un determinado marcador y el hecho de que el entorno
físico se veía alterado por las marcas (que necesitarían un tamaño considerable para
poder ser reconocidas a una cierta distancia).
Los resultados obtenidos del curso realizado, en relación a la usabilidad, fueron en línea
del resto de cursos anteriores. En un análisis de correlación entre la opinión global del
curso y el resto de variables, se obtiene una alta correlación con: la idoneidad del curso
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
289
propuesto y la calidad de la presentación. (0,81, y 0,79 respectivamente).De manera que
son estas variables determinantes para el éxito de la experiencia docente. No estando tan
correlacionado con el hecho de haber sido capaz de resolver los ejercicios de forma
autónoma ni con el número de ejercicios planteados.
planteados.(0,35
(0,35 y 0,24 respectivamente). El
hecho de haber sido capaz de realizar el ejercicio en su totalidad mostró una cierta
correlación (0,64). La mayor correlación (0,92), sin embargo, se encontró con el hecho de
que el ejercicio hubiera sido representativo.
representativo. A diferencia de cursos anteriores, el uso del
software apropiado no obtuvo una alta correlación. Como se ha comentado, la puntuación
del software fue la más baja de las obtenidas hasta la fecha, posiblemente por el sistema
de registro utilizado.
Las variables relacionadas con el conocimiento previo de la tecnología y del uso de
distintos software y sistemas operativos no se corre
correlacionaron
lacionaron significativamente con la
opinión global del curso. Finalmente, el hecho de que el estudiante encontrara útil la
tecnología en su futuro como estudiante y como arquitecto también se correlacionó
significativamente con su valoración sobre el curso
curso realizado (correlaciones cercanas a
0,75 en ambos casos.)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
290
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7
CAPITULO VII. EVALUACIÓN DE LA TECNOLOGIA A TRAVES DE UNA
APLICACIÓN DE REALIDAD AUMENTADA PROPIA
7.1
7.1.1
DESARROLLO DE UNA APLICACIÓN DE REALIDAD AUMENTADA ORIENTADA A
ENTORNOS EDUCATIVOS.
INTRODUCCIÓN
A la vista de los resultados obtenidos, y en el seno de esta tesis, se presenta a
continuación el desarrollo de una aplicación de RA, especialmente desarrollada para su
uso en entornos docentes. Esta aplicación, que se ha denominado provisionalmente “U-
AR”, se basa en el reconocimiento óptico de imágenes del entorno real, que actuaran de
marcadores. Una vez asociada la información virtual (modelos 3D, en nuestro caso) a cada
marcador, la aplicación permite su visualización, escalado, y posicionamiento de manera
interactiva y en tiempo real.
Entre sus ventajas, que la diferencian del resto de aplicaciones comerciales, está el hecho
de que un solo marcador contiene diversos modelos, lo cual resulta ideal en nuestro
campo de estudio, al facilitar la comparación
comparación de distintos modelos, opciones, o
propuestas, sin necesidad de variar la imagen de referencia. Además permite el
posicionamiento de cada objeto en relación al marcador de manera independiente, factor
esencial para minimizar el problema de la distancia objeto-marcador, que tantos
problemas de estabilidad en la escena originó en estudios previos, y que debido sigue
siendo una de las principales debilidades de este sistema de reconocimiento,
especialmente en dispositivos móviles. Así, el usuario puede estar cerca de un marcador,
que resultará fácilmente reconocible, y una vez superpuesto el modelo en 3D, éste puede
moverse hasta la posición deseada, manteniendo siempre la relación de tamaño y
perspectiva respecto al marcador (que siempre ha de estar visible).
En apartados sucesivos se explica el desarrollo de esta aplicación, formatos, software, y
entornos de desarrollo utilizados. En último término se explica la evaluación de la
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
291
aplicación realizada mediante un caso de estudio práctico por alumnos de la ETSAB, donde
se demuestra la utilidad de dicha aplicación.
7.1.2
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL DESARROLLO DE LA APLICACIÓN
El desarrollo de una aplicación especifica de RA que permita la gestión y visualización de
contenidos virtuales mediante reconocimiento ópt
óptico,
ico, y en dispositivos móviles, es un
proyecto de investigación educativa que surge del Grupo de Interés por la Logística y
Docencia en la Arquitectura, GILDA, colectivo interuniversitario centrado en el ámbito
arquitectónico, adscrito al Proyecto RIMA, Recerca i Innovació en les Metodologies de
l’Aprenentatge, del ICE, Instituto de Ciencias de la Educación de la Universitat Politècnica
de Catalunya (UPC), especializado en el ámbito de la enseñanza de las disciplinas
tecnológicas. Dentro del mismo participa el autor de la presente tesis doctoral, junto a
otros autores, docentes de Comunicación Visual, de Representación ArquitectónicaExpresión Gráfica (EGAI/II), y conjuntamente con profesores de la asignatura de
Herramientas Informáticas de la facultad de Ar
Arquitectura
quitectura de la Universidad Ramon LLull,
(URL) expertos en usabilidad y en investigación educativa.
Se pretende responder con él a la necesidad creciente de incorporar nuevas tecnologías,
alternativas a las tradicionales, en los procesos de aprendizaje. Nuevas herramientas, en
definitiva, que permitan la mejora en la adquisición de competencias por parte del
estudiante, y que repercutirá, como se verá, en una mejora de su rendimiento académico.
De acuerdo con Portalés Ricart (2008, p231) Se pueden crear aplicaciones de RA en las
que los participantes puedan de manera activa construir sus propios conocimientos,
probando ideas y conceptos basados en experiencias y conocimientos personales
preexistentes, a la vez que involucrando a los usuarios en el diseño y construcción de
artefactos. El constructivismo se adopta como base para el desarrollo de entornos
altamente interactivos y participativos, donde el usuario es capaz de modificar, construir,
probar ideas, e involucrarse activamente en la resolución de un problema (Roussou,
2004).
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
292
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.3
MODELOS CONSULTADOS PARA EL DESARROLLO
Uno de los primeros proyectos consultados en esta línea es CONNECT (S. Sotiriou et al.
2006) que propone un enfoque pedagógico y tecnológico mas allá de los límites del aula,
involucrando a estudiantes y profesores, y que pretende crear una red de museos, centros
científicos y escuelas de toda Europa, para desarrollar, aplicar y evaluar programas de
aprendizaje basados en el aprendizaje “in situ” a través de entornos educativos siempre
disponibles desarrollados con tecnología emergente. Sin embargo el la experiencia se
realiza mediante HMD, y gran parte del proyecto se basa en la evaluación de la
portabilidad del sistema tal y como puede verse en (Arvanitis et al. 2007)
Fig. 123 Ejemplo de visualización mediante RA de contenidos multimedia realizado por alumnos en el
proyecto CONNECT. En (S. Sotiriou et al. 2006)
Otro proyecto similar es ARISE ((Augmented
Augmented Reality in School Enviroments) que pretende
crear una plataforma de RA en entornos educativos, mostrando contenido audiovisual y
multimedia de acuerdo con las necesidades especificas de expertos en educación. (Bogen
et al. 2006). Dicho proyecto plantea objetivos específicos que se han tomado como
referencia para los ejercicios propuestos como son:
•
Adaptar plataformas y aplicaciones existentes de RA a las necesidades específicas
de Entornos educativos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
293
•
Desarrollar escenarios que promuevan el trabajo en equipo entre los estudiantes
en una clase y entre clases en los diferentes países.
•
Desarrollar herramientas para facilitar la implantación y el uso de la tecnología de
RA por parte de los profesores y los estudiantes.
•
Demostrar los efectos pedagógicos del uso de la tecnología (en la motivación de
los alumnos, y sobre la calidad de la transferencia del conocimiento).
Otro ejemplo puede verse en (C.-M. Chen & Tsai 2012). Donde se propone un sistema de
instrucciones para bibliotecas (ARLIS, Augmented Reality Library instructions system ) que
ha de facilitar la consulta, instrucciones y manejo de los recursos que estos entornos
ofrecen de manera más efectiva. Sus re
resultados
sultados experimentales demuestran que el
rendimiento de aprendizaje de los alumnos ha mejorado de manera significativa mediante
el uso de este sistema.
Fig. 124 Imagen mostrando la ubicación de un determinado contenido en el modelo
modelo virtual de la biblioteca.
En C.-M. Chen & Y.-N. Tsai (2012)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
294
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
En (El Sayed et al. 2011) Se puede seguir el desarrollo y evaluación de una aplicación de
RA (ARSC, Augmented Reality Student Card
Card)) como una aplicación educativa de bajo coste
que utiliza marcadores y que permite la representación de una lección en 3D, ayudando al
estudiante a visualizar distintos objetos, interactuar y tratar la información relevante de
manera alternativa a los procesos tradicionales, a la vez que para el autor, esta tecnología
supone una reducción de los costes educativos.
Fig. 125 Distintas imágenes del sistema ARSC en entornos educativos. En El Sayed et al. (2011)
Más recientemente podemos encontrar modelos de implementación de esta tecnología
en diversos estudios mediante dispositivos móviles. En McNamara (2011) se describe un
nuevo proyecto utilizando reconocimiento óptico de imágenes mediante estos
dispositivos, que será implementado en el Museo de Bellas Artes de Houston, con el
objeto de mejorar la experiencia de los visitantes.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
295
Fig. 126 Ejemplo de Imagen superpuesta en un ipad, donde se destaca la información relevante de la escena,
mientras distorsiona los elementos secundarios. En McNamara (2011)
Otro ejemplo en el campo educativo es el llevado a cabo por (Roberto et al. 2011),
utilizando marcadores planos y RA espacial,
espacial, para conseguir proyectar información virtual
en los marcadores utilizando una técnica de calibración del proyector. El trabajo enfocado
a estudiantes pretende crear un juego de bloques interactivo facilitando el aprendizaje.
Fig. 127 Ilustración conceptual de la plataforma de ARblock. En Roberto et al. (2011)
En relación a la evaluación de la usabilidad del sistema se han consultado otros trabajos
similares basados en la norma ISO9241 tal y como se ha detallado anteriormente.
(Sumadio & Rambli 2010; Martín Dorta 2011; Martin Gutierrez 2010)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
296
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.4
7.1.4.1
ANALISIS DE REQUERIMIENTOS
INTRODUCCIÓN
La primera etapa en el desarrollo de la aplicación fue la extracción de los requisitos y
requerimientos que el sistema debía cumplir. En esta fase se identificaron los actores que
debían interaccionar con el sistema, se define el objetivo y finalmente se deciden las
funcionalidades que ofrecerá el producto. Uno de los resultados de este proceso,
mostrado más adelante, consiste en el Diagrama Entidad-Relación (DER). Este modelo es
una herramienta que permite expresar visualmente y de una forma comprensible las
entidades relevantes en el sistema, así como las relaciones entre ellas y sus propiedades.
7.1.4.2
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Y REQUISITOS DEL SISTEMA
El principal objetivo del proyecto de desarrollo de la aplicación es básicamente didáctico y
experimental. Se pretende familiarizar a los estudiantes con el uso de esta tecnología,
que sean conocedores de su potencial, que entiendan como herramienta en su futuro
como profesionales, y al mismo tiempo ha de servir de estrategia de evaluación de en la
mejora de su rendimiento académico.
La aplicación en cierto modo sustituirá a la representación
representación clásica de una propuesta
arquitectónica plasmada en una imagen y/o visualizada en una pantalla, maqueta, o
papel, por la visualización de contenido virtual generado por el estudiante (en nuestro
caso su propuesta arquitectónica) superpuesto en el entorno
entorno real para la cual se ha
diseñado. De manera que el estudiante podrá interactuar con el modelo, verificar sus
hipótesis, comparar respecto a otras propuestas alternativas, y finalmente transmitir al
resto de compañeros un mayor conocimiento de su propue
propuesta.
sta. La opción más utilizada a
día de hoy en las aulas es la realización de fotomontajes arquitectónicos. Donde el
estudiante modela un elemento arquitectónico y este es superpuesto al lugar mediante
un programa de retoque fotográfico. Otra opción utilizada es el modelado virtual de
objetos donde el contacto con la realidad desaparece
desaparece,, y la interacción es mínima.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
297
La aplicación superpondrá información virtual en un entorno real de acuerdo a una escala
y posición determinadas. Esta información podrá ser modificada
modificada dinámicamente a través
de la pantalla táctil del dispositivo. El proceso de visualización será instantáneo, una vez el
usuario haya cargado sus contenidos en la aplicación, y el dispositivo detecte la imagen
que actuará como marcador. El hecho de superponer esta información virtual y
visualizarla mediante el dispositivo móvil permitirá generar cualquier tipo de contenido en
muy diversos campos de la arquitectura y las ingenierías. Visualizar procesos
constructivos, o distintas capas de información, as
asíí como distintas propuestas
arquitectónicas o verificar distintas hipótesis para un mismo lugar. Idealmente, los
alumnos deberán diseñar los modelos de los objetos con un programa especializado
(sketchup, 3dsMax…), y nuestra aplicación deberá cargar y visu
visualizar
alizar esos modelos.
En segundo lugar, se requiere tener la opción de crear capas de objetos para representar
distintos niveles de información. En el caso que nos ocupa, y mediante el cual se evalúa la
aplicación, como se verá, cada capa es un modelo 3D distinto. En el primer caso de estudio
distintas esculturas que el usuario puede escalar, mover y visualizar en un espacio
exterior. En el segundo caso de estudio, en el campo de la rehabilitación y el
mantenimiento cada modelo es una capa con los distintos componentes de un elemento
constructivo, permitiendo mostrar las distintas fases de construcción de un determinado
elemento. La incorporación de occluders, como elementos invisibles que simulan objetos
del entorno real (por ejemplo una pared en la cual es objeto esta insertado), junto a la
técnica de inmersión lumínica ensayada en capítulos anteriores, y que incorporan las
condiciones de iluminación y sombras en el entorno, permiten que el modelo se integre
perfectamente en la escena, solventando una de la
lass mayores limitaciones de esta
tecnología, y es que la escena ha de parecer creíble. Dado que la aplicación se basa en el
reconocimiento óptico para la superposición de la información virtual, la aplicación tendrá
pre-fijados una serie de imágenes a los que se asociarán las distintas capas (o modelos) de
un elemento.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
298
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Los usuarios de nuestro sistema son los alumnos. Estos van a tener que crear los
contenidos por su cuenta para luego usarlos con nuestra aplicación. Por ello es
imprescindible una funcionalidad que permita a los estudiantes gestionar sus propios
canales de contenido: agrupar modelos que constituyan una mismo elemento
arquitectónico, añadir información asociada a uno o varios marcadores, etc. Esta
funcionalidad se consigue a través de un aplicativo
aplicativo que se instala en el ordenador que
denominaremos gestor de contenidos. Que se encargará de asociar cada imagen
predeterminada a uno o varios modelos. En futuras versiones este gestor ha de permitir
el cambio de marcadores dinámicamente.
El segundo grupo de usuarios son los profesores. Éstos deberán poder evaluar a los
alumnos por su trabajo. Por lo tanto, es necesario que el sistema sea suficientemente
genérico para potenciar la creatividad de los alumnos y ha de permitir la captura de
imágenes de las escenas generadas para su evaluación.
Fig. 128 Diagrama Entidad-Relación de la aplicación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
299
7.1.5
ESPECIFICACIÓN
En este apartado se describe de forma precisa el problema. Así pues, recoge el resultado
más informal o poco preciso de la fase anterior para describirlo con un lenguaje lógico y
riguroso. El resultado de esta fase consiste, en primer lugar, en la definición de los
llamados casos de uso, y en segundo lugar en la concreción de un diagrama de clases de
especificación. Un caso de uso es un diagrama que describe una secuencia de pasos para
definir una interacción entre un “actor” y el sistema. Un diagrama de clases es otro tipo de
diagrama que describe la estructura de un sistema mostrando sus clases, atributos y las
relaciones entre ellos. El diagrama de clases de la fase de especificación es una versión
preliminar del que tendremos en la fase de diseño, y solo contiene las clases que definen
el modelo conceptual de la información que tiene alguna relación con el sistema, sin tener
en cuenta el funcionamiento de éste o la interacción con los actores. Los diagramas de
Clases por definición son estáticos, esto es, representan que partes interactúan entre sí,
no lo que ocurre cuando un usuario interacciona.
7.1.5.1
CASOS DE USO
7.1.5.1.1
CREAR CANAL
Actores: Usuario
Descripción: Generación de un canal con los modelos elegidos por el usuario.
Tabla 31 Curso típico de eventos de creación de un canal:
Usuario
Sistema
1 – El caso de uso empieza cuando el usuario
decide crear un canal nuevo
2 – El Sistema muestra una lista de los
marcadores disponibles
3 – El usuario selecciona los marcadores que
desea utilizar
4 – El usuario indica los modelos que desea
utilizar para cada marcador, así como la
información asociada.
5 – El Sistema
stema genera una carpeta con los
modelos e información asociada.
6 – El usuario copia el canal generado en la
memoria del dispositivo móvil.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
300
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.5.1.2
LISTAR CANALES
Actores: Usuario
Resumen: Muestra de una lista con los canales ubicados en la memoria del dispositivo móvil.
Tabla 32 Curso típico de eventos para listar un canal
Usuario
1 – El caso de uso empieza cuando el usuario
arranca la aplicación móvil.
Sistema
2 – El sistema muestra una lista con los
nombres de los canales detectados en el
directorio de la aplicación.
3 – El usuario selecciona el canal que quiere
cargar.
7.1.5.1.3
CARGAR CANAL
Actores: Usuario
Resumen: Visualización del canal elegido por el usuario
Tabla 33 Curso típico de eventos para la carga de un canal
Usuario
Sistema
1 – El caso de uso empieza cuando el usuario
selecciona un canal en la aplicación móvil.
2 – El sistema muestra las imágenes que
recibe la cámara
3 – En caso que se detecte un marcador de
los presentes en el canal actual, se visualiza
uno de los modelos superpuesto a la imagen
de la cámara.
4 – El usuario puede cambiar los modelos que
se visualizan pulsando los botones
“siguiente” y “anterior”.
7.1.5.2
DIAGRAMAS DE CLASES DE LA APLICACIÓN (FASE ESPECIFICACIÓN)
El siguiente diagrama representa las clases que serán utilizadas dentro del sistema y las
relaciones que existen entre ellas. Cada clase describe un conjunto de objetos con
propiedades y comportamientos comunes. Dentro de su estructura definimos: Atributos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
301
(Datos asociados a los elementos y que toman valor al instanciar objetos de una clase.); y
métodos. (Funciones o procesos propios de los objetos de una clase)
Notación:
Fig. 129 Diagrama de clases de la aplicación U_AR. (fase de especificación)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
302
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.6
DISEÑO
Esta fase (también conocida con el nombre de Arquitectura) parte del resultado de la fase
de Especificación, para transformar la descripción conceptual del problema a la
descripción de la solución.
Para ello, se definieron las diferentes opcio
opciones
nes tecnológicas concretas que serian
utilizadas, según los requerimientos del sistema definidos en fases anteriores. Esto incluye
la definición de en qué plataformas se va a instalar el sistema, en nuestro caso sobre
dispositivos Android, los lenguajes de programación que se van a usar, Java y C++., o las
herramientas externas que se necesitarán o algoritmos concretos que se deberán
implementar, entre muchos otros factores.
El principal resultado de esta etapa consistió en la definición del diagrama de clases de la
fase de diseño. Éste parte del anterior diagrama de clases, para añadir la información
relacionada con la interacción con los actores (por ejemplo, la interfaz gráfica), así como
detalles concretos de la implementación o las herramientas tecnológicas
tecnológicas que se van a usar
en la posterior fase de implementación.
7.1.6.1
DIAGRAMA DE CLASES (FASE DISEÑO)
Para diseñar el diagrama de clases, se ha utilizado el Modelo Vista Controlador. Este
patrón de arquitectura del software separa un sistema en tres componentes: la interfaz de
usuario, la lógica del sistema, y los datos de la aplicación. Los tres componentes son
independientes entre ellos aunque se relacionan mediante un controlador. Este
controlador permite, por ejemplo, responder a eventos en la interfaz de usuario (por
ejemplo pulsar un botón) y generar una respuesta (por ejemplo realizar un cálculo y
guardar el resultado en un fichero). Se muestran a continuación los diagramas de clases
utilizados para el desarrollo de la aplicación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
303
Fig. 130 Diagrama de clases. Capa de Presentación
Fig. 131 Diagrama de clases. Capa de Dominio
Fig. 132 Diagrama de la Capa de Datos de la aplicación
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
304
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.7
IMPLEMENTACIÓN
Para la implementación de la aplicación se utilizó la librería de Realidad Aumentada
llamada QCAR. Esta librería consiste en un kit de desarrollo de software (Software
Development KIT, SDK) con licencia propietaria desarrollado por Qualcomm Austria
Research Center para dispositivos Android e iOS.
iOS. Las aplicaciones construidas con estas
bibliotecas dibujan capturas del mundo real obtenidas de la cámara sobre las que
superponen objetos virtuales tridimensionales. En definitiva se encarga de realizar el
tracking de nuestros propios marcadores usando la cámara de nuestro dispositivo
Android, y nos proporciona las matrices de posicionamiento para poder situar nuestros
modelos en la escena.
Las aplicaciones basadas en QCAR se componen de los siguientes elementos (véase la
figura 8):
•
Cámara. Se encarga d
dee asegurar que cada fotograma es capturado y enviado al
rastreador.
•
Conversor de imagen. Se encarga de transformar el formato de la cámara (por
ejemplo YUV12) a un formato válido para ser dibujado por OpenGL ES (por
ejemplo RGB565) y para el procesado (po
(porr ejemplo ajusta la luminancia).
•
Rastreador. Se encarga de aplicar algoritmos de visión por ordenador y añadir
pistas de objetos del mundo real a tramas de vídeo. Se ocupa de tareas como la
detección de marcadores o la evaluación de botones virtuales. Envía el resultado al
procesador de vídeo en segundo plano.
•
Procesador de vídeo en segundo plano. Dibuja la imagen procesada.
•
Código de aplicación. El código que debe escribir el desarrollador inicializando el
resto de componentes.
•
Recursos. Deben ser crea
creados
dos utilizando una herramienta en línea llamada Target
Management System que genera un formato específico para QCAR.
Todo ello de acuerdo con el siguiente esquema:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
305
Fig. 133 Diagrama de módulos de QUALCOMM Augmented Reality SDK. Disponible en:
http://www.treearrow.com/adblog/2011/10/26/qualcomm-augmented-reality-sdk/
QCAR permite usar varios marcadores simultáneamente, así como usar imágenes como
marcador. Otras posibilidades menos importantes en nuestro caso, pero que vale la pena
mencionar serían la posibilidad de utilizar hasta más de 200 marcadores de RA (es decir
tipo ARToolKit, en lugar de una imagen real), añadir botones virtuales que podemos pulsar
con los dedos, o utilizar marcadores cúbicos (como una caja de cereales). Otra ventaja
muy importante que nos ofrece QCAR es que la detección del marcador (tracking) se
realice de forma rápida y eficiente, de manera que nos sobre capacidad de procesamiento
para el renderizado de los modelos, teniendo en cuenta la limitada capacidad de cálculo
de los dispositivos móviles. Todas estas características son las que nos han hecho
decidirnos por este framework de RA en concreto.
Para descargar el SDK y conocer más detalles se puede consultar la siguiente dirección:
https://ar.qualcomm.at/qdevnet/sdk
7.1.7.1
ARQUITECTURA DEL SDK
Una aplicación de RA con QCAR está separada en dos grandes bloques. Por un lado
tenemos el código propio del SDK, que se encarga de capturar cada una de las imágenes
(frames) mediante la cámara, realizar el tracking, etc. Por otro lado está el código de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
306
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
nuestra aplicación, donde se utiliza el resultado del SDK para renderizar los modelos 3D e
implementar la lógica de nuestra aplicación.
Entrando en detalle, el bloque del SDK está formado a su vez por varias sub-funciones. En
primer lugar se capturan consecutivamente cada imagen de la cámara para enviarlos al
tracker y para que sean renderizados
renderizados como imágenes de fondo en la aplicación. A
continuación se hace una conversión en el formato de la imagen para el render y para el
tracking. Con las imágenes resultantes se aplican diferentes algoritmos para detectar el
marcador y generar las matrices d
dee posicionamiento. La personalización de los
marcadores se realiza mediante Target Resources (ver siguiente punto). Este nos permite
añadir al proyecto las imágenes que queremos que sean usadas como marcador y que el
SDK conozca los marcadores que tiene que
que localizar durante la fase de tracking.
La siguiente imagen muestra un esquema general de la arquitectura de QCAR:
Fig. 134 Esquema general de la arquitectura de QCAR.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
307
7.1.7.2
TARGET RESOURCES
Los Target Resources es el sistema que tiene QCAR para añadir marcadores propios a
nuestra aplicación de RA. El funcionamiento consiste básicamente en subir una o varias
imágenes a una página determinada de Qualcomm para generar unos archivos que se
tienen que añadir al proyecto en Eclipse.
La página para generar los recursos para los marcadores es la siguiente:
https://ar.qualcomm.at/qdevnet/projects .
Podemos crear un nuevo proyecto y añadir varios marcadores a este. Por cada imagen
que se suba al servidor, ésta será puntuada del 1 al 5 por su calidad como marcador. Las
imágenes con una puntuación alta serán detectadas mucho más fácilmente por el tracker.
Las mejores imágenes son aquellas con muchas características, con aristas marcadas y un
alto contraste local. Para más información sobre los algoritmos de tracking, ver la sección
de Algoritmos.
Una vez elegidas las imágenes, podemos escoger la opción “Download
“Download selected
trackables”. Esto genera dos archivos que tenemos que añadir al proyecto. Uno de ellos es
un archivo .xml que contiene la información sobre cada marcador: su nombre para
identificarlo, su tamaño real para escalar los modelos superpuestos, etc. El otro archivo es
un .dat y contiene las imágenes procesadas para ser detectadas más fácilmente por el
tracker.
Una vez tenemos los dos archivos, tenemos que copiarlos en el directorio /assets del
proyecto Eclipse (reemplazando a los anteriores si es necesario). Al arrancar la aplicación,
se van a leer los dos archivos para inicializar el tracker.
7.1.7.3
JNI y NDK
Es importante explicar, aunque sea brevemente, uno de los puntos que hacen que QCAR
para Android sea más eficiente, y a su vez, más complicado. Y esto es el uso de dos
lenguajes de programación para realizar aplicaciones de RA: Java y C
C++.
++.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
308
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.7.3.1
JAVA Y C++: VENTAJAS E INCONVENIENTES
A pesar de ser dos de los lenguajes de programación más populares, cada uno de ellos
tiene unas ciertas características que tenemos que considerar en un proyecto para elegir
uno u otro.
El punto fuerte y débil a la vez de Java es que el código se ejecuta en una máquina virtual
(JVM o Java Virtual Machine). Esto significa que el código se compila a un código
intermedio en lugar de ser transformado a código máquina. Este código intermedio es
luego ejecutado en dicha máquina virtual, de manera que es independiente de la
plataforma en dónde se ejecuta (es decir, no depende del procesador, sistema operativo,
etc.). Lo que cambia dependiendo de la plataforma, es la versión de la máquina virtual que
ejecuta este código intermedio, y que tendrá que transformar este código intermedio en
código maquina según el caso. Así pues, vemos que la mayor ventaja de Java es que
cualquier código que implementemos podrá ser ejecutado en cualquier plataforma con la
correspondiente máquina virtual instalada. Esto hace de Java un lenguaje con una gran
portabilidad. Por otro lado, el hecho de no ejecutar el código directamente sobre el
procesador tiene como consecuencia que la ejecución va a ser menos eficiente. Esto
puede ser crítico en algunas
algunas aplicaciones donde la velocidad de ejecución es muy
importante para la aplicación. El lenguaje de programación utilizado para el desarrollo del
getor de contenidos es Java. Por ser ejecutable sobre una máquina virtual, en cualquier
sistema operativo.
En segundo lugar, tenemos a C++, cuya ventaja principal es su gran eficiencia. El código
C++, a diferencia de Java e igual que la mayoría de lenguajes de programación, es
compilado a código máquina y ejecutado directamente sobre el procesador. El compilador
se encarga de hacer la transformación dependiendo de la plataforma en la que se compila.
En todo caso, una aplicación bajo el sistema operativo Android, se ejecuta sobre una JVM
y por lo tanto, debería ser implementada con Java. Aunque, como veremos a continuación
existe la posibilidad de usar también código nativo en C++.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
309
7.1.7.3.2
JNI
Java Native Interface (JNI) es un framework de Java que permite que un programa escrito
en Java ejecutado en la máquina virtual Java (JVM) pueda interactuar con programas
escritos en otros lenguajes como C o C++, entre otros.
En general se recomienda no usar JNI si no es estrictamente necesario, debido a su
elevada complejidad: pueden aparecer errores muy complicados de encontrar, no hay
garbage collector en el lado nativo, etc. En todo caso, es útil en casos donde se quiere
aprovechar un código ya escrito en otro lenguaje y se debe integrar con otro proyecto en
Java, o como es nuestro caso, cuando se requiere realizar cálculos de alta complejidad
temporal.
7.1.7.3.3
NDK
El NDK (Native Development Kit)
Kit) es una herramienta que permite usar componentes que
hacen uso de código nativo en aplicaciones para Android. Éstas se ejecutan en la máquina
virtual de Java llamada Dalvik. El NDK utiliza el framework JNI de Java para permitir la
implementación de algunas partes de la aplicación en C o C++.
Como ya se ha comentado, esto ofrece algunas ventajas como por ejemplo la posibilidad
de reutilizar código, o mejorar la velocidad de la aplicación en algunos casos
determinados.
Por otro lado, la consecuencia
consecuencia más importante de utilizar código nativo es que se pierde la
ventaja fundamental de desarrollar aplicaciones en Java: la portabilidad. El código nativo
deberá ser compilado para cada plataforma donde se quiera ejecutar. El NDK ofrece la
posibilidad de traducir el código nativo a diferentes conjuntos de instrucciones para
distintos tipos de procesadores (ARM5, ARM7, x86…).
Es por esto que sólo se debe usar código nativo en aplicaciones donde sea realmente
imprescindible. QCAR hace uso de esta posibilidad por
por razones de eficiencia. Los
dispositivos móviles disponen de una capacidad de cálculo limitada, y las aplicaciones de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
310
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
RA tienen asociado un alto coste temporal, debido especialmente a la fase de tracking.
Hay que tener en cuenta que después de la detecci
detección
ón del marcador, todavía se requiere
capacidad de cálculo para gestionar la lógica de la aplicación y especialmente realizar el
renderizado de la escena virtual. Es por eso que QCAR realiza todas las tareas que
suponen un punto crítico de eficiencia en cód
código
igo nativo (obtención de frames de la
cámara, tracking, etc. Ver apartado ‘Arquitectura de QCAR’), y permite al programador
elegir el lenguaje para desarrollar su aplicación (Java, C o C++).
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311
7.1.8
CARGADOR DE MODELOS 3D
El formato elegido para usar modelos 3D en la aplicación es OBJ. Se ha decidido usar este
formato por ser uno de los más sencillos de exportar u manipular, en comparación con
otros formatos como 3ds o Collada (DAE). A pesar de todo, a menudo aparecen problemas
con la importación y exportación de modelos en este formato debido las características y
definición de su estructura (diferencias entre distintos programas de modelado 3D en la
exportación, y restricciones en los tamaños de los modelos y texturas debido a la limitada
memoria de los dispositivos móviles). Estos problemas se han ido solucionando a medida
que se ha experimentado con los distintos programas de modelado, básicamente
reduciendo el modelo a mallas, mapeando todas sus caras y asignando una sola textura
para toda la malla adaptada a cada cara. Esta técnica garantiza que el modelo será
exportado por los programas de modelado de manera óptima.
A continuación se hace una breve descripción del formato obj y se explican ciertas
consideraciones a tener en cuenta al exportar modelos para usarlos
usarlos en la aplicación
desarrollada.
7.1.8.1
EL FORMATO OBJ
Un modelo 3D en formato *.obj está formado por lo menos por un fichero con extensión
.obj i opcionalmente por uno o más ficheros con extensión *.mtl. El primero contiene la
información geométrica del modelo básicamente coordenadas de sus vértices, las caras
asociadas a estos y las normales. El fichero mtl por su parte, describe los materiales
asociados a ciertas partes del modelo, que definen el color considerando factores como
por ejemplo la presencia de luces en la escena o el uso de texturas. Ambos tipos de
ficheros tienen formato de texto y pueden visualizarse mediante un editor de texto.
A continuación se muestra un extracto de un fichero .obj que representa un modelo
sencillo donde se ilustra su estructura básica y una serie de elementos que definen la
geometría del modelo. Cada línea define una propiedad diferente, la cual es determinada
por la primera palabra. El significado y la función de cada fila se definen seguidamente.
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312
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Tabla 34 Ejemplo de estructura de un fichero en formato *.obj
mtllib armadura.mtl
vt 0.000000 0.000000 0.000000
vt 1.000000 0.000000 0.000000
vt 1.000000 1.000000 0.000000
#
vt 0.000000 1.000000 0.000000
# object Box02
vt 0.257238 0.324245 0.000000
#
vt 0.257238 0.644539 0.000000
v -0.074999 -0.124674 0.020931
vt 0.733002 0.324245 0.000000
v 0.093151 -0.124674 0.020931
vt 0.733002 0.644539 0.000000
v 0.093151 -0.124674 0.020941
# 8 texture coords
v -0.074999 -0.124674 0.020941
v 0.093151 0.125097 0.020931
g Box02
v 0.093151 0.125097 0.020941
usemtl occluder
v -0.074999 0.125097 0.020931
f 9/5/6 10/6/6 11/7/6
v -0.074999 0.125097 0.020941
f 11/7/6 12/8/6 9/5/6
v -0.048510 -0.054236 0.020941
f 10/5/7 13/6/7 14/7/7
v -0.049911 0.064427 0.020941
f 14/7/7 11/8/7 10/5/7
v 0.069118 -0.054555 0.020941
f 13/5/8 15/6/8 16/7/8
v 0.070167 0.064939 0.020941
f 16/7/8 14/8/8 13/5/8
# 12 vertices
f 15/5/9 9/6/9 12/7/9
f 12/7/9 16/8/9 15/5/9
vn 0.000000 -1.000000 0.000000
f 17/9/10 18/10/10 16/8/10
vn 1.000000 0.000000 0.000000
f 17/9/10 16/8/10 12/5/10
vn 0.000000 1.000000 0.000000
f 19/11/10 17/9/10 12/5/10
vn -1.000000 0.000000 0.000000
f 19/11/10 12/5/10 11/6/10
vn 0.000000 0.000000 1.000000
f 19/11/10 11/6/10 14/7/10
# 5 vertex normals
f 20/12/10 19/11/10 14/7/10
f 20/12/10 14/7/10 16/8/10
f 20/12/10 16/8/10 18/10/10
# 16 faces
# - Este símbolo representa un comentario. Todo el texto que aparezca detrás de él será
ignorado por el cargador de modelos. La utilidad que tiene es informar a la persona que
quiera examinar el contenido del fichero.
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313
v - Representa la información asociada a un vértice. Viene seguido por dos o tres valores
decimales que representan las coordenadas x, y, z del vértice. El orden en el que se
declaran los vértices es importante, pues como veremos en los siguientes puntos, las caras
del modelo se definen indicando los índices de sus vértices.
vn – Representa la información asociada a una normal. Una normal define la dirección
hacia la que apunta una cara, y nos permite por
por ejemplo calcular el color de esa cara en
función de las luces que existan en la escena. En el formato obj, este elemento viene
seguido por tres valores decimales que representan los compontes del vector asociado a
la normal. El orden también es importante
importante para asociar cada cara con su normal.
vt – Representa la información asociada a una coordenada de textura. Las coordenadas de
textura indican a qué región de una textura se mapea un vértice. Esto determinará el color
de ese vértice, y usado en conjunto
conjunto,, permite añadir realismo a los modelos. En el formato
obj, este elemento viene seguido por dos valores decimales, normalmente entre 0 i 1, que
representan las coordenadas de textura u, v. Dada una textura (imagen), la esquina
superior izquierda tiene coor
coordenadas
denadas (0,0), mientras que la esquina inferior derecha tiene
coordenadas (1,1). Este método nos permite definir la región de la textura que queramos
independientemente de su resolución. El siguiente esquema muestra el funcionamiento
del espacio de textura:
Fig. 135 Ejemplo de definición de coordenada de textura utilizada en el formato OBJ
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314
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f – Representa la información asociada a una cara. Una cara está compuesta por un
conjunto de vértices (por lo menos tres), y por cada vértice se puede definir
opcionalmente una normal y una coordenada de textura. En el formato obj, a
continuación del símbolo f tendremos varios grupos de valores separados por ‘/’. Cada
uno de estos grupos contiene la información de un vértice asociado a la cara y es de la
forma iv/it/in, donde iv representa el índice del vértice, it el índice de la coordenada de
textura, y in el índice de la normal. Los índices de cada elemento corresponden al orden
en el que se han declarado previamente en el documento.
mtllib – Indica un fichero con información de material. Como veremos luego, éste
contiene varios materiales que definen propiedades de color o textura y que se van a
utilizar en la definición de las caras con el comando usemtl.
usemtl – Indica el material que se quiere
quiere utilizar para el siguiente conjunto de caras. Va
seguido por el nombre del material a utilizar, y tiene que coincidir con alguno de los
materiales definidos en el fichero .mtl cargado con el comando mtllib. Todas las caras
definidas con el comando f q
que
ue aparezcan después de este comando irán asociadas a este
material. Así pues, las coordenadas de textura de las caras (si existen) harán referencia a
la textura definida por este material. Si no hay textura, todos los vértices tendrán el
mismo color indicado por el material.
g – Indica el grupo asociado al siguiente conjunto de caras. Va seguido por el nombre que
identifica al grupo. Todas las caras definidas con el comando f que aparezcan después de
este comando irán asociadas a este grupo. Es importante el hecho que en nuestro
cargador de modelos, cada textura tiene que tener asociado un grupo.
En relación a la exportación del modelo, de las pruebas realizadas se desprende que éste
debe estar compuesto por mallas (mesh), i a cada malla se le asigna una sola textura, de lo
contrario el mapeado de las caras se realiza de forma incorrecta. De manera que distintas
entidades del modelo deben ser asociarse en una sola malla, y las distintas texturas de
cada entidad, deben asociarse en una sola imagen. UV mapping i render to texture son las
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315
opciones más habituales para juntar diversas texturas en una sola, reduciendo, a su vez, el
tamaño de esta última. Este sistema permite integrar en una sola textura las condiciones
de iluminación de la escena, y obtener result
resultados
ados óptimos en relación al tamaño y calidad
del modelo.
7.1.8.2
EL FICHERO .MTL
Se describe a continuación el contenido de un fichero mtl vinculado a un modelo .obj a
partir de un ejemplo.
Tabla 35 Ejemplo de estructura de un fichero en formato *.mtl
newmtl 07___Default
newmtl occluder
Ns 9.999999
Ns 9.999999
Ni 1.500000
Ni 1.500000
d 1.000000
d 1.000000
Tr 0.000000
Tr 0.000000
Tf 1.000000 1.000000 1.000000
Tf 1.000000 1.000000 1.000000
illum 2
illum 2
Ka 0.588235 0.588235 0.588235
Ka 0.588235 0.588235 0.588235
Kd 0.588235 0.588235 0.588235
Kd 0.588235 0.588235 0.588235
Ks 0.000000 0.000000 0.000000
Ks 0.000000 0.000000 0.000000
Ke 0.000000 0.000000 0.000000
Ke 0.000000 0.000000 0.000000
map_Ka estr2.jpg
map_Kd estr2.jpg
En el fichero se puede apreciar, al igual que antes, una cierta estructura y una serie de
elementos que definen varios materiales. Los elementos más importantes son:
newmtl – Especifica un nuevo material. Va seguido por el nombre del material, mediante
el cual se referenciará desde el fichero obj con el comando usemtl. Todas las propiedades
definidas después de este comando y hasta la declaración de un nuevo material irán
asociadas a este material. En el fichero de ejemplo se pueden observar dos materiales:
uno llamado “07_Default” y otro llamado “occluder”. El nombre de este segundo material
es especialmente relevante en nuestra aplicación, pues indica que las caras asociadas a él
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316
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corresponden a un occluder en la escena, cuyo comportamiento es el propio de dicho
elemento, invisible, y tal como se definió anteriormente, permite ocultar los elemento
virtuales posicionados detrás de él.
Kd – Específica la componente difusa del material. Va seguido por tres valores decimales
que corresponden a las tres componentes RGB del color. En nuestro cargador de modelos,
este comando determina el color de una cara, ignorando las otras componentes
(especular –Ks – y ambiente –Ka-). En caso que el material defina también una textura
mediante el comando map_Kd se ignora la componente difusa y se usa la textura para
definir el color.
map_Kd – Especifica la textura utilizada por el material. Va seguido por el fichero
correspondiente a la imagen que define la textura, usando el camino relativo desde el
fichero mtl. En el ejemplo se puede ver que el material “07_Default” tiene una textura
asociada, mientras que el material “occluder” no tiene ninguna textura.
Otros – En el fichero se pueden ver muchos otros comp
componentes,
onentes, que a pesar de ser
importantes para otras aplicaciones, no son muy relevantes para la nuestra. Como
curiosidad, algunos de estos componentes incluyen las componentes especular y
ambiente del material (que influye en el color dependiendo de las luc
luces
es de la escena), o la
transparencia del material (componente alfa).
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
317
7.1.9
OPENGL
OpenGL (Open Graphics Library) es una especificación estándar que define una API
(Application Programming Interface) para desarrollar aplicaciones que requieran gráficos
2D o 3D. Una de las mayores ventajas de OpenGL es que se trata de una interfaz que se
puede utilizar con cualquier lenguaje y en cualquier plataforma, incluyendo Android. El
funcionamiento básico de OpenGL consiste en aceptar primitivas tales como puntos,
líneas y polígonos, y convertirlas en píxeles. Este proceso es realizado por una pipeline
gráfica conocida como Máquina de estados de OpenGL.
7.1.9.1
PIPELINE DE OPENGL
OpenGL permite la comunicación entre nuestra aplicación y la tarjeta gráfica para
renderizar una serie de primitivas tales como vértices, líneas y polígonos. En nuestra
aplicación, estas primitivas se obtienen de los modelos en formato obj comentado en el
punto anterior. El proceso para transformar estas primitivas de entrada a una imagen
renderizada se realiza mediante la llamada “pipeline de OpenGL”, e incluye varias
operaciones tales como modificar los colores de los polígonos usando iluminación o
texturas.
Fig. 136 Esquema simplificado del proceso de conversión en pixeles de OpenGL. Fuente:
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Pipeline_OpenGL_%28es%29.png
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318
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La entrada de la pipeline consiste en las primitivas de nuestros modelos (vértices, caras,
materiales…) y la salida es la imagen renderizada. OpenGL permite influir en este proceso
antes de obtener el resultado con un conjunto de operaciones tales como
transformaciones geométricas, modificación de las propiedades de la cámara, luces, etc.
Las operaciones más importantes son resumidas en los siguientes puntos:
•
Operaciones por vértice – Las operaciones más importantes en esta fase son las
siguientes:
•
Transformaciones geométricas – Consisten en modificar la posición de un vértice
mediante translación, rotación respecto a un punto, o escalado. Por ejemplo, si
aplicamos una translación en el eje z de 5 unidades a un vértice cuya posición es
(0,0,0), la nueva posición de ese mismo vértice va a ser (0,0,5). Las siguientes
imágenes muestran el efecto de estas tres transformaciones sobre todos los
vértices de un modelo:
Fig. 137 Transformaciones geometricas
•
Iluminación – Consiste en determinar el color del vértice dependiendo de sus
propiedades de material y la posición de las luces en la escena. La siguiente imagen
muestra una esfera roja aproximada con un reducido número de caras para poder
observar claramente los vértices. Se puede observar que el color no es uniforme,
ya que existe un reflejo especular blanco debido a una luz de la escena. El reflejo
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
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319
es más visible en un punto y se va dispersando a medida que nos alejamos de ese
punto.
Fig. 138 Ejemplo de iluminación de una esfera a través de OpenGL
•
Ensamblado de primitivas – Consiste en juntar varios vértices en primitivas
mayores, tales como líneas o polígonos.
•
Clipping – Consiste en recortar las partes de las primitivas que están fuera del
volumen de visión. La siguiente iimagen
magen muestra una escena con varios objetos y
una cámara con su volumen de visión. Los objetos situados fuera del volumen de
visión serán descartados enteramente en esta fase, y los que permanecen dentro
parcialmente serán recortados y se descartarán las p
partes
artes que queden fuera.
Fig. 139 Esquema del ámbito de corte desde el punto de vista de un observador
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320
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•
Rasterización – Consiste en generar una imagen a partir de toda la información
resultante de la fase anterior. Así pues, se usar
usarán
án las primitivas (vértices, caras,
etc.) con sus colores asociados junto con la información de la cámara (posición,
ángulo de visión, etc.) para generar una serie de fragmentos que formen la imagen
de la escena desde el punto de vista de la cámara. Estos fragmentos son píxeles
con información adicional. Así pues, mientras un pixel solo contiene información
sobre el color, un fragmento tendrá además información sobre la distancia de la
cámara a la primitiva que representa, o la coordenada de textura que determinará
su color, entre otros.
•
Operaciones por fragmento – Consiste en modificar o descartar los fragmentos
generados en la fase anterior. Una de las operaciones más importantes es el test
de profundidad. Como ya se ha mencionado en el punto anterior, los fragmentos
incluyen información sobre la distancia desde la cámara hasta la primitiva
representada por el fragmento (profundidad). Para que la escena se visualice
correctamente, los objetos más cercanos deben tapar a aquellos que están detrás.
Esto se consigue comparando los valores de profundidad de cada par de
fragmentos que coincidan en el mismo punto, descartando el que tenga mayor
distancia. La siguiente imagen muestra una escena con varias objetos situados a
distintas distancias.
Fig. 140 Ejemplo de visualización de objetos a distintas distancias
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
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321
•
Blending.- Esta operación consiste en mezclar los colores de dos fragmentos
coincidentes cuando estos tienen un cierto nivel de transparencia. Así pues, en la
imagen anterior, en lugar
lugar de descartar los fragmentos coincidentes con el test de
profundidad, mezclaríamos los colores simulando unas teteras de cristal tintado.
La siguiente figura muestra otro ejemplo de dos triángulos superpuestos, con y sin
la utilización de Blending.
Fig. 141 Ejemplo del uso de blending
•
Framebuffer – Consiste en una serie de planos de píxeles con información sobre la
imagen. Uno de estos planos es el Color Buffer, que contiene el color final de cada
píxel, y es lo que se muestra en pantalla después de todo el proceso en la pipeline
de OpenGL. Otro plano importante es el Depth Buffer, que contiene la profundidad
de cada píxel.
7.1.9.2
API DE OPENGL
En este apartado se muestran algunos ejemplos de funciones de OpenGL para mostrar su
funcionamiento básico.
Como ya se ha comentado anteriormente, en OpenGL los objetos se componen de
primitivas (líneas, caras, triángulos, cuadrados, etc.), que a su vez se descomponen en
vértices. Así pues, para visualizar un objeto con OpenGL deberemos definir la ubicación de
los vértices, así como el tipo de primitiva que forman y sus propiedades. El siguiente
código nos permite renderizar un cuadrado de color azul:
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322
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Tabla 36 Código ejemplo en OpenGL para el renderizado de una primitiva de cuatro vértices.
glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);
glBegin(GL_QUADS);
glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 0.0f); // Izquierda-arriba
glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 0.0f); // Derecha-arriba
glVertex3f( 1.0f,-1.0f, 0.0f); // Derecha-abajo
glVertex3f(-1.0f,-1.0f, 0.0f); // Izquierda-abajo
glEnd();
La primera instrucción nos permite especificar el color de los vértices que se van a
especificar más adelante. Esta función, glColor acepta tres parámetros R,G,B para definir
el color. Cada uno de estos valores es una cifra decimal entre 0 y 1, y especifica una
componente de color (Red, Green, Blue). Para usar el color azul, asignamos un 1.0 a la
componente Azul (B), y un 0 a las otras dos componentes.
La siguiente instrucción es una llamada a la función glBegin, que se complementa con la
última instrucción glEnd. Esta instrucción indica a OpenGL que a continuación se van a
definir una serie de vértices, hasta la siguiente llamada a glEnd. glBegin acepta un
parámetro para indicar qué tipo de primitivas van a definir los vértices. En este caso
usamos GL_QUADS porque queremos dibujar un cuadrado. La siguiente imagen muestra
las demás posibilidades y sus efectos:
Fig. 142 Tipos de primitivas definidas por la función glBegin
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
323
A continuación de la llamada a glBegin, vemos cuatro llamadas a la función glVertex. Esta
función define un vértice y usa tres parámetros para definir sus coordenadas en un
espacio tridimensional (x, y, z). En nuestro ejemplo, la coordena
coordenada
da z de todos los vértices
es 0, por lo que solo dibujamos un cuadrado en el plano z=0. Es importante ver que el
resultado va a depender del tipo de primitiva que utilicemos, así como del orden en el que
se definan los vértices. Por ejemplo, si en nuestro ejemplo hubiésemos utilizado
GL_TRIANGLE solo veríamos un triángulo formado por los tres primeros vértices definidos,
ya que GL_TRIANGLE agrupa los vértices de tres en tres para formar triángulos, y descarta
los vértices que no estén emparejados.
Finalmente, el resultado de ejecutar este sencillo código es el siguiente:
Fig. 143 Resultado del código introducido
Utilizando un mayor número de vértices y agrupándolos correctamente podemos
visualizar objetos complejos en 3D. Utilizando formatos como obj podemos diseñar
objetos complejos mediante un software especializado y exportar la información
referente a los vértices, texturas, etc. para visualizar el modelo usando OpenGL.
7.1.9.3
IMPLEMENTACIÓN DE OCCLUDERS DE REALIDAD AUMENTADA
Los occluders son entidades (mallas, caras, polígonos, etc..) que no se muestran en el
renderizado final resultando transparentes pero que ocultan los objetos virtuales de la
escena, lo cual permite dotar de mayor realismo e integración a la escena.
Para su implementación se ha seguido el concepto de phantoms sugerido por (Fuhrmann
et al. 1999). La idea principal consiste en generar un modelo incluyendo la geometría que
simule los objetos del mundo real que producirían un efecto de oclusión sobre el objeto
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
324
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virtual. Esta geometría es lo que nosotros llamamos occluder y debe ser invisible para el
usuario, y ocultar los objetos virtuales situados por detrás de él desde el punto de vista
del usuario. Simulando como en se muestra en la siguiente imagen la inserción dentro de
un objeto real.
Fig. 144 Ejemplo del uso de occluders (plano azul) en una escena. En (Sanchez Riera et al. 2012b)
Así pues, debemos separar de alguna forma la geometría visible de los occluders. En
nuestro caso, en el programa de modelado vamos a aplicar un material cuyo nombre
empiece por “occluder” para señalar que esa geometría debe ser considerada como no
visible. Cuando cargamos el modelo en nuestra aplicación, leeremos el nombre del
material y separaremos la geometría visible de la invisible.
Ahora ya sólo nos queda encontrar un modo de renderizar estos elementos de forma que
sean invisibles pero que produzcan el efecto de oclusión sobre los demás objetos. OpenGL
nos permite hacer esto fácilmente.
Como se ha comentado antes brevemente, OpenGL dispone de varios buffers para
renderizar geometría. Uno de ellos es el colorbuffer, que contiene la información de color
de los píxeles que se van a renderizar en la pantalla. Otro buffer importante es el depth
buffer, que es el que vamos a usar para implementar los occluders.
El depth buffer nos permite hacer que los objetos más lejanos sean “tapados” por
aquellos que están más cerca, tal como se muestra en la imagen de la fila de teteras en el
apartado anterior. En circunstancias normales, los objetos, estén tapados por otros
objetos o no, se ven representados
representados con varios colores que dependen de la textura
utilizada, el color de los vértices, las luces, etc. Es decir, estos objetos serán representados
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
325
tanto en el color buffer como en el depth buffer. Para los occluders, en cambio, solo
queremos que tapen a la geometría que se encuentra detrás suyo, pero siendo invisibles
(es decir, sin tener ningún color). Para esto, la solución consiste en renderizar primero los
occluders en el depth buffer, y luego el resto de la geometría en ambos buffers. De esta
forma las caras que caigan detrás de los occluders desde el punto de vista de la cámara no
se van a renderizar, pues no van a pasar el test de profundidad que permite que los
objetos más cercanos tapen a los más lejanos.
Tabla 37 secuencia de pasos a seguir en OpenGL
Reiniciar depth buffer
Renderizar imagen de la cámara
Habilitar escritura en el depth buffer
Deshabilitar escritura en el color buffer
Renderizar occluders
Habilitar escritura en el color buffer
Renderizar geometría visible
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326
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.1.10 FUNCIONAMIENTO DE LA APLICACIÓN
El sistema diseñado permite la creación de canales de contenido de Realidad Aumentada y
la visualización de dicho canal en el espacio real mediante un dispositivo móvil. Cada canal
consiste en una serie de modelos
modelos 3D que el usuario habrá generado anteriormente y que
podrá escoger para su asociación con un cierto marcador. La aplicación se ha limitado, por
el momento a cinco marcadores pre-diseñados. Estos marcadores son imágenes reales
que la aplicación detectará para superponer los objetos virtuales que se encuentren
asociados. El proceso se ha dividido en dos partes conjuntamente permiten la
visualización de modelos virtuales superpuestos a entornos reales, mediante dispositivos
móviles, siendo de gran utilidad en entornos docentes, por su facilidad de uso, la
posibilidad de asociar varios modelos a un solo marcador, (permitiendo la generación de
capas, y niveles de información) y la posibilidad de manipular, e interactuar con el objeto
“In situ”. El funcionamiento de los dos aplicativos se describe a continuación.
7.1.10.1 GESTOR DE CONTENIDOS
Consiste en el desarrollo de una utilidad para crear y gestionar los canales de contenido.
Se trata de un elemento importante, pues sin la opción de añadir nuevos modelos
estaríamos restringidos a usar siempre los mismos, de manera que el ciclo de vida de la
aplicación, así como su utilidad, serían nulos.
Para realizar esta función, se barajaron varias posibilidades. Una de ellas consistía en
desarrollar una aplicación web con la que cada usuario registrado podría crear y gestionar
sus propios canales, algo parecido a lo que ofrecen algunos navegadores de RA como
Layar o Junaio. Una vez creados los canales, el dispositivo móvil podría acceder a ellos a
través de una conexión a Interne
Internett para descargarse los modelos y la información asociada.
Esta opción, a pesar de ser la mejor desde el punto de vista del usuario, fue descartada
por varias razones. La primera de ellas es que toda aplicación web tiene unos costes de
mantenimiento asociados en dinero y tiempo, especialmente si queremos que la web sea
usada por un número de personas relativamente elevado. La segunda razón por la que
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
327
esta opción fue descartada es por su complejidad respecto al poco tiempo y recursos
disponibles para su desarrollo.
Finalmente, la solución elegida consiste en la realización de una aplicación que se instala
en el ordenador y nos permite gestionar los canales de contenido usando los modelos que
tengamos almacenados en el disco duro. La aplicación nos permite asociar modelos a
marcadores, así como elegir los marcadores que queremos usar dentro del conjunto de
los cinco marcadores disponibles. Una vez hayamos terminado con la elección de los
modelos, el programa generará una carpeta con una serie de ficheros, y que se podrá
copiar a la tarjeta de memoria del dispositivo móvil para ser leído por la aplicación
Android. Tal y como se detalla más adelante. Así, a cada marcador, y a través de este
gestor, se le puede asociar uno o varios modelos. Con
Con el objeto de controlar la escala
inicial en la que se inserta y visualiza el modelo, el usuario puede escoger el tamaño real
de dicho marcador. También nos permitirá añadir información asociada a los diferentes
elementos, como por ejemplo el nombre asociado a cada modelo cuando queramos elegir
cuál se tiene que mostrar.
A
C
D
B
Fig. 145 Vista general del gestor de contenidos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
328
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
En la imagen anterior se localizan los distintos elementos que componen la aplicación:
marcadores a los que asociar modelos(A), nombre
nombre del canal (B), nombre y tamaño del
marcador(C), y los modelos 3D en formato OBJ asociados a cada uno de los marcadores
(D).
7.1.10.2 APLICACIÓN MÓVIL
Por el otro lado, se desarrolla la aplicación que se ejecuta en el dispositivo móvil y que se
encarga de reconocer los marcadores utilizando la cámara del dispositivo, registrar el
modelo en la escena de manera dinámica, y mostrar por pantalla la superposición de
dicho modelo virtual con el entorno real donde se ejecuta la escena. Con el uso de la
pantalla táctil, la aplicación permite fácilmente el cambio de modelo asociado a través de
dos botones laterales, así como la variación de posición y escala respecto al marcador.
Fig. 146 Vista del logotipo, instalación y visualización en el dispositivo
dispositivo de la aplicación
El funcionamiento es muy sencillo. Básicamente consiste en iniciar la aplicación. Consultar
las carpetas disponibles (cada carpeta es un canal), previamente generadas con el gestor
de contenidos, y seleccionar una de ellas. El disp
dispositivo
ositivo inicia la lectura de la información.
Y muestra la escena en pantalla una vez se detecta uno de los marcadores asociados al
contenido virtual.
Dos botones superpuestos en la escena con las etiquetas “anterior” y “següent” permiten
el cambio de modelo contenido en el canal para ser visualizado sin necesidad de modificar
el marcador.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
329
Fig. 147 Diferentes modelos de un mismo canal visualizados con el mismo marcador.
El escalado y ajuste de la posición del modelo respecto el marcador
marcador se consigue mediante
la interacción con la pantalla táctil. Dos dedos simultáneos permiten el escalado y un solo
dedo en los ejes X o Y respecto el marcador, permiten el posicionamiento.
Fig. 148 Secuencia de imágenes que muestran
muestran el modelo original (A), el escalado del modelo (B) y su
posicionamiento (C)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
330
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 149 Ejemplo de visualización de un mismo modelo una vez escalado
7.1.10.3 COMUNICACIÓN ENTRE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA
Las dos aplicaciones por sí mismas no son suficientes para cumplir con el objetivo
propuesto. Por eso, es necesaria una cierta comunicación entre las dos partes para poder
visualizar en el dispositivo móvil los canales creados mediante el gestor de contenidos. En
esta versión de evaluación, la solución propuesta consiste en la generación de una carpeta
por parte del gestor que contiene toda la información necesaria para visualizar un canal,
así como la información y organización escogida para su visualización. El archivo contiene
como mínimo un fichero en formato XML con la estructura del canal generado, un fichero
OBJ y otro MTL para cada modelo vinculado, y las imágenes que han de servir de textura
para cada uno de estos modelos.
La carpeta generada (canal) se deberá copiar en la mem
memoria
oria del terminal y será leído e
interpretado por la aplicación móvil. Que cargará los modelos introducidos para su
visualización, además de mantener la organización determinada por el gestor de
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
331
contenidos. El procedimiento utilizado se puede describir esq
esquemáticamente
uemáticamente con los
siguientes pasos. Las siglas AM y GC al inicio de cada punto indican respectivamente si el
proceso se realiza en la Aplicación Móvil o en el Gestor de Contenidos.
1. [AM] Creación del directorio de la aplicación
aplicación:: Se debe crear el directorio de la
aplicación en la memoria extraíble (habitualmente una tarjeta SD) del dispositivo
Android. Hay dos maneras de realizar este paso: la primera es ejecutar la aplicación por
primera vez desde el teléfono. La aplicación comprobará si existe el directorio, y en
caso que no exista lo creará automáticamente. La segunda opción es crear el directorio
manualmente desde el directorio de la tarjeta SD, cuando conectamos el dispositivo al
ordenador. Para esto basta con crear un directorio llamado “U_AR_Channels” en el
directorio raíz de la memoria extraíble.
2. [GC] Generación del canal de contenido:
contenido: Se utilizará la aplicación instalada en el
ordenador para elegir los modelos que se quieran visualizar y asociarlos a sus
marcadores ( Gestor de contenidos). Al final del proceso el programa generará una
carpeta que contendrá todos los modelos organizados en directorios, así como un
fichero XML con la información sobre cada canal (nombre, tamaño, capas, etc.).
3. [GC] Copia del fichero generado a la memoria del dispositi
dispositivo
vo móvil: Se deberá copiar
el fichero generado por la aplicación –un directorio con el nombre del canal situado en
la ubicación que hayamos determinado desde el programa- al directorio de la
aplicación creado en el punto 1 (U_AR_Channels).
4. [AM] Ejecutar la aplicación en el dispositivo móvil:
móvil: Una vez ejecutemos la aplicación
móvil, ésta leerá los canales copiados al directorio de la aplicación y los mostrará en la
interfaz de usuario. Desde allí se podrá elegir un canal y éste será cargado por la
aplicación.
7.1.10.4 ARCHIVO XML DE UN CANAL
Como se ha comentado en el punto anterior, el gestor de contenidos generará un fichero
con la información del canal creado. Más concretamente, se generará una estructura de
directorios que contendrán los ficheros para cada uno de los modelos (obj, mtl, y texturas)
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
332
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
encabezado por un archivo XML que incluya las propiedades asignadas al canal desde la
aplicación como el nombre y el tamaño del marcador, así como la ubicación de los
modelos dentro de la estructura de directorios.
XML (Extensible Markup Language
Language)) es un lenguaje que se usa ampliamente para describir
estructuras de datos y permite la comunicación entre diferentes aplicaciones. En nuestro
caso, el gestor de contenidos genera este fichero XML que resume la estructura de datos
relacionadas con un canal, y la aplicación móvil interpreta este archivo para cargar y
visualizar los modelos correctamente. A continuación se muestra un ejemplo de un
documento XML generado por nuestro gestor de contenidos, con la descripción de un
canal cualquiera:
Fig. 150 Estructura de ejemplo de un fichero XML que resume la estructura de cada canal de información.
Lo primero que se observa es la aparición de unas etiquetas rodeados por los símbolos < y
>. Cada uno de estas etiquetas (tags) define un elemento de la aplicación. Cada elemento
tiene un tag de inicio (<Channel>) y un tag de fin (</Channel>), que es el mismo de inicio
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
333
con el símbolo ‘/’ añadido. Los elementos incluidos entre estos tags de inicio y fin son
hijos del tag raíz, y definen las propiedades de éste. Con esto vemos que los diferentes
elementos del documento forman una jerarquía: el tag <Layer> es hijo del tag <Channel>,
y a su vez es padre de <Model>.Junto a estos vemos otro tipo de elementos que contienen
información directamente, como por ejemplo <name>Marcador 2</name>, que define el
nombre de un elemento de tipo <Layer>.
Estas etiquetas (tags) representan los elementos de nuestra estructura de datos: Canales,
Capas y Modelos. Un canal (Channel) tiene un nombre y varias capas (Layers). Cada capa
está compuesta por un id de marcador (markerId), un nombre, una anchura del marcador
(width) y una serie de modelos (Model). Finalmente, un modelo consiste en un nombre y
la ubicación del fichero obj dentro de la eestructura
structura de directorios generada por el gestor
de contenidos.
Todos estos elementos con sus propiedades son interpretados al ejecutar la aplicación
móvil para cargar los modelos y permitir la correcta interacción con la aplicación.
Fig. 151 Ejemplo de Carga y Visualización del canal de información generado en el aula
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
334
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.2
QUINTO CASO DE ESTUDIO: LA PLAZA PÚBLICA COMO AULA DIGITAL. (APF)
Se describe a continuación la implementación y la evaluación, en un primer caso de
estudio, de la aplicación desarrollada. El objetivo es realizar un nuevo acercamiento que
permita evaluar su uso en entornos educativos. El estudio centrado en los procesos
formativos vinculados al grado de Arquitectura, se ha basado en la utilización de la RA
como vehículo de trabajo del Mobile Learning (ML) y de los enfoques más innovadores de
la Web 3.0 centrados en la enseñanza arquitectónica ligada al espacio urbano y sus
elementos más característicos tales como los monumentos o el mobiliario urbano. En
nuestro caso se pretende de alguna forma, sustituir el fotomontaje tradicional de
superposición de información en una escena real, habitualmente presentado como una
imagen o en formato papel, por un fotomontaje visualizado “in situ”, a la vez que
interactivo y cambiable.
Así, se pretende afrontar cuestiones sobre el grado de comprensión del espacio
proyectual y la asimilación de conceptos como la escala relativa, que los estudiantes de
arquitectura pueden obtener utilizando tecnologías avanzadas de visualización en
dispositivos móviles. Estudiando la interacción persona-computador para la definición de
la escala y la posición de elementos escultóricos y de mobiliario urbano en el diseño de
espacios exteriores, y evaluando, como en todos los estudios anteriores, su usabilidad, y
adicionalmente, a diferencia de estos, su idoneidad como herramienta para la mejora en
el rendimiento académico del estudiante. Todo ello a partir de los resultados obtenidos de
la evaluación de sus propuestas, y a partir de las respuestas a los cuestionarios diseñados
específicamente y ya utilizados en cursos anteriores.
La experiencia realizada ha sido objeto de varias publicaciones, y puede ser consultada en
Sánchez Riera et al. (2012).
Igualmente puede resultar de interés para el lector un video resumen del curso que puede
verse en: http://youtu.be/2sJnSv_sgPs
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
335
7.2.1
PLANTEAMIENTO
El presente caso de estudio pretende responder a la necesidad creciente de incorporación
de nuevas tecnologías en los procesos de aprendizaje. Éstas pueden ser alternativas o
complementarias a las tradicionales, como en nuestro caso, y ofrecen nuevas formas y
herramientas de aprendizaje que permiten la mejora en el compromiso y la motivación
del estudiante con la materia objeto de estudio. A su vez, como se verá, permiten una
mayor capacidad de adquisición de habilidades revirtiendo finalmente en la mejora de su
rendimiento académico.
En el ejercicio que se describe se parte de la premisa que mediante la implantación de
nuevas tecnologías en la enseñanza ,como la que nos ocupa, RA en dispositivos móviles,
es posible, a muy bajo coste, mejorar los procesos de aprendizaje, acortar su
temporalidad sin necesidad de experiencia previa, graci
gracias
as a los interfaces táctiles e
intuitivos ,y generar nuevos métodos de visualización en una clara evolución de los
fotomontajes arquitectónicos, de larga y demostrada tradición previamente descritos
(Ernest Redondo, Navarro, et al. 2011). En nuestro caso, los habituales errores de escala
de los proyectos urbanos, por lo que representa el tamaño de las obras monumentales,
así como la excesiva “arquitecturización” de los espacios o la falta de adecuación de los
usos, y su interrelación con los demás elementos de composición del proyecto, se
solventarán una vez el estudiante haya podido corroborar y experimentar sobre el lugar,
con
ayuda de estas tecnologías y evaluar el impacto visual de sus propuestas,
diferenciándose claramente de las propuestas planteadas por los estudiantes que no
utilizan la tecnología. Por ello se plantea realizar el estudio comparando dos escenarios:
- E1 Estudiantes que realizan el curso basado en la metodología tradicional
(básicamente diapositivas) como los que se han venido llevado a cabo en los últimos años.
- E2 Estudiantes que realizan el curso experimental, basado en el uso de la
tecnología de RA mediante dispositivos móviles.
Se plantean pues, las siguientes preguntas de investigación:
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
336
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
1. ¿Existen diferencias en el grado de motivación y de satisfacción del estudiante en
función del escenario utilizado?
2. ¿Existen diferencias en los resultados académicos dependiendo del escenario en
que el estudiante realice el ejercicio?
Para ello se sigue la metodología general descrita en el capítulo II en relación a la
evaluación de la usabilidad y la mejora del rendimiento académico. A la primera pregunta
y con el objeto de validar el grado de satisfacción, la motivación, así como la eficiencia y
eficacia de los ejercicios, y poder ser comparadas con los resultados de cursos anteriores,
se responden los cuestionarios de usabilidad utilizados hasta entonces. Para responder a
la segunda pregunta se evalúa la mejora en las calificaciones obtenidas por parte de los
estudiantes divididos en dos grupos, experimental y grupo de control. Estimando además
la probabilidad de que los grupos fueran coincidentes antes y después (PRE-TEST y POSTEST) de la realización del curso. Al tratarse de una muestra de estudiantes reducida, se
utiliza el procedimiento estadístico desarrollado por Gosset (1908) y conocido como t de
Student, descrito anteriormente.
7.2.2
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
El ensayo surge en el seno del Grupo de Interés por la Logística y Docencia en la
Arquitectura, GILDA, descrito anteriormente, y se llevó a cabo gracias al Proyecto de
Investigación Fundamental No Orientada del VI Plan Nacional de Investigación Científica,
Desarrollo e Innovación Tecnológica 2008-2011, Gobierno de España.
nº EDU-2012-
37247/EDUC, “E-LEARNING 3.0 en llaa docencia de la Arquitectura. Casos de estudio de
investigación educativa para un futuro inmediato”. Y fue llevado a cabo por estudiantes de
la facultad de Arquitectura de Barcelona (ETSAB) de la Universitat Politecnica de Catalunya
(UPC-Barcelona Tech).
En el caso de la materia objeto del experimento, Aplicaciones Informáticas (APF), es
actualmente una asignatura de 3 créditos ECTS y de 5 en el curso próximo como
Representación Arquitectónica III (RA-III). Su objetivo primario es completar la formación y
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
337
ampliar los recursos técnicos del alumnado para concebir, analizar, desarrollar y
representar proyectos arquitectónicos bajo el lema general de curso de Vivienda y
Entorno urbano. Este objetivo se concreta en dos direcciones principales: el uso de
procedimientos digitales de tratamiento de imágenes y el uso de herramientas ágiles de
creación de escenarios virtuales 3D entre las que se cuenta la RA.
La asignatura, de carácter obligatorio y semestral tiene una carga lectiva de sólo 2
horas/semana centrada en el uso de las aplicaciones informáticas como complemento de
todas las que han aprendido en el resto de su formación, lo cual obliga a optimizar mucho
los tiempos de aprendizaje con especial incidencia en la generación de modelos urbanos
para su intervención y escenarios virtuales con una base artística que serán evaluados
desde el punto de vista del análisis y la comunicación visual.
Así, el tema central del curso donde se realiza la experiencia es el estudio de las
intervenciones en el paisaje urbano de Barcelona con ayuda de las TICS. Siguiendo estas
premisas, trabajaremos sobre la Plaza Flassaders (Fig. 106), que recientemente se ha
completado con la construcción de la ampliación del Museo Picasso en el año 2009.
Fig. 152 Imágenes sobre el entorno donde se realiza la primera experiencia de evaluación de la aplicación
propia. Plaza Flassaders.
De forma sumaria se expone el marco que envuelve esta investigación tanto en los
aspectos arquitectónicos del lugar, del diseño urbano, así
así como de las tecnologías
empleadas.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
338
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.2.2.1
BARCELONA: CASO DE ESTUDIO DEL NUEVO DISEÑO URBANO.
Las obras llevadas a cabo con motivo de los Juegos Olímpicos de 1992 en Barcelona,
comportaron la construcción de grandes infraestructuras urbanas y equipamientos
deportivos, y se completaron con la adecuación y creación de multitud de nuevos espacios
urbanos dotados cada uno de personalidad propia, donde las esculturas modernas
adquirieron gran protagonismo. Este tipo de intervenciones, que se han definido como
procesos de metástasis en los propósitos urbanísticos (Hortet & Adrià 1987), han sido una
de las aportaciones metodológicas del urbanismo barcelonés al mundo del diseño urbano.
Para ello normalmente se incorpora
incorporaba
ba algún equipamiento público y se potenciaban las
cualidades monumentales de la zona mediante la presencia de esculturas modernas
integradas en el proyecto del espacio público. El objetivo era que el monumento
adquiriera una doble vía de significado, el contenido conmemorativo-rememorativo que
representa su lema y la presencia puramente ar
artística
tística de la obra escultórica (Mackay
1991; Wansborough & Mageean 2000; Monclús 2003).
2003). Visto el impacto social no es de
extrañar que se haya convertido en tema de diversas materias de la escuela de
Arquitectura de Barcelona (Gonzalez Raventos 1997), como la que nos ocupa.
La docencia de la competencia en eell diseño de espacios exteriores en un entorno urbano
es un hecho muy singular en Escuela de Arquitectura de Barcelona, ya que en el resto de
Europa esta disciplina, junto con el Urbanismo, forma parte de unos grados diferenciados,
que habitualmente podemos encontrar definidos como Urban Planning y Urban Design.
En España, tampoco es habitual esta docencia tan intensiva pues salvo en nuestro caso
con cerca de 50 créditos ECTS a lo largo del grado, en el resto de facultades se sitúan
alrededor de los 20 créditos ECTS (Monedero Isorna 2000). Por dichos motivos, es
interesante valorar el impacto que la docencia de las escuelas de arquitectura de la UPC
han tenido en el diseño de los espacios públicos más modernos de Barcelona, aspecto
reforzado por que la mayoría de sus autores y gestores han sido alumnos o docentes de
dichos centros.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
339
7.2.2.2
ARTE, MONUMENTOS, PLAZAS Y CIUDAD, MEDIANTE AR Y ML.
La experiencia
y la educación visual son fundamentales en la formación de todo
arquitecto y en el caso del diseño de la ciudad, la incorporación a la misma de obras
escultóricas de otros artistas, un ejercicio de trabajo colaborativo, de síntesis y
complicidad que obliga al arquitecto a entender el mensaje y poética del escultor y al
artista la escala perceptiva del espacio urbano y sus posible usos (Trias 1976). En el caso
de Barcelona se colocaron más de medio centenar de esculturas obra de artistas tanto del
país como de renombre internacional con el objetivo de embellecer el paisaje urbano y
acercar el arte a la población (Sadurni & Ramujkic 2002), recogiendo a la vez el espíritu y
la tradición iniciada en las exposiciones universales para simbolizar la modernidad y como
medio para transformar positivamente el entorno urbano (Seine 1984; Cartes 1997). Entre
las más importantes destacamos, las de artistas catalanes como Miró, Tàpies y Brossa
junto con las de destacados artistas españoles como Chillida, López Hernández, y entre los
extranjeros Oldenburg, Roy Lichtenstein, y Carr. Así, a partir de los principales referentes
del diseño del espacio público (Lynch 1998; Cullen 1971) podemos categorizar los
elementos perceptuales urbanos, sien
siendo
do uno de ellos los monumentos que, en función del
tamaño y situación, su escala urbana o local, sin olvidar la ccalidad
alidad de detalles y materiales,
hacen al espacio público más acogedor a escala humana. Para el tratamiento científico de
la propuesta y en base a la parametrización de la perce
percepción
pción del usuario (Ashihara 1982),
nos enfrontamos ante el reto de formar al alumno y darle criterios que permitan su
autoformación a partir de su espíritu crítico.
El uso de la RA en el ámbito arquitectónico ya ha sido pres
presentada
entada y discutida previamente
(Ernest Redondo, Fonseca, et al. 2012) y es el ejemplo más evidente de la rapidez con que
evolucionan las TIC y la afinidad que sienten ha
hacia
cia las mismas los estudiantes. Esta
tecnología de reciente implantación a nivel comercial y con muchas expectativas de futuro
se ha ido introduciendo en diversos campos tal y como se ha comentado
comentado con anterioridad.
A nuestro entender, el salto cualitativo y la difusión de esta tecnología ha sido posible a
partir de la popularización de los teléfonos móviles de última generación y merced a los
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
340
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
trabajos de D. Wagner (2007) con el software y librerías para ARToolkitPlus©, lo que ha
dado lugar a múltiples aplicaciones comerciales de RA en continua aparición. Es en este
contexto donde se entiende el ML como una reciente implementación docente gracias al
estado actual de la tecnología.
Los primeros trabajos de ML abordados desde un punto de vista científico fueron los de
Kristoffersen & Ljungberg (1999), planteando un entorno virtual para el aprendizaje
usando dispositivos móviles. Otras experiencias (Lehner & Nosekabel 2002), extienden la
misma idea a una universidad virtual basada en Internet y los dispositivos móviles
mediante el desarrollo de una plataforma ML llamada “WELcome” (Wireless E-Learning).
Esta competencia educativa ya ha sido reivindicada como básica por diversos autores
(Prahalad & Hamel 1990; Navarro et al. 2012).
Como experiencia previa en el curso 2010-2011, en el que se trabajó sobre la misma
localización con obras de Picasso, Y sin la ayuda de estrategias de AR, se plantearon
esculturas de más de 29 metros de altura que superan los 9m del edificio del museo,
operaciones de ocupación con mobiliario urbano de más de 20 metros de desarrollo para
una plaza de apenas 47m de longitud, o motivos escultóricos de unos 50cm que pasaban
totalmente desapercibidos. Estos errores habituales y reiterativos en cada curso esperan
ser corregidos mediante la tecnología de RA.
Fig. 153 Ejemplos de modelos escultóricos curso 2010-2011 con esculturas de tamaño excesivo, proyectos
que saturan el espacio y propuestas minimalistas
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
341
7.2.3
DESCRIPCION DEL ESTUDIO
El grupo de trabajo estaba compuesto por 25 alumnos divididos en dos grupos: 8 usuarios
que no disponen de teléfonos Smartphone o son incompatibles con las tecnologías
requeridas y que seguirán el curso tradicional (No_AR) y un grupo experimental dividido
en dos subgrupos, que denominaremos ios (9 alumnos) y Android (8 Alumnos) y que serán
los que se implicarán en el curso de RA. Los usuarios de Android usaran el aplicativo de RA
diseñado en el seno de esta tesis, y los usuarios de Iphone utilizarán el software de la
empresa ARmedia.
A modo de resumen, los estudiantes debían analizar un entorno real donde ubicar una
propuesta escultórica de un artista existente y fo
formular
rmular sus propuestas, en relación a su
tamaño, ubicación y posición. La experiencia se dividió en tres fases: modelización y
análisis del entorno, que culmina con un propuesta que llamaremos PRE-TEST;
correcciones y ajustes de la propuesta, donde los alumnos
alumnos del grupo de control continúan
la metodología tradicional desarrollada en cursos anteriores, y basada básicamente en la
exposición de diapositivas y seguimiento de los trabajos en el aula individualmente por
parte del profesor. Los alumnos del grupo experimental
experimental por su parte utilizaron sus
dispositivos móviles para validar sus propuestas “in situ” mediante RA; Propuesta final, es
la última de las fases en que se dividió el curso y culminó con la entrega de las propuestas
definitiva (POST-TEST).
La interacción con la tecnología de RA se produce en la segunda fase. Los resultados
obtenidos PRE y POST permitieron contrastar los resultados de los dos grupos. El detalle
de cada de las fases se describe a continuación.
7.2.3.1
PRIMERA FASE: MODELIZACIÓN DEL ENTORNO URBANO,
URBANO, SELECCIÓN DEL MODELO ARTÍSTICO
DE REFERENCIA, GENERACIÓN DE LA ESCULTURA Y COMPOSICIÓN DE CONJUNTO.
El proceso implicó el uso de todos los conocimientos en tecnografía digital arquitectónica
adquiridos de forma obligada por los estudiantes a lo lar
largo
go de su formación añadiendo
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
342
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
una introducción al diseño paramétrico de las fachadas mediante SketchUp-dynamic
components y al render con Artlantis. Los pasos seguidos fueron los siguientes:
•
Captación del lugar mediante fotografía digital y cartografía vectorial: Mediante una
serie de fotografías que los alumnos tomarán de cada uno de los edificios de la plaza,
y que posteriormente fueron rectificadas con aplicaciones especializadas como PTlens
y Photomatch, obteniendo las dimensiones y texturas básicas de cada uno de los
elementos que definen las fachadas.
•
Modelización y análisis visual de la plaza mediante CAD y sistemas de render no
realista (NPR, Non Realistic Render) para la detección de visuales importantes y
ámbitos de actuación: Con esta información y sobre la base de la cartografía obtenida
del sistema de información urbanística del ayuntamiento de Barcelona se modelizó
cada uno de los edificios, uno por alumno, sobre criterios de referenciación y escala
comunes. Con el modelo de la fachada se generó una vista 2D que se exportó al
programa GIMP, donde se trató cromáticamente y se aplicaron las texturas y
materiales adecuados. Seguidamente se procedió a la generación del modelo
conjunto de toda la plaza en el que cada fachada lleva
llevaba
ba asociada una sola textura
general.
Fig. 154 Ejemplos de procesos del curso APF. Superior: generación de esculturas. Inferior: Escena urbana y
primeras propuestas de intervención (PRE-TEST)
•
Compresión del referente artístico y definición del modelo escultórico a proponer:
Como elemento de referencia cultural y dado que la plaza objeto del proyecto
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
343
configura parte del espacio expositivo del Museo Picasso de Barcelona como sede de
exposiciones temporales, se trabajó sobre
la obra de Victor Vasarely, artísta
polifacético (1906-1997) miembro de la corriente del Pop-Art, autor de pinturas,
murales y esculturas para espacios públicos tales como la Universidad Central de
Venezuela en Caracas. Tras estudiar diversas obras se pide a cada alumno que
tomando como referencia una pintura la transforme en una obra escultórica
procurando mantener la esencia de los procesos creativos del autor.
•
Modelización de las esculturas mediante AutoCAD, Rhino, SketchUp: Dado que las
formas escultóricas sugeridas por la pintura
pinturass incorporan una gran variedad de formas
libres, cada caso se aborda desde las diferentes aplicaciones informáticas que los
alumnos ya deben dominar tras su fase de formación obligatoria en el grado en
Arquitectura en la UPC. Dicho modelo se incorporará al del conjunto de la plaza.
•
Propuesta de proyecto urbano fase inicial. Definición de la escala y ubicación de los
diferentes elementos de mobiliario urbano, pavimentos y monumentos: Tras navegar
por el modelo virtual del conjunto detectando vistas y encuadres sugerentes y
después de visitar la propia plaza, el alumno propone un proyecto de diseño del
espacio urbano con la incorporación de diversos elementos de mobiliario urbano,
pavimentos y la escultura. De esta primera propuesta el alumno presenta un par de
bocetos en formas de vistas no realistas. Y es evaluada como PRE-TEST
7.2.3.2
SEGUNDA FASE: ANÁLISIS VISUAL Y AJUSTES DEL MODELO ESCULTÓRICO Y EL PROYECTO DE
DISEÑO URBANO USANDO ML Y AR.
En esta fase se definen los grupos de control y experimental entre los diferentes alumnos
de curso. Se solicitó a los alumnos su disponibilidad para participar en la experiencia en
función de disponer dispositivos móviles bajo los sistemas operativos Android o Ios. Este
factor define el grupo de control que continuaran el cur
curso
so ordinario y los otros 17 que
formaran el grupo de control divididos en dos subgrupos, Android y Ios con 8 y 9 alumnos
respectivamente, tal y como se ha comentado.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
344
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Una vez visitado el entorno, el grupo de control desarrolla sus propuestas de manera
convencional. Esto es, en el aula, mediante explicaciones basadas en diapositivas y con
correcciones individuales por parte del profesor, tal y como se ha venido haciendo los
últimos años. Utilizan para ello software con licencia educacional, 3dsMax y Sketchup,
para realizar el análisis de el tamaño, posición y orientación de sus propuestas escultóricas
con el objetivo de ajustarlas al entorno.
Los grupos experimentales utilizaron la tecnología de RA par visualizar sus propuestas a
través de marcadores. Los usuarios de Android utilizaron la aplicación U-AR (desarrollada
en esta tesis) y, a diferencia de los usuarios de el aplicativo de ARmedia, fueron capaces
de visualizar distintos modelos a partir de un único marcador, escalarlo y moverlo
respecto a éste, comparando distintas propuestas.
Fig. 155 Imágenes de las propuestas realizadas por los alumnos, visualizadas “in situ” mediante sus
dispositivos móviles.
Para ello los modelos generados por los alumnos se convirtieron al formato *obj, y fueron
cargados en el gestor de contenidos de la aplicación para la generación de marcadores
asociados a dichos modelos, estructurados según el fichero xml. Tal y como se ha descrito
anteriormente en el proceso de funcionamiento de la aplicación.
Los usuarios de Armedia siguieron los pasos que exige el desarrollador para vincular cada
marcador a un solo objeto.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
345
Con el objeto de evaluar la importancia de generar modelos que integren las condiciones
de luz del entorno, esto es que se integren en la esce
escena
na de manera lumínicamente creíble,
se crearon además modelos completos integrando las supuestas condiciones de luz del
entorno en sus texturas, y modelos simples.
Finalmente con la información recopilada el alumno experimental debía reformular el
proyecto. Teniendo en cuenta su escala dimensiones, puntos de visión y ámbitos de
incidencia volviendo al modelo de la plaza donde ajustaron ajusta las propuestas para
adecuarlas al espacio percibido.
7.2.3.3
TERCERA FASE. PRESENTACIÓN FINAL DEL PROYECTO.
En esta última fase, se requirió a los alumnos que hicieran entrega de sus propuestas
finales, de acuerdo con la información obtenida en los dos escenarios (tradicional y RA).
Esta información sirvió de POST-TEST para comparar las propuestas entre los dos
escenarios planteados. Para ello se siguieron los distintos pasos:
•
Generación de vistas virtuales del conjunto final del proyecto, diurnas y nocturnas
mediante aplicaciones de rendering: Para la generación de las imágenes de síntesis
finales se utilizaron los programas 3DStudio y Artlantis con licencias educativas,
optando la mayoría de alumnos (22) por la segunda opción dada su facilidad de uso,
buena conexión con SketchUp y resultados aceptables.
•
Postproceso y ambientación de las imágenes. Aplicaciones de imagen digital. Para
finalizar se plantea un ajuste visual de la imagen corrigiendo el encuadre, el contraste
relativo de los diferentes elementos y la incorporación de cierta ambientación como
fondos, personajes y vegetación para denotar la escala y usos. Estos elementos no se
han incorporado antes en el modelizador, opción recomendada, dado el excesivo
“peso” del modelo urbano. Para ello se usa GIMP, como aplicación de tratamiento de
imagen gratuita.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
346
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 156 Imágenes de las propuestas finales
finales una vez reformuladas las propuestas.
Finalmente, con el objeto de evaluar la usabilidad de las aplicaciones, dispositivos y la
validez de la experiencia docente los alumnos contestaron el cuestionario planteado en
cursos anteriores. Finalizando con una valoración global.
A modo de ejemplo, se muestran a continuación algunas de las imágenes resultantes de la
experiencia donde los objetos son visualizados en distintas posiciones, orientaciones y
escalas.
Fig. 157 Imágenes de muestra en la plaza del primer modelo realizado por los alumnos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
347
Fig. 158 Imágenes de muestra en la plaza del segundo modelo realizado por los alumnos.
Fig. 159 Imágenes de muestra en la plaza del tercer modelo realizado por los alumnos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
348
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.2.4
EVALUACIÓN
Se detalla a continuación la evaluación en términos de usabilidad y de mejora del
rendimiento académico realizada para validar la experiencia descrita. Los datos analizados
muestran un alto nivel de satisfacción, y una mejora en el rendimiento académico de los
alumnos del grupo experimental en relación al grupo de control.
7.2.4.1
EVALUACIÓN DE LA USABILIDAD
En relación a la evaluación de la usabilidad tal y como se ha detallado anteriormente, y
como se ha venido haciendo co
con
n el resto de ejercicios planteados, se obtuvieron 6
respuestas al cuestionario destinado a valorar la usabilidad del sistema. Esta participación
puede considerarse pequeña si se tiene en cuenta que 25 alumnos participaron en la
experiencia. Este hecho seguramente puede deberse a que hasta la fecha los
cuestionarios utilizados eran accesibles “in situ” a través de la interacción con el objeto
visualizado en pantalla o desde el propio ordenador con conexión a internet, desde donde
se ejecutaba la aplicación. En este caso, sin embargo, el alumno debía responder una vez
regresaba al aula a través de un link creado a tal efecto. En relación a la formación
personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología los resultados fueron muy
similares a los cursos anteriores, esto es, las aplicaciones más utilizadas puntuadas de
acuerdo a su nivel de conocimiento fueron “Email”, “internet browsers” y Software de
Diseño Asistido por Ordenador (CAD) seguidas por aplicaciones de ofimática, y de retoque
fotográfico.
El sistema operativo más utilizado siguió siendo Windows. Y el menor
conocimiento resultó en sistemas LINUX y aplicaciones de RA.(escala: 0=nada, 5
avanzado).
No parecen existir por tanto diferencias significativas entre el perfil previo de los
estudiantes que realizaron este curso con los de cursos anteriores.
La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
349
Tabla 38 Resultados del curso APF en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
APF (esculturas)
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers and search engines]
[multimedia Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso, las variables
relacionadas con la claridad de los contenidos teóricos y la idoneidad del curso planteado
obtienen las puntuaciones más elevadas. La valoración final del curso fue de 4,17 puntos
sobre 5, la mayor recibida hasta la fecha. El software utilizado para el desarrollo del
ejercicio recibió una calificación de 3.50 puntos sobre 5 lo cual resulta una calificación
suficiente por tratarse de una primera versión de evaluación. Aunque supone la peor
calificación de los tres experimentos anteriores, probablemente por la dificultad en la
gestión de los contenidos, que han de hacerse todavía a través de una tarjeta de memoria
y a través del gestor de contenidos. La pregunta menor valorada fue la que se refería a la
posibilidad de aprender dichos
dichos contenidos de forma autónoma, con valores similares al
resto de cursos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
350
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Tabla 39 Resultados del curso APF en relación a los contenidos docentes y material del curso
APF (esculturas)
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
[Global opinion]
[I have been able to solve the exercises
presented.]
[The number of exercises given are sufficient for
hours of proposed work.]
[Could you have learned this content
independently?]
[The course satisfies the purpose for which it
was designed. (New Graphical tools for
presentations)]
[The software used is appropriate for workshop
objectives.]
[The exercises have been representative]
[material has a good and careful presentation]
[The theoretical contents have been given clear
and representative]
0,00
Y en relación a la tecnología de RA y el software utilizado, la pregunta mejor puntuada fue
la que se refería a la importancia de que el modelo incorpore las condiciones de luz del
entorno (4,33), seguida por las que se referían a la utilidad de este tipo de programas y
de tecnología en su futuro como arquitecto o ingeniero (4,00).
De nuevo, a pesar de no tener conocimientos previos sobre el uso de este tipo de
aplicaciones de RA, los alumnos valoraron muy positivamente la experiencia con una
valoración de 3,83 puntos sobre 5.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
351
352
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
final assessment
[Do you think that using objects as ocluders
help integrate the model in the scene?]
`[models incorporating shadows from the real
environment is important to make the scene…
[AR could be useful on building and
architectural areas?]
[AR Technology will be useful in your immediate
future as a engineer?]
[AR Technology will be useful in your immediate
future as a student?]
[software used will be useful in your immediate
future as a engineer ?]
[software used will be useful in your immediate
future as a student ?]
[Was it hard to understand how the program
works?]
[Prior knowledge of the use of AR on moviles
devices
[Prior knowledge of the use of modeling
software?.]
Tabla 40 Resultados obtenidos del curso APF en relación a la tecnología el software utilizado
APF (esculturas)
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
7.2.4.2
MEJORA EN EL RENDIMIENTO
Una vez finalizado el curso planteado los alumnos habían generado un propuesta previa a
cualquier formación específica en la asignatura que denominamos PRE-TEST. Y divididos
en dos escenarios siguieron metodologías distintas para finalmente diseñar una propuesta
escultórica final que denominamos POST-TEST. Ambas propuestas PRE y POST fueron
calificadas de acuerdo con los siguientes criterios:
•
30%: Calidad del modelo presentado (texturas, inmersión lumínica, num. de
polígonos, i num. de texturas utilizado)
•
30%: Integración en el lugar (escala, posición, viabilidad de la propuesta..)
•
40%: Opinión subjetiva de llaa idoneidad de la propuesta (mediante calificaciones
obtenidas de la opinión de otros usuarios)
Los valores medios de las calificaciones de los distintos grupos antes de realizar el
entrenamiento (PRE), fueron muy similares:
Tabla 41 Resultados obtenidos de las calificaciones PRE-TEST por grupos
grupo
N
Media
Desv. St.
No_AR
8
6,1662
2,2129
Android
8
6,1200
1,7154
ios
9
6,2978
2,0043
Total
25
6,1988
1,9057
Como se ha comentado, se
se establece un grupo de control que no realizó la práctica
complementaria con Realidad Aumentada, denominado No_AR (8), y dos grupos
experimentales con dispositivos móviles bajo las plataformas (Android (8) y ios (9).
Para verificar que son grupos inicialmente similares, es decir que la variación en las
calificaciones entre los diferentes grupos no resulta significativamente mayor que la
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
353
variación existente dentro de los grupos, usaremos el análisis de la varianza (ANOVA), que
nos permite contrastar esta hipótesis nula (h0) de que las calificaciones de distintos
grupos coinciden (no existen diferencias). En lugar de utilizar la distribución t-Student que
representaría contrastar tres hipótesis: H01: μ 1 = μ 2; H02: μ 2 = μ 3; y H03: μ 1 = μ 3
Si lo hiciéramos así, rechazar cualquiera de las 3 hipótesis nulas implicaría rechazar la
hipótesis nula inicial de que las tres medias coinciden. Por el contrario, si no rechazásemos
ninguna de las 3 hipótesis, tampoco rechazaríamos la hipótesis inicial. El uso de las
técnicas ANOVA nos permiten eludir dos problemas: el mayor esfuerzo computacional, y
el aumenta de la probabilidad de rechazar la hipótesis nula siendo ésta cierta por un
mayor número de contrastes realizados.
De dicho análisis de varianza (ANOVA) para las medidas de las calificaciones “PRE” en los
tres grupos (grupos experimentales ios y Android,
y grupo de control No_AR) se
desprende que no hay diferencias significativas entre los grupos en cuanto a sus
calificaciones antes de realizar el entrenamiento (F2, 22=0.018, p-valor=0.982).
En otras palabras, Se acepta la hipótesis nula (no existen diferencias) de que todos los
grupos son estadísticamente iguales en su calificación antes de realizar este curso.
Tabla 42 Análisis Anova para la verificación de la equivalencia de los grupos.
Sum of Squares
df
Mean Square F
Sig.
Between Groups
,146
2
,073
,982
Within Groups
87,014
22
3,955
Total
87,160
24
,018
Al terminar el curso propuesto los alumnos entregan sus propuestas que se valoran según
lo descrito anteriormente. Los resultados muestran que los grupos que han participado en
la experiencia mediante RA aumentan su calificación. La tabla siguiente muestra, por
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
354
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
grupo, los resultados y la ganancia obtenida con las mediciones PRE y POST curso, así
como la desviación estándar de las respuestas en cada caso:
Tabla 43 Resultado PRE y POST por grupos y ganancia obtenida.
grupo
nota_pre
6,1662
nota_post
6,0762
ganancia
-,0900
Desviación Estándar
2,2128
2,0716
3,6307
Media
6,1200
7,5112
1,3912
Desviación Estándar
1,7154
,9918
1,4559
Media
6,2977
7,8611
1,5633
Desviación Estándar
2,0043
1,0982
2,0080
Media
6,1988
7,1780
,9792
Desviación Estándar
1,9056
1,5992
2,5245
Media
No_AR
Android
ios
Total
Como se puede observar, los grupos experimentales (ios y Android) aumentan las
calificaciones mientras que el grupo de control no obtiene aumentos en sus calificaciones.
Para
verificar que este aumento observado, sea estadísticamente significativo, se
considera como hipótesis nula (Ho), el hecho de que los valores medios de las
calificaciones no varían al término del entrenamiento propuesto. Para ellos debemos
comparar los valores medios obtenidos en pre y post-test utilizando la prueba t de
Student para series pareadas, con el cual es posible hacer estimaciones bastantes precisas
a partir de los datos de las muestras obtenidas a pesar de tratarse de grupos reducidos.
Tabla 44 Resultados de la comparación de los valores medios obtenidos en las calificaciones PRE y POST
mediante el análisis T-Student para Series pareadas.
95% Confidence Interval
of the Difference
Sig. (2t df tailed)
Mean
Lower
Upper
,09
-2,94
3,12
,070
7
,946
Pair 1
PRE_NOAR - POST_NOAR
Pair 2
PRE_ios - POST_ios
-1,56
-3,11
-,019
-2,34
8
,048
Pair 3
PRE_And - POST_And
-1,39
-2,60
-,17
-2,70
7
,031
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
355
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Los valores obtenidos indican que, los grupos que realizan el curso RA tienen diferencias
significativas entre los valores medios antes y después del curso (significancia por debajo
del 5%), por tanto se rechaza la hipótesis nula (Ho), es decir estos grupos adquieren una
mejor puntuación en sus propuestas después del entrenamiento. En cambio en el grupo
de control, que ha realizado la actividad mediante formación convencional, no muestra
una diferencia relevante entre los valores medios PRE i POST, por tanto no hay mejora en
las calificaciones obtenidas por este grupo, se acepta en este caso la hipótesis nula (Ho).
Ambas conclusiones nos permiten afirmas que "después de realizar el entrenamiento
propuesto los grupos experimentales (ios y Android) y el grupo de control aumentan sus
resultados de manera distinta".
Análogamente, para completar esta afirmación, se estima a continuación la probabilidad
de que los grupos sean coincidentes, utilizando igualmente el procedimiento estadístico
anterior para cada una de las series de calificaciones.
Tabla 45 Análisis T-Student entre los grupos No_AR y Ios para la calificación POST
Levene's Test
for Equality of
Variances
t-test for Equality of Means
Independent Samples Test
NO_AR & Ios
F
POST
Equal var. assumed
Equal var. not
assumed
Sig.
2,954 ,106
t
-2,258
df
Sig. (2tailed)
Mean
Diff.
95% Confidence
Interval of the
Difference
Std.
Error
Diff. Lower
Upper
15 0,039 -1,7848 0,79
-3,47
-0,100
-2,180 10,37 0,053 -1,7848 0,82
-3,60
0,031
El valor t= 2,131 obtenido de la tabla T-Student, es inferior que el valor t que se muestra
en la tabla superior (-2,258) obtenido a partir del análisis de los resultados con el software
estadístico SPSS, tal y como se comentó en la metodología.
Como el 0.05 de
probabilidades se distribuye a ambos lados de la distribución (dos colas), un valor tendrá
un 2,5% de probabilidades de ocurrir si cae bajo -2,131 o encima de 2.131. Puesto que
nuestro valor (- 2,258) es menor que el valor t de la tabla (aún siendo más rigurosos de lo
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
356
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
necesario) podemos concluir que las medias de los grupos son significativamente
diferentes.
Para confirmar esta interpretación nos fijamos en el valor de la probabilidad -"Sig. (2-
tailed)" - para el valor t obtenido. Este valor p o la significación estadística es de 0,039,
valor menor a 0,05, lo que significa que existen muy pocas probabilidades de que los
grupos sean coincidentes en sus calificaciones y por tanto el grupo que hizo la práctica con
dispositivos móviles (ios) adquiere una mejora en su calificación final al aplicar la
tecnología de RA con respecto a el grupo que no la hizo. (NO_AR).
Sin embargo, tal y como se muestra en la tabla siguiente, al compar
comparar
ar el grupo No_AR con
el grupo que utilizó dispositivos Android las diferencias no son tan significativas pues nos
entrega el valor de la probabilidad -"Sig. (2-tailed)” de 0,099 valor mayor a 0,05, lo que
significa que existen ciertas probabilidades de que los grupos sean coincidentes (un 10%
aproximadamente) en sus calificaciones y por tanto existen
existen algunas posibilidades de que
los alumnos del grupo que hizo la práctica con dispositivos móviles (Android) hubieran
igualmente aumentado su calificación final al hacer la práctica de manera convencional.
Tabla 46 Análisis T-Student entre los grupos No_AR y Android para la calificación POST
Levene's Test
for Equality of
Variances
t-test for Equality of Means
Independent Samples Test
NO_AR & Android
F
POST
Equal var. assumed
Sig.
t
Sig. (2Mean
Std. Error
tailed) Difference Difference
df
95%
Confidence
Interval of the
Difference
Lower Upper
14
,099
-1,435
,8121
-3,17
,30
-1,767 10,05
,108
-1,435
,8121
-3,24
,37
3,325 ,090 -1,767
Equal var not assumed
Finalmente, al comparar las calificaciones POST de los dos grupos que utilizaron la
tecnología de RA, el valor de p o la significación estadística
estadística es de 0,503 valor mucho mayor
a 0,05, lo que significa que existen bastantes probabilidades de que los grupos sean
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
357
coincidentes en sus calificaciones y por tanto los grupos que hicieron la práctica con
dispositivos móviles (ios y Android) adquieren una mejora similar en su calificación final al
aplicar la tecnología de RA.
Tabla 47 Análisis T-Student entre los grupos Ios y Android para la calificación POST
Levene's
Test for
Equality of
Variances
t-test for Equality of Means
Independent Samples Test
Android & Ios
POST
F
Equal var. assumed
Equal var. not assumed
Sig.
t
95%
Confidence
Interval of the
Difference
Sig. (2Mean
Std. Error
tailed) Difference Difference Lower Upper
df
15
,503
,349
,51018
-,73
1,43
,690 14,99
,501
,349
,50694
-,73
1,43
,041 ,843 ,686
Concluimos, por tanto, que los grupos experimentales provenientes de ambas
plataformas aumentan sus calificaciones de manera estadísticamente significativa en
relación con el grupo de control que no utiliza la tecnología. De igual modo el aumento
entre ellos es similar.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
358
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.2.5
CONCLUSIONES DEL ESTUDIO
La combinación en este caso de una tecnología atractiva con la interacción usuarioterminal que envuelve la tecnología de la RA, permitió que todos los alumnos de los
grupos experimentales fueran capaces de crear sus propuestas y superponer sus
composiciones en la escena real donde fueron evaluadas y comparadas, permitiendo que
el desarrollo de sus habilidades como arquitectos se vieran incrementadas en cortos
periodos de tiempo, involucrándolos a la vez en la construcción de su propio
conocimiento.
En relación a las preguntas planteadas al inicio de la experiencia, cabe decir que se
encontraron diferencias significativas en función de los dos escenarios planteados.
Reflejándose éstas tanto en el grado de motivación mostrado por los alumnos de los
grupos experimentales como en la mejora en su rendimiento académico. Así, los
resultados obtenidos, muestran que los grupos que utilizaron la nueva metodología
basada en el uso de RA mediante sus dispositivos móviles, adquieren una mejora en las
calificaciones. Sus propuestas se ajustaron a la escala de la plaza, de pequeñas
dimensiones y que no requería de grandes elementos , reformulando sus propuestas de
forma coherente y siendo capaces de dar una respuesta más adecuada en sus proyectos
de intervención en el espacio público.
Este hecho puede deberse, al atractivo que la experiencia despertó en los alumnos, que
sin duda ha revertido en una mayor motivación y compromiso mantenido durante el
desarrollo del curso, y que de acuerdo con los datos, contrastables en las encuestas
realizadas, muestran altas puntuaciones en relación a los materiales y contenidos del
curso, y sobre la metodología empleada. Dichos datos sugieren que esta tecnología
resulta eficaz en los procesos de aprendizaje. En nuestro caso como sustituta de los
fotomontajes tradicionales,
tradicionales, ofreciendo ventajas potenciales en la presentación de sus
proyectos.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
359
Cabe destacar igualmente que gran parte del éxito de la eexperiencia
xperiencia puede deberse al
esfuerzo previo realizado, a partir de cursos anteriores, para generar objetos realistas, de
poco tamaño y integrados lumínicamente en la escena, aportando un gran realismo al
modelo que da otra forma se resultaría artificial y inestable. Lo cual resultaría
especialmente crítico en proyectos o presentaciones de arquitectura, como el que nos
ocupa.
Fig. 160 Ejemplos de los trabajos finales llevados a cabo por los alumnos que participaron en los grupos
experimentales y que denotan la mejor adecuación de sus propuestas a la escala de lugar.
Sin embargo, en este tipo de aplicaciones, basadas en registro óptico, la principal
limitación, como en casos anteriores, reside todavía en la baja capacidad de captación de
las cámaras incorporadas en los terminales móviles, que obligan a un acercamiento
excesivo al marcador para que sea reconocido, y que no permiten el encuadre general del
espacio pues este, siempre ha de aparecer dentro del campo de visión de la misma. Este
inconveniente se ha minimizado en la aplicación utilizada en los dispositivos Android
desarrollada durante el transcurso de la tesis y objeto de evaluación, al poder resituar el
objeto en relación al marcador. De manera que aunque el marcador este cerca de la
cámara, lo cual permite su fácil detección, el objeto virtual puede escalarse, y posicionarse
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
360
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
dinámicamente en la escena, permitiendo ser visualizado al tamaños y distancia deseada
respecto a este. A pesar de ello las dos plataformas utilizadas (i
(ios
os y Andorid) obtienen
resultados similares mostrando un alto grado de satisfacción por parte de sus usuarios.
De igual forma las muestras de resultados obtenidas de los grupos experimentales, y el
grupo de control, son todavía demasiado pequeñas para sostener esta afirmación con
rotundidad. En el próximo experimento se trabaja con grupos mayores, que permiten
confirmar esta primera aproximación.
En relación a las variables que influyen en la opinión global del curso, se obtienen muy
altas correlaciones (en torno a 0,90) con: la claridad de los contenidos teóricos, la calidad
de la presentación, y la representatividad de los ejercicios.
Como en casos anteriores, las
las variables relacionadas con el conocimiento previo de la
tecnología y del uso de distintos so
software
ftware y sistemas operativos no se correlacionaron
significativamente con la opinión global del curso.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
361
7.3
SEXTO CASO DE ESTUDIO: PROCESOS DE CONSTRUCCION Y MANTENIMIENTO (PT
II)
El siguiente ensayo, el último desarrollado con alumnos en el ámbito de esta tesis tiene
como objetivo confirmar los resultados preliminares hallados en la evaluación del ejercicio
anterior en relación a la mejora del rendimiento experimentado. Igualmente permitió
añadir datos sobre la evaluación de la usabilidad de la tecnología empleada para ser
contrastados con cursos anteriores. El estudio, vinculado en este caso al grado de
Ingeniería de la edificación, se basa igualmente en la utilización de la RA mediante
dispositivos móviles como instrumento de trabajo, y se centró en los procesos de
rehabilitación y mantenimiento y sus elementos más característicos tales como los
elementos y las soluciones constructivas utilizadas. Así, se pretende ahondar en
cuestiones como el grado de comprensión y asimilación, por parte de los futuros
ingenieros, de estos procesos,
procesos, prestando especial atención en el orden de ejecución de los
trabajos. En nuestro caso de estudio, la RA se utilizó para la visualización de distintos
elementos constructivos y comprender mejor su proceso de ejecución en un lugar real,
interactuando “in situ” con el punto de vista, la escala y la posición de los objetos. Se
evaluaó, como en todos los estudios anteriores, la usabilidad del sistema propuesto, y
adicionalmente, como en el caso anterior, su idoneidad como herramienta para la mejora
en el rendimiento académico del estudiante. Aunque esta vez el número de estudiantes
fue mayor. Todo ello a partir de los resultados obtenidos de las calificaciones PRE y POST
curso por parte de los alumnos, y a partir de las respuestas a los cuestionarios diseñados
específicamente y ya utilizados en cursos anteriores. El ensayo ha sido aceptado en el
congreso internacional “World Conference on Information Systems and Technologies
(WorldCIST'13)” bajo el título: “Construction processes using mobile augmented reality. A
study case in Building Engineering degree.” Celebrado en Marzo de 2013.
Igualmente puede resultar de interés para el lector un video resumen del curso que puede
ser encontrado en: http://youtu.be/8UEs8T6vSPI
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
362
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.3.1
PLANTEAMIENTO
El presente caso de estudio pretende responder, al igual que el anterior, a la necesidad
creciente de incorporación de nuevas tecnologías en los procesos de aprendizaje, para
evaluar nuevas formas y herramientas de aprendizaje que permitan la mejora de su
rendimiento académico, influyendo en su motivación e implicación con la materia
Se continúa con la premisa mantenida durante el transcurso de esta tesis de que
mediante la implantación de nuevas tecnologías en la enseñanza, como la que nos ocupa,
es posible, a muy bajo coste, mejorar los procesos de aprendizaje, y acortar su
temporalidad sin necesidad de experiencia previa, gracias a los interfaces táctiles e
intuitivos de los dispositivos móviles de última generación.
En este caso se trabaja en el área de la ingeniería de la edificación, donde se esperaba que
los habituales errores de comprensión en los procesos constructivos, en muchos casos
debidos a la falta de visualización “in situ” del problema
problema,, o simplemente a la no
contextualización del proceso en un lugar concreto, sean solventados. De manera que,
con la ayuda de estas tecnologías, el estudiante fuera capaz de visualizar cada una de las
fases en que se ejecuta un determinado proceso en una ubicación real, pudiendo a su vez
corroborar y experimentar sobre el lugar con distintos modelos y contenidos. Se ha
elegido para ello el proceso de ejecución de obertura de un hueco en una pared de fábrica
de ladrillo, mediante recalce de la cimentación existente, y construcción de pilares
metálicos, donde se coloca la biga que ha de soportar la pared apeada. Dicho ejercicio
forma parte del primer bloque de los tres en que se divide la asignatura de Proyectos
Técnicos II (PT II) de la que se hablará más adelante.
La actividad es parecida a la planteada en el ejercicio descrito con anterioridad dentro de
la asignatura EG III, en cuanto a contenidos técnicos. En ella el alumno debía ser capaz de
transmitir a otros participantes un mayor conocimiento constructivo y técnico sobre el
edificio en el que trabaja, utilizando para ello herramientas gratuitas de RA. Pero en este
caso los alumnos no debían modelar sus propuestas de acuerdo con sus conocimientos
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
363
adquiridos en su formación como ingeniero en la edificación si no que el proceso
constructivo objeto de estudio se les fue entregado listo para su visualización “in situ”. Se
evaluó además de la usabilidad de la aplicación, y a diferencia de en el anterior, la mejora
en su rendimiento académico. Para ello los alumnos debieron seleccionar un lugar en la
escuela, y mediante sus dispositivos móviles, visualizar “in situ” los contenidos que se les
habían sido distribuidos. En este caso como se ha dicho, el proceso de ejecución de un
apeo en una pared de fábrica de ladrillo. Los contenidos a visualizar debían explicar el
proceso completo de su de construcción, y su visualización e interacción en un lugar real
para permitir una mejor comprensión de dicho proceso, revirtiendo entonces en la mejora
de sus calificaciones.
El proceso de ejecución se dividió en cinco fases, que correspondían a cada uno de los
modelos virtuales realizados e incluidos en un solo canal de información, con el que los
alumnos una vez cargados en sus dispositivos debían interactuar. Se enumeran a
continuación: Excavación y rebaje del terreno; Recalce cimentación existente;
Apuntalamiento pared existente; Apertura de hueco en pared existente y colocación de
pilares; y finalmente, Colocación de la biga de apeo, desapuntalado y estado final.
Fig. 161 modelos3D que muestran el proceso constructivo seguido en un apeo mediante un terminal móvil.
Contenido distribuido a los alumnos en el curso de PT II
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364
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Para la realización del ejercicio se plantean entonces idénticos escenarios que en el caso
anterior:
- E1 Estudiantes que realizan el curso basado en la metodología tradicional
(básicamente diapositivas) como los que se han venido llevado a cabo en los últimos años.
- E2 Estudiantes que realizan el curso experimental, basado en el uso de la
tecnología de RA mediante dispositivos móviles.
Planteando igualmente, las siguientes preguntas de investigación:
1. ¿Los estudiantes que realizan el curso experimental se han sentido motivados
comprometidos, y satisfechos durante el transcurso de la actividad?
2. ¿Existen diferencias en los resultados académicos dependiendo del escenario en
que el estudiante realice el ejercicio?
Se siguió la metodología general descrita en el capítulo II en relación a la evaluación de la
usabilidad y la mejora del rendimiento académico, esta vez, de manera simultánea y de
acuerdo con el siguiente esquema.
Fig. 162 Esquema de la evaluación de la mejora en el rendimiento académico de los alumnos y la usabilidad
del sistema en el curso de PT II
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365
Al inicio de cada bloque se realiza una clase teórica (grupo grande) en el que el
profesorado hace una exposición para introducir los objetivos de aprendizaje generales
relacionados con los conceptos básicos de la materia de cada Bloque y expone las líneas
generales del trabajo práctico que desarrollará el estudiante en las sesiones de tutoría. Se
realizan un mínimo de dos sesiones prácticas por Bloque, donde se trabajará en grupo el
tema propuesto bajo la tutoría del profesor asignado.
Al final de cada Bloque se presenta un trabajo realizado en grupos de 5 alumnos como
máximo, y se expone oralmente. Razonando las soluciones adoptadas y prestando
especial atención a la planificación del
del proceso constructivo, los materiales y los medios a
utilizar. También en esta última sesión de cada Bloque se realiza una prueba individual
escrita, tipo test o similar, donde se evaluará el grado de aprendizaje de cada uno de los
contenidos del Blog.
El escenario alternativo que se plantea es el de la inserción de una clase teórico-práctica
en uno de los grupos, sobre de la tecnología de RA para la visualización de contenidos
mediante la aplicación desarrollada a tal efecto. Las calificaciones POST del grupo
experimental deberán ser superiores a las del resto de grupos de control.
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366
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7.3.2
MARCO EN EL QUE SE INSCRIBE EL ENSAYO
El ensayo surge en el seno del Grupo de Interés por la Logística y Docencia en la
Arquitectura, GILDA, descrito anteriormente, y se llevó a cabo gracias al Proyecto de
Investigación Fundamental No Orientada del VI Plan Nacional de Investigación Científica,
Desarrollo e Innovación Tecnológica 2008-2011, Gobierno de España.
nº EDU-2012-
37247/EDUC, “E-LEARNING 3.0 en la docencia de la Arquitectura. Casos de estudio de
investigación educativa para un futuro inmediato”. Y fue llevado a cabo por estudiantes de
la facultad de Ingeniería de la Edificación de Barcelona (EPSEB) de la Universitat
Politecnica de Catalunya (UPC-Barcelona Tech), dentro de la asignatura de Proyectos
Técnicos II. Esta materia se inscribe como asignatura obligatoria dentro del plan de
estudios de Ingeniería de la Edificación, y se centra en dotar al alumno de la capacidad
técnica suficiente para afrontar gráficamente las cuestiones constructivas y de ejecución
que plantea la realización de un proyecto técnico. De manera que al acabar la asignatura,
el estudiante debe ser capaz de:
•
Aplicar las herramientas avanzadas necesarias para la resolución de las partes que
comporta el proyecto técnico y su gestión.
•
Redactar proyectos técnicos de obras y construcciones, que no requieran proyecto
arquitectónico, así como proyectos de demolición y decoración.
•
Redactar documentos que forman parte de proyectos de ejecución elaborados en
forma multidisciplinar.
•
Analizar un proyecto de ejecución y trasladarlo a la ejecución de las obras
Tradicionalmente la asignatura se divide en 3 bloques. La experiencia docente que se
describe en esta tesis se realiza en el bloque 1 “APEOS”. Donde al finalizar la práctica el
estudiante debe ser capaz de describir este proceso constructivo, habitual en
rehabilitación de edificios, y consistente en la sustitución estructural de un elemento
portante por otro, normalmente metálico, que obliga a un conocimiento exhaustivo de
cómo está construido el edificio y cómo se comporta su estructura y cimentación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
367
7.3.3
DESCRIPCION DEL ESTUDIO
El experimento se llevó a cabo durante el cuatrimestre del año 2012 en el bloque 1 de la
asignatura de Proyectos técnicos II. El total de los alumnos matriculados en la asignatura
fue de 183. Sin embargo, a la finalización del primer bloque, y una vez evaluados todos los
alumnos, se excluyeron aquellos que no habían realizado alguna de las tareas obligatorias
objeto de evaluación (PRE_TEST, ejercicios prácticos, test teórico o Trabajo final), con lo
que el total de alumnos que participaron en el experimento fue de 146.
De acuerdo con el esquema mostrado en la figura 162, uno de los grupos de los 4 que
forma la asignatura, y elegido de forma aleatoria, forma el grupo experimental (4T). Los
otros tres grupos (1M, 2M, 3T) constituyen el grupo de control.
Tabla 48 Composición de los grupos en el curso de PT II
GROUP
tipo
1M
Control
26
2M
Control
44
3T
Control
38
4T
Experimental
38
Total
N
146
Se establecen pues, tres subgrupos de control (108), que no realizarán la práctica
complementaria con Realidad Aumentada, y un grupo experimental, con dispositivos
móviles bajo la plataforma Android (38), que utilizaran la aplicación desarrollada en el
seno de esta tesis.
7.3.3.1
PRIMERA FASE: PRE-TEST, Y FORMACIÓN SOBRE LA TECNOLOGIA
El primer día de clase, los alumnos realizaron un Test para evaluar su nivel de
conocimientos previos a la realización del curso. Este PRE-TEST no computable a efectos
curriculares, sirvió para evaluar la equivalencia entre todos los grupos. Se preguntaron
preguntas sobre el proceso constructivo a tratar utilizando para ello un test de años
anteriores.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
368
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
Fig. 163 Realización del PRE-TEST en el curso de PT II
De acuerdo con la metodología descrita en el planteamiento del ejercicio, los cuatro
grupos reciben la misma formación para la realización del ejercicio. Esta se basa en la
impartición de contenidos teóricos y dos clases prácticas, donde los participantes,
divididos en pequeños grupos de trabajo de 5 o 6 alumnos, consultan
consultan y aclaran dudas con
el profesor. Sin embargo los alumnos que forman el grupo experimental reciben
formación adicional sobre la tecnología a aplicar. Se les enseña el funcionamiento de la
aplicación, y como gestionar los contenidos que se les distrib
distribuyen
uyen para ser visualizados
mediante RA, y se detalla el ensayo que deberán realizar y que formará parte del
conocimiento que deben adquirir en este bloque. A continuación se les distribuye el canal
de contenido con los modelos que explican el proceso constructivo, previamente
generado por parte del autor de esta tesis. De manera que todos los alumnos del grupo
experimental, organizados por grupos, seleccionaron un lugar en la escuela, y mediante
sus dispositivos móviles, visualizaron “in situ” el proceso de construcción propuesto y
descrito en el planteamiento inicial del ejercicio..
Fig. 164 Imágenes de alumnos del grupo experimental ubicando el lugar de visualización del proceso
constructivo del curso de PT II
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Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
369
7.3.3.2
SEGUNDA FASE: VISUALIZACIÓN
VISUALIZACIÓN DE CONTENIDOS “IN SITU” MEDIANTE EL APLICACTIVO
Durante dos sesiones, a razón de un día por semana, los alumnos del grupo experimental
reciben el resto de formación convencional al igual que los grupos de control. Los
primeros, sin embargo, experimentan
experimentan con el aplicativo en distintos lugares de la escuela.
Situando el marcador en un punto determinado, de acuerdo con la escala y geometría del
modelo, visualizan desde distintos puntos de vista, cada una de las fases del proceso
constructivo objeto de estudio. Los modelos virtuales se superpusieron en distintos
lugares de la escuela, y los alumnos interactuaron controlando cada una de las fases a
visualizar, y modificando su posición y escala. Se muestran a continuación algunas de las
imágenes, que ilustran la actividad realizada.
Fig. 165 Izquierda: alumnos situando el marcador en distintas localizaciones fuera del aula. Derecha: Vista
del proceso constructivo superpuesto en el lugar durante el curso de PT II,
II, mediante un dispositivo móvil.
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370
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.3.3.3
TERCERA FASE: POST-TEST “IN SITU” MEDIANTE EL APLICACTIVO
Finalmente todos los grupos entregan el trabajo final del bloque y realizan un test teórico
que recibe una calificación final. La nota final (POST-TEST) adquirida por el alumno se
puntúa, como en el resto de bloques de la asignatura, de acuerdo con los siguientes
criterios:
•
Tarea 1. 10%: ejercicios prácticos al inicio de cada sesión.
•
Tarea 2. 30%: Test teórico
•
Tarea 3. 60%: Trabajo final, que ha de contemplar la descripción constructiva y
grafica de todo el proceso constructivo de un apeo.
Los resultados de la evaluación, la ganancia obtenida por grupos con las mediciones PRE y
POST curso, así como las conclusiones se presentan a continuación.
7.3.4
EVALUACIÓN
Como en el caso anterior la evaluación de la experiencia se divi
dividió
dió en dos. Por un lado se
evaluó la usabilidad del sistema propuesto en relación al grado de satisfacción alcanzado,
la eficiencia, y eficacia del sistema (utilizando cuestionarios idénticos a los utilizados en
cursos anteriores), y por otro se evalúa la existencia de una mejora significativa
estadísticamente en las calificaciones entre los grupos de control y el grupo experimental.
7.3.4.1
EVALUACION USABILIDAD
De manera análoga al resto de cursos se realizó el test de usabilidad
usabilidad descrito en la
metodología general. Se obtuvieron 35 respuestas al cuestionario. Lo cual representa una
elevada participación, pues los alumnos evaluados en este grupo fueron 38. Los resultados
se muestran a continuación y se comentan brevemente:
En relación a la formación personal y el nivel de conocimiento previo sobre la tecnología
los resultados fueron muy similares a los cursos anteriores, esto es, las aplicaciones más
utilizadas puntuadas de acuerdo a su nivel de conocimiento fueron “Email”, “internet
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Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
371
browsers” y Software de Diseño Asistido por Ordenador (CAD) seguidas por aplicaciones
de ofimática, y de retoque fotográfico. El sistema operativo más utilizado siguió siendo
Windows. Y el menor conocimiento resultó en sistemas LINUX y aplicaciones de
RA.(escala: 0=nada, 5 avanzado).
No parecen existir por tanto diferencias significativas entre el perfil previo de los
estudiantes que realizaron este curso con los de cursos anteriores.
Tabla 49 Resultados del curso PT II en relación a la formación personal y nivel de conocimiento previo
PT_II
[ AR Applications]
[Email Software]
[Internet browsers and
search engines]
[multimedia Applications]
(CAD)
[Photo editing]
(GIS)
[Databases]
[Spreadsheets]
[Word Processors]
[Macintosh OS]
[WINDOWS OS]
[LINUX-UNIX OS]
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
En relación a la opinión, contenidos docentes y material del curso, todas las variables
alcanzaron una puntuación por encima de 3 puntos sobre 5. Las relacionadas con el hecho
de haber sido capaz de resolver el ejercicio, y la representatividad del ejercicio obtienen
las puntuaciones más elevadas. La valoración final del curso fue de 3,46 puntos sobre 5,
por debajo de la media del resto de cursos que se sitúa en 3,76. Y el software utilizado
para el desarrollo del ejercicio (aplicación propia) recibió una calificación de 3.29 puntos
sobre 5, inferior a la recibida en el curso anterior. De nuevo, la dificultad en la gestión de
los contenidos, que han de hacerse todavía a través de una tarjeta
tarjeta de memoria y a través
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372
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
del gestor de contenidos puede explicar esta calificación, que sin embargo resulta
suficiente para una primera versión del aplicativo. La pregunta que se refería a la
posibilidad de aprender dichos contenidos de forma autónoma, que tradicionalmente
obtenía la peor valoración obtuvo 3,37. Probablemente porque los contenidos fueron ya
generados previamente por el autor de esta tesis, y el alumno simplemente debía
visualizarlos e interactuar con ellos.
Tabla 50 Resultados del curso PT II en relación a los contenidos docentes y material del curso
PT_II
[Global opinion]
[I have been able to solve the
exercises presented.]
[The number of exercises
given are sufficient for hours
of proposed work.]
[Could you have learned this
content independently?]
[The course satisfies the
purpose for which it was
designed. (spatial and…
[The software used is
appropriate for workshop
objectives.]
[The exercises have been
representative]
[material has a good and
careful presentation]
[The theoretical contents have
been given clear and
representative]
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
Y en relación a la tecnología de Realidad Aumentada y el software utilizado, la pregunta
mejor puntuada, al igual que en curso anterior fue la que se refería a la importancia de
que el modelo incorpore las condiciones de luz del entorno (3,89), seguida por las que se
referían a la utilidad de este tipo de programas y de tecnología en el campo de la
arquitectura o la ingeniería (3,83).
De nuevo, a pesar de no tener conocimientos previos sobre el uso de este tipo de
aplicaciones de RA, los alumnos valoraron muy positivamente la experiencia con una
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
373
valoración de 3,51 puntos sobre 5. A la pregunta sobre la dificultad de aprendizaje del
aplicativo desarrollado la media de las respuestas fue 2,40 puntos frente a los 2,67
obtenidos en el curso anterior. De manera que obtuvo mejor valoración respecto la
eficacia del curso anterior, pues, recordemos que esta variable pondera en la eficacia del
sistema de manera inversa, (a mayor puntuación más dificultad en el aprendizaje del
programa)
Tabla 51 Resultados obtenidos del curso PT II en relación a la tecnología el software utilizado
PT_II
5,00
4,50
4,00
3,50
3,00
2,50
2,00
1,50
1,00
0,50
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
374
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
final assessment
[Do you think that using objects as ocluders
help integrate the model in the scene?]
`[models incorporating shadows from the real
environment is important to make the scene…
[AR could be useful on building and
architectural areas?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a engineer?]
[AR Technology will be useful in your
immediate future as a student?]
[software used will be useful in your immediate
future as a engineer ?]
[software used will be useful in your immediate
future as a student ?]
[Was it hard to understand how the program
works?]
[Prior knowledge of the use of AR on moviles
devices
[Prior knowledge of the use of modeling
software?.]
0,00
7.3.4.2
RENDIMIENTO ACADEMICO
7.3.4.2.1
EVALUACIÓN DE LOS GRUPOS. PREVIA A LA IMPLANTACIÓN
IMPLANTACIÓN DE LA TECNOLOGÍA. PRE-TEST.
Como se ha comentado, todos
todos los alumnos del curso (grupos de control y grupo
experimental) realizan el test previo a la impartición de las clases teóricas el primer día de
clase, y obtienen una calificación (PRE_TEST), que aun
aunque
que no computará a efectos
curriculares nos sirve para confirmar la equivalencia entre los distintos grupos. Dicho test
se basa en los test finales realizados en cursos anteriores.
Los valores medios de las calificaciones de los grupos de control y el grupo experimental
provenientes del test realizado son muy similares:
Tabla 52 Valores medios de las calificaciones del PRE-TEST por grupos
GROUP
Control
SUBGROUP
1M
N
Mean
26
2,52
Std.
Deviation
1,32
2M
44
3,14
1,45
3T
38
2,66
1,71
108
2,82
1,53
38
2,62
1,74
38
146
2,62
2,77
1,74
1,58
Total
Experimental
4T
Total
Total
Como se puede observar el grupo que mayor puntuación “PRE” tiene es el grupo 2M,
perteneciente a uno de los grupos de control. El grupo 3T es el siguiente en puntuaciones
y es el grupo que realiza las clases en horario compatible con el horario laboral y
tradicionalmente formado por estudiantes de mayor edad que compatibilizan los estudios
con el trabajo profesional. Le sigue en puntuaciones el grupo experimental (4T) que se
sitúa ligeramente por debajo de la media global de los cuatro grupos. Por último el grupo
1M es el que obtiene peor calificación.
Las calificaciones se realizaron entre una escala del 1 al 10. La baja puntuación global se
explica porque los alumnos todavía no han recibido ninguna formación previa en relación
al bloque que van a realizar.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
375
De la lectura de los resultados parece que los grupos son similares en cuanto a
conocimientos previos. Pero al tratarse de grupos relativamente reducidos, se plantea la
cuestión de en qué medida podemos afirmar que son significativamente iguales.
Para estimar cuál es la probabilidad de que los grupos sean coincidentes, usaremos el
mismo procedimiento estadístico que en el curso anterior, basado en una distribución t de
Student, con el cual es posible hacer estimaciones bastantes precisas a partir de los datos
de las muestras obtenidas,
obtenidas, que en este caso son independientes pues los grupos están
formados por distinto número de alumnos.
Se establece por tanto, como hipótesis nula (h0) el hecho de que no hay diferencias en las
calificaciones entre los grupos.
Tabla 53 Análisis T-Student entre el grupo experimental y de control para la calificación PRE del curso PT
II
Levene's Test
for Equality of
t-test for Equality of Means
Variances
Independent Samples Test
PRE_TEST
F
Equal var. assumed
Equal var. not assumed
Sig.
t
df
95%
Confidence
Interval of the
Difference
Sig. (2Mean
Std. Error
tailed) Difference Difference Lower Upper
1,12 ,291 ,673
144
,502
,201
,29882
-,38 ,79
,632
58,37
,530
,201
,31791
-,43 ,831
Consultando la tabla de T-Student observamos que para 144 grados de libertad y una
probabilidad del 5% (0,05 ) obtenemos valores entre 1,98(120) y 1,96(χ) con lo que
aproximadamente t=1,97. Puesto que nuestro valor t (0,673) se encuentra dentro de este
intervalo (aún siendo más rigurosos de lo necesario) podemos concluir que las medias de
los grupos son significativamente parecidos. Al procesar la información con el software
estadístico SPSS, corroboramos esta afirmación, pues nos entrega el valor de la
probabilidad -"Sig. (2-tailed)" - para el valor t obtenido. Así el valor de p o la significación
estadística es de 0,502 valor mucho mayor a 0,05, lo que significa que existen pocas
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
376
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
probabilidades de que los grupos sean significativamente distintos en sus calificaciones y
por tanto el grupo experimental, que hará práctica con dispositivos móviles tiene unos
conocimientos previos muy similares al resto de grupos. Se acep
acepta
ta pues la hipótesis nula
(no existen diferencias) de que todos los grupos son estadísticamente iguales en su
calificación antes de realizar este curso.
7.3.4.2.2
EVALUACIÓN DE LOS GRUPOS AL FINALIZAR EL CURSO. POST-TEST.
Al terminar el curso propuesto los alumnos entregan
entregan sus propuestas que se valoran según
lo descrito anteriormente. La tabla 54 muestra, por grupos y subgrupos, los resultados y la
ganancia obtenida con las mediciones PRE y POST curso:
Tabla 54 Resultados PRE y POST y la ganancia
ganancia obtenida por grupos en el curso PT II
SUBGROUP/GROUP
PRE_TEST
POST_TEST
Ganancia
Mean (S.D.)
2,52 (1,32)
4,24 (1,13)
1,72 (-0,19)
26
26
3,14 (1,45)
4,36 (1,02)
44
44
2,66 (1,71)
4,80 (0,95)
38
38
2,82 (1,53)
4,49 (1,04)
108
108
2,62 (1,74)
4,81 (0,86)
38
38
2,62 (1,74)
4,81 (0,86)
38
38
2,77 (1,58)
4,57 (1,01)
146
146
1M
N
2M
Mean (S.D.)
N
3T
Mean (S.D.)
N
Control
Mean (S.D.)
N
4T
Mean (S.D.)
N
Experimetal
Mean
N
Total
Mean (S.D.)
N
1,22 (-0,43)
2,14 (-0,76)
1,67 (-0,49)
2,19 (-0,88)
2,19 (-0,88)
1,80 (-0,57)
Los resultados por grupos muestran que el grupo experimental (4T) recibe mejor
calificación (4,81) después del entrenamiento (POST-TEST). Situándose 0,24 puntos
encima de la media de los grupos de control (4,49). Mostrando además mayor ganancia
en relación a la media de los grupos de control. Gráficamente se expresa a continuación.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
377
5
4,5
4
Control
Experimental
3,5
Lineal (Control)
3
Lineal (Experimental)
2,5
2
0,5
PRE-TEST
TEST
POST-TEST
2,5
Fig. 166 Resumen de las calificaciones y la ganancia obtenida en las calificaciones del curso PT II
Para verificar que el aumento en las calificaciones observado, sea estadísticamente
significativo, se considera como hipótesis nula (Ho), el hecho de que los valores medios de
las calificaciones no varían al término del entrenamiento propuesto, dicho de otra forma,
"después de realizar el entrenamiento propuesto el grupo experimental y el grupo de
control no aumentan sus resultados de manera distinta". El resultado de la comparación
de los valores medios obtenidos en pre y post-test con la prueba t de Student para series
pareadas, se muestra en la tabla siguiente.
Tabla 55 Resultados de la comparación de los valores medios obtenidos en las calificaciones PRE y POST
mediante el análisis T-Student para Series pareadas. Curso PT II
Mean
Pair 1 PRE_Cont - POST_Cont
Pair 2 PRE_Exp - POST_Exp
Std. Std. Error
Dev. Mean
95% Confidence
Interval of the
Difference
Lower
Upper
t
df
Sig. (2tailed)
-1,67 1,72
,165
-1,99
-1,34 -10,064
10,064 107
,000
-2,18 1,46
,237
-2,66
-1,70 -9,214 37
,000
Los valores obtenidos indican que, tanto los grupos que realizan el curso RA como los
grupos de control tienen diferencias significativas entre los valores medios antes y
después del curso, por tanto se rechaza la hipótesis nula (Ho), es decir todos los grupos
adquieren una mejor puntuación en sus propuestas después del entrenamiento. Dato que
ya era evidente en vista de la ganancia obtenida.
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
378
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.3.4.2.2.1
COMPARACIÓN DE RESULTADOS ENTRE EL GRUPO EXPERIMENTAL Y EL GRUPO DE CONTROL
Tal y como se muestra en la tabla siguiente,
siguiente, al comparar la calificación final (POST) del
grupo de control con el grupo experimental las diferencias son bastante significativa pues
nos entrega el valor de la probabilidad -"Sig. (2-tailed)” de 0,097, valor algo mayor a 0,05,
lo que significa que aunque no sea descartable del todo, existen muy pocas probabilidades
de que los grupos sean coincidentes (un 10% aproximadamente) en sus calificaciones. Por
tanto es razonable pensar que hay muy pocas posibilidades de que alumnos del grupo
experimental que hicieron la práctica con dispositivos móviles hubieran igualmente
aumentado su calificación final al hacer la práctica de manera convencional. Sin embargo,
de acuerdo con la metodología descrita, no debería rechazarse en este caso la hipótesis
nula, y concluir que la diferencia no es significativa, o al menos dentro del rango del 95%
establecido inicialmente.
Tabla 56 Análisis T-Student entre grupo experimental y de control para la calificación POST del curso PT II
Levene's Test
for Equality of
t-test for Equality of Means
Variances
Independent Samples
Test
95% Confidence
Interval of the
Sig. (2-
POST_TEST
F
E. var. assumed
E. var.not assumed
7.3.4.2.2.2
Sig.
t
df
Mean
Std. Error
Difference
tailed) Difference Difference Lower
Upper
144
,097
-,3156
,1888 -,688
,057
-1,83 78,04
,071
-,3156
,1721 -,658
,027
3,180 ,077 -1,67
ANÁLISIS DE RESULTADOS ENTRE SUBGRUPOS
Para verificar que el grupo experimental (4T) es distinto en sus calificaciones finales a cada
uno de los subgrupos de control (1M, 2M, 3T) usaremos el análisis de la varianza (ANOVA),
que nos permite contrastar esta hipótesis nula (h0) de que las calificaciones de distintos
grupos coinciden (no existen diferencias). En lugar de utilizar la distribución t-Student que
representaría contrastar seis hipótesis,
hipótesis, tal y como se ha comentado en el estudio anterior:
H01: µ 1 = µ 2; H02: µ 1 = µ 3; y H03: µ 1 = µ4; H04: µ 2 = µ3;H05: µ 2 = µ4; H06: µ 3 = µ4
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
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379
Tabla 57 Análisis ANOVA entre los cuatro grupos del
del curso PT II
POST_TEST
Sum of Squares
Between Groups
df Mean Square
9,150
3
3,050
Within Groups
137,965
142
,972
Total
147,115
145
F
Sig.
3,139
,027
De dicho análisis de varianza (ANOVA) para las medidas de las calificaciones “POST” en los
tres grupos ( grupos experimentales y grupo de control) se desprende que hay diferencias
bastante significativas entre los grupos en cuanto a sus calificaciones después de realizar
el entrenamiento (F3, 142=3.139, p-valor=0.027). Por debajo del umbral del 5%, es
evidente que los grupos muestran diferencias en sus calificaciones.
En otras palabras, se rechaza la hipótesis nula (no existen diferencias) de que todos los
grupos son estadísticamente iguales en su calificación después de realizar este curso.
La siguiente tabla muestra gráficamente la calificación PRE y POST de cada grupo.
6
5
4,81
4,24
4
4,81
4,36
3,14
3
PRE_TEST
2,66
2,52
2,62
POST_TEST
2
1
0
0
1M
1
2M
2
3T
3
4T4
5
Fig. 167 Resultados PRE y POST por grupos del curso PT II
TESIS DOCTORAL. Alberto Sanchez Riera.
380
Evaluación de la tecnología de realidad aumentada móvil en entornos educativos del ámbito de la arquitectura y la edificación.
7.3.5
CONCLUSIONES PRELIMINARES
El ensayo descrito, el ultimo desarrollado en el ámbito de esta tesi
tesis,
s, permitió que todos
los alumnos de los grupos experimentales fueran capaces de visualizar el proceso
constructivo de a través de sus dispositivos móviles en un emplazamiento real.
Permitiendo incrementar en un corto periodos de tiempo su conocimiento sobre la
materia objeto de estudio.
En relación a las preguntas planteadas al inicio de la experiencia, cabe decir que de nuevo
se encontraron diferencias significativas en función de los dos escenarios planteados.
Reflejándose éstas tanto en el grado de motivación
motivación mostrado por los alumnos del grupo
experimental como en la mejora en su rendimiento académico. Así, los resultados
obtenidos, muestran que el grupo que utiliza la nueva metodología (4T) basada en el uso
de RA mediante sus dispositivos móviles, adquieren una mejora en las calificaciones.
Éstas, obtenidas de la evaluación POST-TEST, muestran la mayor ganancia en relación al
TEST previo realizado al inicio del curso. Los resultados, sin embargo, son muy similares a
uno de los tres grupos de control (3T
(3T).
). Este hecho seguramente puede explicarse por la
peculiaridad de que este grupo de control se realiza en horario nocturno, y está
tradicionalmente compuesto por alumnos de mayor edad, muchos de ellos empleados en
empresas, y que ya tienen una experiencia previa sobre la materia impartida.
De acuerdo con los datos, contrastables en las encuestas realizadas, la experiencia
despertó un alto grado de expectación en los alumnos, revirtiendo en una mayor
motivación y compromiso durante el desarrollo del curso. Estos datos muestran altas
puntuaciones en relación a los materiales y contenidos del curso, y sobre la metodología
empleada. Sugiriendo finalmente que esta tecnología puede resultar eficaz en los
procesos de aprendizaje. En este caso como complemento a la formación convencional al
permitir visualizar los contenidos teóricos en un contexto real.
En relación a las variables que influyen en la opinión global del curso, las correlaciones
obtenidas no son demasiado altas comparadas con el resto de cursos. Las variables
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relacionadas con la calidad de la presentación, y la representatividad de los ejercicios, son
las que obtienen una relación más clara (0,70 y 0,73 respectivamente).
Como en casos anteriores, llas
as variables relacionadas con el conocimiento previo de la
tecnología y del uso de distintos software y sistemas operativos no se correlacionaron
significativamente con la opinión global del curso.
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