VirtualMine

Consorcio

Las entidades involucradas en este proyecto representan a seis países de la Unión Europea: Polonia, Eslovenia, Eslovaquia, Ucrania, Grecia y España. El consorcio reune a socios cuyas experiencia y líneas de trabajos son complementarios entre sí, y entre los que destacan:

• Capacidades y conocimientos en los campos de la educación, minería y emprendimiento;
• Experiencia en desarrollo de aplicaciones de Realidad Virtual y Aumentada;
• Experiencia en gestión de museos y organización de exhibiciones

Figura 1 - Mapa de los países europeos involucrados

Alcance original

El proyecto ha tenido como alcance original de trabajo la implementación de una visualización 3D del proceso de exploración minera, teniendo especialmente en cuenta toda la cadena de valor de las materias primas. Por ello, se planteó la siguiente planificación:

1. desarrollo de una demo inmersiva en Realidad Virtual (demostración en 3D);
2. exhibiciones (demostraciones reales utilizando contenidos multimedia y aplicaciones);
3. talleres (clases presenciales orientadas a distintas audiencias de estudiantes, como por ejemplo: grupos de estudiantes de primaria y secundaria; estudiantes de universidades)

El objetivo principal de la demostración 3D es mostrar los cambios que han tenido lugar en la minería a lo largo de los siglos. Gracias a la utilización de unas gafas inmersivas HTC Vive, el usuario es teletransportado a un mundo virtual basado en una antigua explotación minera. El viaje en el tiempo comienza en una antigua excavación subterránea y estrecha y termina en una mina moderna. A lo largo del camino, el jugador experimenta tres escenarios representativos de la minería en etapas distintas del desarrollo tecnológico. El participante que navega por los túneles puede ver como las técnicas mineras, métodos de explotación, sistemas de iluminación, tamaño de los pasadizos y distintas herramientas mineras (equipos) se han ido transformando a lo largo del tiempo. La transición entre los escenarios se realiza a través de una simbólica "Puerta del Tiempo". El jugador tiene que realizar distintas tareas para descubrir y abrir la puerta y de esta manera avanzar a la siguiente parte de la mina virtual.

Resultados

En el contexto de este proyecto, el CeDInt-UPM ha trabajado activamente en el desarrollo de numerosas herramientas y aplicaciones educativas pensadas para ayudar a los estudiantes de diferentes grupos de edad a comprender y asimilar la importancia de las materias primas, los procesos involucrados para obtenerlas y como pueden ser utilizadas para producir y fabricar los objetos y bienes que utilizamos en nuestra vida diaria. Como parte del proyecto, los contenidos desarrollados se han mostrado e impartido a distintas audiencias en talleres educacionales por los investigadores del CeDInt. Con este objetivo, se han utilizado las infraestructuras de Realidad Virtual (RV) y Realidad Aumentada (RA) disponibles en el centro tanto fuera como dentro de las instalaciones.

Aplicación RA Marcelo Jorissen

La mina "Marcelo Jorissen" es una mina de carbón experimental construida dentro de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas y Energía (ETSIME) en Madrid. Constituye una instalación relativamente pequeña (de aproximadamente 50 metros de longitud y 15 metros de profundidad) y representa la topología característica de una mina de extracción subterránea utilizada para la extracción de carbón de rocas y vetas a grandes profundidades. Tiene un carácter típicamente educativo y comprende todos los elementos necesarios que se pueden encontrar en este sentido: un castillete, un pozo, túneles, dos galerías de extracción en diferentes niveles de profundidad, etc. La aplicación de AR, que se puede utilizar en cualquier dispositivo móvil como teléfonos y tabletas, consta de 4 escenarios distintos a los que se puede acceder a través de las ilustraciones usadas como marcadores. Estas son:

• Vista Ciudad: este escenario representa la mina en el contexto de la ciudad donde se encuentra. El usuario puede interactuar mostrando/ocultando las diferentes capas de la mina como así también los edificios que la rodean para observar la topología de la mina con mayor nivel de detalle.
• Vista topología: constituye una vista en perspectiva de la mina con las diferentes partes resaltadas y etiquetadas. Pinchando en las etiquetas, el usuario puede obtener más información sobre el funcionamiento en un entorno real del elemento seleccionado y, también, visionar vídeos y fotografías (estáticas o 360º) tomadas en el sitio.
• Castillete: este escenario se compone de una animación ilustrando como este elemento ha sido utilizado para el transporte de recursos y personas dentro y fuera de la mina a través del pozo.
• Visita en primera persona con RA: aquí el usuario puede navegar y explorar la mina en primera persona (de una forma parecida a un videojuego). El desplazamiento por la escena virtual se hace utilizando los dedos, tanto para moverse atrás/adelante como rotar la vista de la cámara.

Figura 2 - Pantallazos de la aplicación. Izquierda: el modelo de castillete con su animación para el transporte de recursos; Derecha: topología de la mina con elementos educativos acerca del nivel inferior

Visita en RV a la Mina Marcelo Jorissen

En la aplicación mencionada anteriormente, ha sido necesario modelar la geometría y crear los materiales y texturas que representan la escena digital de la mina. Este modelo fue concebido inicialmente para ser utilizado dentro de una aplicación RA (que normalmente se ejecuta en dispositivos móviles), por lo que el nivel de detalle ha sido optimizado para reducir los requisitos computacionales necesarios. En la versión RV, la calidad en general y la iluminación se han incrementado notablemente de forma que la percepción del usuario se asemeje a la realidad en la medida de lo posible. Esto ha sido mejorado más aún, empleando las técnicas de Interacción Natural (por medio de un dispositivo Kinect) para navegar dentro de la escena mediante gestos y posturas corporales.

Figura 3 - Aplicación de Realidad Virtual en la que los usuarios usan: interacción natural y visión estereoscópica (izquierda); un flystick en un entorno inmersivo involvente tipo CAVE (derecha)

Herramienta Educacional de Realidad Mixta en campo abierto

El objetivo principal de esta aplicación ha sido permitir la exploración en campo abierto de antiguas localizaciones mineras de forma que los estudiantes puedan aprender acerca de las diferentes localizaciones involucradas en la minería como así también otros puntos de interés relacionadas con el sector. Para permitir la exploración, la aplicación utiliza una brújula virtual que apunta a los lugares de interés utilizando la señal de GPS. A través de un mapa, el usuario puede dibujar el camino a seguir (representado virtualmente sobre la señal de vídeo capturada por la cámara) y también hacer dibujos y tomar anotaciones. Durante la exploración, cuando se alcanza un determinado punto de interés, se representa el modelo virtual de una antigua instalación minera y es posible acceder a información adicional mediante RA. Esta información puede ser textual, imágenes (fijas o de 360º) y vídeos reales grabados.

Todos los contenidos utilizados se encuentran alojados en un servidor, que se descargan en los dispositivos móviles en el momento de seleccionar uno de los escenarios. Para facilitar la generación de nuevos contenidos, como así también crear puntos de interés sobre el mapa, se ha complementado la aplicación con un editor de escenarios completo. Con esta herramienta, los profesores pueden subir marcadores de RA, escribir descripciones y configurar contenidos multimedia en los puntos de interés. También es posible transformar un modelo 3D para cada punto (posición, escala y rotación) que se muestra cuando los estudiantes se aproximan al área cercana. 

Figura 4 - Un usuario utilizando la aplicación en campo abierto. El mapa permite ver la localización de los puntos de interés del escenario

Juego Educativo: La Vida sin las Materias Primas

Este juego formativo pone al jugador en la situación de un niño que despierta en medio del campo porque todos los objetos de su día a día han desaparecido. Para poder reconstruir todo tal como estaba, el jugador tiene que explorar, extraer, recolectar y procesar las materias primas necesarias. El juego consiste de 5 misiones diferentes que permiten obtener de vuelta la casa, el sistema de calefacción, el ordenador, el smartphone, y el coche. Cada misión requiere que el estudiante encuentre una cierta cantidad de materias primas, construir el tipo de mina correcto, seleccionar el método de extracción apropiado y procesar los recursos correctamente para fabricar/obtener los bienes u objetos finales. Por cada fase, un profesor ayuda al jugador haciéndole preguntas y explicando por qué sus respuestas son correctas/incorrectas. De esta forma, los estudiantes puedan aprender de una forma interactiva y divertida todos los pasos necesarios detrás de la fabricación de los objetos que usamos en nuestra vida cotidiana y el papel que juega el uso de las materias primas en cada caso. 

Figura 5 - Pantallazos del juego. A la izquierda se aprecia una de las preguntas típicas a la que el jugador tiene que contestar para seguir avanzando. El juego se puede descargar de la página del proyecto

“Kobold el tesorero” - cómic RA

"Kobold el tesorero" es un cómic educativo enfocado a estudiantes de primaria que ha sido traducido a nueve idiomas diferentes. Cuenta la historia de una criatura del espacio en busca de tesoros que, debido a su longevidad, ha experimentado la evolución de la Tierra a lo largo de la historia, incluso mucho antes de que los humanos apareciesen. El lector es invitado a descubrir como se formaron las materias primas y como la humanidad aprendió a encontrarlos, extraerlos y procesarlos para fabricar herramientas, armas y todo tipo de utensilios útiles. El CeDInt-UPM ha implementado en este contexto una versión del cómic en RA donde el lector puede descubrir nuevo contenido adicional escondido detrás de cada página, ya sea interactuando con Kobold en pequeños mini-juegos o visualizando animaciones y vídeos. El juego se puede descargar de la página del proyecto.