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APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL Y LA REALIDAD
AUMENTADA EN MÓDULOS DE ASIGNATURAS DE INGENIERÍA
Y GEOLOGÍA EN LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE
Gloria Giacaman Jacob
[email protected]
Vice Decano
Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas
Universidad Católica del Norte
Avenida Angamos 0610, Antofagasta
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APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL Y LA REALIDAD
AUMENTADA EN MÓDULOS DE ASIGNATURAS DE INGENIERÍA
Y GEOLOGÍA EN LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL NORTE
Gloria Giacaman Jacob
[email protected]
Vice Decano
Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas
Universidad Católica del Norte
Avenida Angamos 0610, Antofagasta
Eje Temático 4: Las competencias docentes desde el aula de clase
Sub tema 3: Experiencias sobre cambios de las prácticas docentes
RESUMEN
Se diseñan módulos de realidad virtual de inmersión y de realidad aumentada para ser
aplicados en asignaturas de las carreras de ingeniería y geología, en la Universidad Católica
del Norte. A la fecha se han construido y aplicado módulos para veinte asignaturas,
cubriendo todas las ingenierías. Con este trabajo se pretende mejorar los resultados de
aprendizaje de los alumnos, especialmente en aquellas materias difíciles de comprender y
aumentar la accesibilidad a industrias, reemplazando las visitas o complementando éstas y
visita previa a terrenos en geología. Estos módulos se aplican antes de la visita al lugar,
familiarizando al estudiante con el funcionamiento interno de equipos mediante simulación
virtual, con los procesos industriales y con terrenos. Los estudiantes tienen una mayor
comprensión del entorno y los procesos. Además requieren un menor tiempo de adaptación
en las salidas a terreno. Este trabajo se inició con tesistas de pregrado, continuando con los
proyectos MECESUP UCN806 y MECESUP1109; actualmente se está desarrollando el
MECESUP UCN1310, que está ampliando esta metodología al resto de la Universidad.
Palabras clave
Realidad virtual (RV), realidad aumentada (RA), resultados de aprendizaje.
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ABSTRACT
Virtual Reality of immersion and Augmented Reality modules are designed to be applied in courses
that belong to engineering and geology programs, at Universidad Católica del Norte. Up today
twenty modules have been built and applied in courses, covering all the engineering programs. The
intention of this work is to improve the learning outcomes of the students, mainly in those subjects
difficult to understand and to increase the accessibility to industries, replacing the guided tours or
complementing them, and to previously visit the landscape in geology. These modules are applied
before the visit to the place, familiarizing the student with the internal fuction of the equipment by
means of a virtual simulation, with the industrial processes and with the landscapes. The students
have a better understanding of the surroundings and the processes. Also they require less time in
their adaptation in their visit to the landscapes. This work was first done through student thesis,
continuing with MECESUP UCN806 and MECESUP UCN1109 projects; now MECESUP
UCN1310 is been developed, which is extending this methodology to the rest of the University.
Clue words
Virtual reality (VR), Augmented reality (AR), learning outcomes.
INTRODUCCIÓN
El trabajo propone a la Realidad Virtual y a la Realidad Aumentada como una herramienta en el
proceso de enseñanza, en las carreras de Ingeniería y Geología en la Universidad Católica del Norte
para que apoye tanto a los docentes en la explicación de algún tema específico, como a los alumnos
a entender mejor lo que se está estudiando.
Es importante señalar que tanto las ingenierías, como geología, son carreras que requieren
necesariamente visitas a terreno, para poder generar mayor conocimiento en los estudiantes respecto
de aspectos de la especialidad, lo que a veces resulta difícil enseñar en las aulas de manera práctica.
Para suplir esta falencia es que se quiere aplicar la Realidad Virtual y Aumentada, para que los
alumnos conozcan los procesos y a su vez exploren mediante la Realidad Virtual y Aumentada el
terreno a visitar, que en la realidad sería por el día, siendo éste otro factor de importancia debido a
lo lejano de algunas industrias y empresas por lo que una visita toma más de un día.
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Por lo tanto, las acciones del trabajo que se presenta no sólo van dirigidas a aumentar la
accesibilidad a industrias y terrenos por parte de los estudiantes de las carreras de ingeniería y
geología, utilizando la Realidad Virtual y Aumentada; la creación de ejemplos de RV y RA para
asistir módulos de asignaturas de dichas carreras e incrementar la eficiencia del aprendizaje, en una
era en que los alumnos están muy tecnologizados con los video juegos.
La Realidad Virtual es una tecnología especialmente adecuada para la enseñanza, debido a su
facilidad para captar la atención de los estudiantes mediante su inmersión en mundos virtuales
relacionados con las diferentes ramas y ámbitos de la enseñanza, lo cual puede ayudar en el
aprendizaje de los contenidos de cualquier materia al ofrecer interactividad y multimedia.
La Realidad Aumentada nos proporciona información adicional que no estamos viendo, como por
ejemplo mostrar información o videos en puntos de interés al visitar un terreno, o mostrar los veinte
o más ejes de rotación de un cristal, que es difícil imaginar para los estudiantes.
Se destacan los beneficios que traerá la aplicación desarrollada, como una mejor formación
académica de los estudiantes, obtener conocimientos de tecnologías aplicadas en las industrias de la
región previo a visitas a terreno, es decir, aumentar la accesibilidad a industrias y terrenos por parte
de los estudiantes, familiarizar al estudiante con el funcionamiento interno de equipos y/o procesos
mediante simulación virtual, pre visualizar situaciones de riesgo existentes en la empresa o
industria, de modo tal de poder prevenir situaciones que pueden causar accidentes a las personas,
etc. Claramente, se incrementará la eficiencia del aprendizaje por medio de conocimiento virtual,
previo a la visita del lugar.
APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL A GEOLOGÍA
En geología existen diversas herramientas tecnológicas que el alumno puede utilizar para entender y
complementar las materias o procesos estudiados. Programas como Conoma, Vulcan, Argis, entre
otros, entregan distintas aplicaciones que permiten ampliar y mejorar la visión del espacio donde se
trabaja.
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En las asignaturas donde la experiencia de terreno es importante, materiales como: fotografías,
videos, imágenes aéreas y satelitales, sirven de apoyo para el trabajo de salas de clases y preterreno; sin embargo estos elementos no permiten una interacción más cercana entre el estudiante y
el medio.
Las herramientas tecnológicas que hoy en día se utilizan en geología no permiten una mayor
interacción entre el medio y el alumno. Además existen diversos factores que dificultan la llegada
de la información y conocimientos hacia éste, perjudicando considerablemente su rendimiento en el
trabajo de campo.
El objetivo fue diseñar una plataforma interactiva, que contenga material multimedia para ser
aplicado en cursos de la carrera de Geología que contengan experiencias de terreno como lo es
Geología General I.
A través de la navegación de paisajes virtuales creados a partir de coordenadas específicas de
terrenos, se tendrá una aproximación didáctica a la geomorfología, permitiendo llevar a la sala de
clases relieves o formas de terrenos a los que resultaría imposible tener acceso debido a su lejana
posición geográfica para los estudiantes de la carrera de Geología.
Modelos Digitales de Elevación
El uso de los modelos digitales de elevación (MDE) en el contexto de la elaboración o
levantamiento de terrenos
se ha extendido a un sin número de ámbitos como los estudios
topográficos o geológicos, prueba de ello son las aplicaciones en la detección de nuevas fallas
geológicas o yacimientos minerales, la exploración geotérmica, así como la simulación o vuelo
virtual de recorridos sobre terrenos de interés geológicos con fines didácticos, éstos mucho mas
reales que en imágenes debido al dinamismo,
dimensiones de terreno.
Fallas Geológicas
abarcando además en poco tiempo grandes
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El estudio de las fallas y fracturas, así como la deducción de las direcciones de las fuerzas a partir
de la geometría y la distribución de estas zonas de ruptura forman parte de la rama de la geología
denominada geología estructural. La corteza terrestre está sujeta a numerosos fenómenos que
modelan su forma. Estos fenómenos pueden ser:

formativos (las emisiones de lava o el depósito de sedimentos).

otros operan como de desgaste (elementos meteóricos que provocan erosión)

y otros de consumo (zonas de subducción, donde una placa tectónica se introduce por
debajo de otra hasta profundidades tales que se produce su fusión).
Prototipo Desarrollado
La construcción del módulo para la carrera de Geología fue realizado utilizando la API de Google
Earth ya antes mencionada, integrada en un sistema Web desarrollado en una página HTML con
Scripts.
Luego de estudiar y probar otras alternativas de lenguajes y programas para la construcción de
escenarios y objetos 3D como son el lenguaje de programación JAVA con su API 3D, el lenguaje
de modelamiento de Realidad Virtual VRML, programas CAD y de dibujo como 3D Max Studio y
otros, se tomó la determinación de basar este proyecto, puntualmente el desarrollo del módulo
aplicado a la carrera de Geología, en la API de Google Earth para sistemas Web.
Las principales características que entrega Google Earth fueron el motivo por el cual se utilizó esta
herramienta como base del proyecto, debido a que contiene terrenos en un formato de tres
dimensiones ya construido, acortando el tiempo de generación de éstos, es programable en un
ambiente Web que es lo que se buscaba en este módulo y se puede lograr la interactividad necesaria
entre el usuario y el sistema, el cual cumple uno de los principios necesarios que debe tener todo
sistema de Realidad Virtual.
El escenario mostrado es la península de Mejillones, partiendo de la base del cerro San Luciano
específicamente en la Latitud 23° 5'46.86"S y Longitud 70°29'12.46"O, donde el usuario puede
desplazarse libremente en las tres dimensiones y pudiendo recorrer e interactuar con el sistema
completamente, como se puede apreciar en la figura 1, donde se encuentra cargado un archivo kml
con la información de la ruta a seguir por los alumnos de Geología en una de sus visitas a terreno.
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Fig. 1: Aplicación para Geología
Otra de las propiedades utilizadas de la API de Google Earth, es la posibilidad de insertar
fotografías en una modalidad llamada Photo Overlay como lo muestra la figura 2, la cual permite
su visualización en detalle, pudiendo utilizar zoom y el recorrido completo de ésta y así entregar
mayor realismo a la aplicación, al llevar al alumno a una vista detallada del terreno o parte de él,
dado que este no entrega un completo detalle ni una vista real. Con esto se hace posible resaltar
aspectos relevantes que el profesor quiera mostrar.
Fig. 2: Photo Overlay
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APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL PARA INGENIERÍA EN
METALURGIA
La aplicación virtual construida para la carrera de Ingeniería en Metalurgia pretende dar ciertas
ventajas a los alumnos en sus procesos de aprendizaje. Cursos como Preparación Mecánica de
Materiales requieren de salidas a terreno, específicamente a instalaciones mineras de la región. El
objetivo de estas visitas es conocer por parte del alumnado los distintos procesos mineros y
elementos involucrados en la extracción y procesamiento del cobre. Estas visitas forman parte de
los tópicos a estudiar en asignaturas como la mencionada anteriormente.
Los objetivos de la aplicación virtual realizada son acercar al alumno a estos procesos mineros y
sus elementos individualmente, a través de la interacción con un computador en el que se ejecuta
una aplicación tridimensional capaz de ser manipulada por el alumno en un contexto virtual bajo las
condiciones de inmersión necesarias.
Las herramientas con las cuales se trabajó para el desarrollo de la aplicación fueron seleccionadas
luego de rigurosos estudios de ventajas y desventajas respecto de otras, es por ello que se decidió
por OMAR, un lenguaje de programación 3D de última generación.
La plataforma que se usa para el lenguaje OMAR es HyperCosm Studio. HyperCosm (Compañía
estadounidense desarrolladora de simuladores de elementos 3D, desde los años 90) provee software
y servicios para crear interactivas simulaciones en 3D basadas en aplicaciones WEB. La tecnología
HyperCosm permite agregar simulaciones en 3D a las páginas Web.
La ventaja de la tecnología de simulación en 3D es que permite ver una simulación de objeto o
escena desde cualquier ángulo, e interactuar con ella como si fuera real (Ver figura 3). HyperCosm
utiliza la misma tecnología que se utiliza en juegos de video para permitir que su navegador Web
pueda convertirse en una ventana a un mundo simulado.
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Fig. 3: Ejemplo de aplicación de HyperCosm
Prototipo Desarrollado
El prototipo desarrollado está orientado a demostrar virtualmente y de manera interactiva con el
usuario los detalles de las distintas maquinarias y elementos involucrados en los procesos mineros
del cobre de la región. El prototipo final permite al usuario navegar a través de la aplicación 3D,
conociendo con detalles elementos y máquinas como chancadoras, camiones tolva, excavadoras,
además de procesos como ingreso de material, correas transportadoras, harneros y pilas cónicas.
Para llegar a la decisión del prototipo definitivo, su construcción, y su correcta finalización, se
crearon en el transcurso del presente trabajo, diversos prototipos individuales, uno de los cuales se
muestra en la Figura 4.
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Fig. 4: Prototipo de una excavadora
APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL
AUMENTADA EN OTRAS ASIGNATURAS
Y
REALIDAD
Algunas de las carreras y asignaturas a las que se le realizaron módulos de RV/RA fueron:
 Carrera de Geología: Cristalografía y Mineralogía, y Geología General 1
 Carrera de Metalurgia: Preparación Mecánica de Minerales
 Carrera de Minas: Topografía Minera
 Carreras de Ingeniería Química y de Ingeniería en Procesos Químicos: Maquinarias
Químicas
 Carrera de Ingeniería Ambiental: Evaluación de Impacto Ambiental, y Evaluación y
Estudio de Impacto Ambiental
 Carreras de Computación e Informática, e Ingeniería Industrial: Computación Básica
 Carrera de Computación e Informática: Introducción a la Programación, y Arquitectura y
Organización de Computadores
A continuación se destaca el aporte a cada asignatura del módulo desarrollado:
 Cristalografía y Mineralogía. El propósito de esta aplicación es permitir que los estudiantes
comprendan mejor las operaciones de simetría rotacionales correspondientes a las distintas
formas cristalinas (cristales) de los sistemas cristalinos. En el fondo, como se utilizan los
elementos de simetría (operadores), para efectuar con ellos las operaciones de simetría
correspondientes a las distintas clases cristalinas o grupos de simetría.
Fig. 5: Ejes de rotación de los cristales con RA
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 Geología General 1. Es un recorrido virtual de un terreno que los estudiantes de primer año
deben visitar y estudiar, en el que mediante RA se señalan algunos puntos de interés.
 Preparación Mecánica de Minerales. Esta aplicación permite hacer un recorrido virtual de
una planta de reducción de tamaño típica, permitiendo que el estudiante se informe en
detalle de los diferentes componentes de la misma, sus características y como evaluar el
proceso.
Fig. 6: Aplicación del módulo de RV en la asignatura
Preparación Mecánica de Minerales

Topografía Minera. Es una aplicación creada para que los estudiantes, con la ayuda de
imágenes en 3D, puedan dimensionar y visualizar el relieve de una superficie terrestre
irregular usando mantos de superficies y curvas de nivel a distintas alturas. Este efecto 3D
ayuda mucho a los estudiantes de hoy en día a visualizar y formar en su mente, una
superficie curva en el espacio.

Maquinarias Químicas. Aplicación de realidad aumentada que permite estudiar distintas
características de equipos en una planta química.

Evaluación de Impacto Ambiental, y Evaluación y Estudio de Impacto Ambiental. En estas
dos asignaturas, la Realidad Aumentada permite crear guías interactivas de dispositivos y
equipos de tratamiento de gases en los cuales los estudiantes pueden ver los equipos en 3D,
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etiquetas que muestran la ubicación y descripción de diversas partes, a su vez permite
manejar variables, lo que hace didáctico y novedoso el proceso de enseñanza/aprendizaje.

Computación Básica e Introducción a la Programación. En estas dos asignaturas, el objetivo
es desarrollar un juego interactivo que facilite la enseñanza de la programación, de
algoritmos básicos y algoritmos complejos, utilizando un enfoque de dos niveles, básico y
avanzado; en cada nivel se dispone de preguntas, puntajes, evaluación y sistema de ayuda.

Arquitectura y Organización de Computadores. Aplicación de Realidad Aumentada para
mostrar diferentes tipos de placas madres y sus componentes; para cada parte, se identifican
sus elementos constituyentes.
Fig. 7: Aplicación del módulo de RA en la asignatura
Arquitectura y Organización de Computadores
La estrategia para formalizar la participación en el proyecto consistió en:

El equipo del proyecto decide las asignaturas a considerar

Se contacta a los profesores de las asignaturas

Se formaliza la participación de los profesores, a través de los Directores de los
Departamentos que imparten las asignaturas
En el proyecto participaron todos los Departamentos de la Facultad de Ingeniería y Ciencias
Geológicas, con un total de 9 profesores y 346 estudiantes.
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CONCLUSIONES
Es claro que los medios educativos convencionales no desaparecerán, sino mas bien se redefinirán y
además evolucionarán en lo que respecta a sus métodos apoyados por la simulación y el contenido
interactivo. De acuerdo con ello, la Realidad Virtual y la Realidad Aumentada tienen un potencial
enorme en la esfera educativa como una gran herramienta de motivación. Esta tecnología no está
destinada a reemplazar a los profesores, ya que la Realidad Virtual es sólo una herramienta de
complemento a las metodologías del profesor. Los estudiantes siempre necesitarán la guía humana
que una máquina no puede proveer.
Al hablar sobre la Realidad Virtual como instrumento de asistencia tecnológica inteligente y su
aplicación en el aprendizaje de personas, es pertinente discutir brevemente los conceptos de
Realidad Virtual, asistencia tecnológica inteligente y aprendizaje. Por un lado, la Realidad Virtual
es una aplicación que permite al usuario navegar e interactuar con objetos y escenas trisdimensionales, en un ambiente generado por computador en tiempo real y por otro lado presenta
ciertas limitaciones respecto de la verdadera pedagogía propiamente tal como lo es la de un
profesor, es por ello que se presenta tan sólo como un complemento educacional.
Esta tecnología brinda un escenario de aprendizaje seguro, atractivo y novedoso, y posibilita a los
profesionales una alternativa viable para evaluar y contribuir al desarrollo de las destrezas básicas
para el manejo y control de un mundo real en el cual se van a desenvolver los estudiantes que
usarán estas aplicaciones.
Los módulos se empezaron a aplicar desde el primer semestre del 2013. A los estudiantes se les
aplicó una encuesta de satisfacción, la cual fue muy positiva. Los profesores que participaron
expresaron el gran potencial que tienen estas tecnologías y que deseaban continuar desarrollando
otros módulos dentro de la asignatura participante en el proyecto o en otras asignaturas que ellos
imparten.
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BIBLIOGRAFÍA
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Augmented Reality for Android Application Devepopment, Packt Publishing,
Hodder, Tyler ( 2013)
Oculus Rift: The Future of Virtual Reality Gaming (How to Guide), Epic Ebooks.
Kim, Gerard –(2005)
Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach, Ed. Springer,
Phillips, Bill & Hardy, Brian (2013)
Android Programming: The Big Nerd Ranch Guide, Big Nerd Ranch, Inc.