L’un des défis les plus importants de l’enseignement de la géologie est d’amener le monde extérieur dans la salle de classe. Pendant une pandémie, de toute évidence, l’incapacité d’amener les élèves en classe en toute sécurité ne facilite pas les choses. Heureusement, les outils numériques peuvent offrir de nouvelles façons d’accéder au monde au-delà de la pièce dans laquelle vous vous trouvez.

La géologie est une science très spatiale et peut nécessiter beaucoup de visualisation 3D. Des modèles physiques simples (sans parler des roches) ont longtemps été utilisés pour aider à enseigner des choses comme les failles ou la structure minérale cristalline. Mais ces choses peuvent être étonnamment coûteuses et occupent une quantité surprenante d’espace de stockage. C’est un endroit évident où la technologie peut entrer en jeu, servant une variété infinie d’objets, de simulations et de données du monde réel, s’il existe un moyen facile pour les étudiants d’y accéder.

Les visualisations en réalité augmentée (RA) sont de plus en plus capables de tenir cette promesse. Ars a parlé à Martin Pratt à propos de son travail dans le cadre d’une université de Washington à Saint-Louis groupe qui développe des applications pour les cours, à la fois pour des appareils spécialisés comme HoloLens de Microsoft et pour les téléphones que la plupart des étudiants possèdent déjà.

«Vous voulez représenter ces données, non pas d’une manière projective comme vous le feriez sur un écran sur un manuel, mais en fait d’une manière tridimensionnelle», a déclaré Pratt. «Vous pouvez donc regarder autour de lui [and] manipulez-le exactement comme vous le feriez dans la vraie vie. La chose avec la réalité augmentée que nous avons trouvée la plus attrayante [compared to virtual reality] est qu’il offre un cadre enseignant-élève beaucoup plus intuitif. Vous n’êtes pas caché derrière des avatars. Vous pouvez utiliser des indices de langage corporel [like] contact visuel pour diriger les gens vers où vous voulez aller. »

Tout en complétant un doctorat. en sismologie il y a quelques années, Pratt s’était intéressé à la visualisation de données en cours de route. Il a relevé le défi de travailler sur la création d’applications AR, en commençant par une (iOS uniquement) qui permet aux utilisateurs d’explorer les données à jour sur les tremblements de terre de l’USGS en trois dimensions plutôt que simplement sur une carte 2D. Vous pouvez comprendre beaucoup plus facilement la géométrie d’une frontière de plaque tectonique de cette façon, ou même explorer le modèle des chocs et des répliques autour d’un tremblement de terre.

En collaboration avec le moteur de jeu Unity, Pratt a depuis mis en place une application flexible appelée GeoXplorer (pour iOS et Android) pour afficher d’autres modèles. Il existe déjà une grande collection de modèles de structure cristalline pour différents minéraux, vous permettant de voir comment tous les atomes sont disposés. Il existe également un certain nombre de types de roches différentes, vous pouvez donc voir à quoi ressemblent ces minéraux dans le monde macro. Revenant à l’échelle, il y a des affleurements rocheux entiers, permettant une véritable expérience géologique dans votre salon. Encore plus grand, il existe des cartes de terrain pour les paysages sur Terre, ainsi que sur la Lune et sur Mars.

Et ce n’est pas seulement la géologie. En raison de l’intérêt des gens dans d’autres domaines, Pratt a trouvé des ensembles de données existants à explorer, comme des modèles de protéines, d’art et d’archéologie.

Pour l’instant, il s’agit d’une expérience solo, mais Pratt travaille sur la création d’espaces partagés dans l’application. Un instructeur pourrait parcourir la salle et créer un cadre de référence pour l’espace. D’autres utilisateurs peuvent rejoindre la session depuis leurs appareils, en téléchargeant ce cadre de référence et en le faisant correspondre à leur perspective. Une fois cela fait, les élèves regarderaient tous le même objet virtuel placé et contrôlé par l’instructeur, comme s’ils tenaient un modèle devant la salle, passant à une expérience collaborative.

Le groupe est simultanément création d’une base de données communautaire pour contenir un catalogue croissant d’objets accessibles avec l’application. Pour les données déjà numériques, c’est une opération simple. Transformer des éléments du monde physique en modèles numériques est une opération différente. Heureusement, cela est devenu beaucoup plus facile récemment. Il n’est pas nécessaire de scanner des objets au laser avec des instruments coûteux. En utilisant le logiciel de photogrammétrie «structure à partir du mouvement», vous pouvez simplement traiter un certain nombre d’images sous différents angles pour créer un modèle.

«Nous avons une petite configuration de boîte à lumière dans le laboratoire, qui a une lumière diffuse pour montrer l’échantillon de main que vous souhaitez mesurer», a déclaré Pratt. «C’est sur une petite plaque tournante, donc il suffit de prendre une photo tous les 10 degrés et de faire 36 photos différentes tout autour à un niveau, puis de déplacer un peu le modèle et d’en faire 36 autres … Et essayez de collecter l’intégralité de cet échantillon de main.

La taille et la résolution de ces objets sont actuellement limitées par la capacité de nos appareils à gérer leur rendu à la fréquence de rafraîchissement souhaitée. Une chose à venir pour ces systèmes est des capacités de résolution adaptative qui chargent plus de détails lorsque vous zoomez sur une section d’un objet. Cela a une variété d’applications; Les équipes de rover sur Mars de la NASA, par exemple, pourraient l’utiliser pour se promener dans les images de la planète rouge tout en conservant la capacité de regarder de près les choses. Mais cela ouvrira également encore plus d’options pour la classe.

Au-delà des modèles statiques, certaines simulations interactives sont également en préparation. Pratt travaille avec des glaciologues de l’Université de Columbia sur un simulateur de glacier qui vous permet de faire pousser et de réduire un glacier sur un terrain virtuel, ou même sur votre bureau ou escaliers.

Ce sont tous des outils pratiques et uniques pour l’enseignement et l’apprentissage, d’autant plus qu’ils ne nécessitent pas de nouveaux appareils coûteux qui doivent être partagés. (Bien qu’avoir un HoloLens ait certainement ses avantages dans le service de l’interface utilisateur et des contrôles.) Et à mesure que de plus en plus de personnes trouvent de la valeur dans cette technologie et contribuent à de nouveaux modèles d’objets et de lieux, son utilité peut augmenter.

« [AR] J’espère que cela se répercutera dans quelques années sur les étudiants diplômés et les étudiants de premier cycle en disant: «Oh, je n’ai plus besoin d’utiliser un ordinateur portable. Je peux en fait montrer ces données tridimensionnelles que j’essaie d’étudier et de comprendre d’une manière différente avec un appareil sur lequel je suis assis ici de toute façon », a déclaré Pratt.

Vous n’avez pas du tout besoin d’être étudiant pour vous amuser, bien sûr. N’importe qui peut se sentir libre de faire une promenade lunaire ou d’invoquer des cristaux exotiques à votre table. Vous savez, comme un sorcier.