Realidad extendida en educación de astronomía

• Astrobite original: Extended Reality in Astronomy Education/Outreach por Lindsey Gordon

Crédito de la imagen destacada: Museo de Ciencias de Boston

Nota: este Astrobite fue escrito por Lindsey Gordon, una estudiante en su primer año de doctorado en la Universidad de Minnesota Twin Cities. Su trabajo ha consistido desde exoplanetas a cuasares hasta aceleradores de partículas. Ahorita se encuentra trabajando en estudios computacionales de ICM y galaxias activas. Si tuviera tiempo libre, lo pasaría tejiendo o leyendo una novela de fantasía lo suficientemente grande que puede funcionar para detener puertas.

La transición de un universo de tres dimensiones a imágenes de dos dimensiones siempre ha creado problemas cuando se trata de preservar el tamaño, escala y posiciones de objetos (vean Fluke 2018). La distorsión de geometría en 3D presenta algunos problemas en astronomía, pero, en particular, la educación de ciencia es la que sufre cuando los aprendices son presentados con visualizaciones de datos incorrectos. Los programas de realidad extendida y dispositivos montados en la cabeza (HMDs por sus siglas en inglés) pueden presentar una nueva solución para este problema.

La realidad extendida es un espectro de experiencias que caen en medio de ser algo muy realista hasta un ambiente completamente virtual, como se muestra en la Figura 1. Dependiendo del nivel de inmersión, estas modificaciones tienen el nombre de realidad mixta, realidad aumentada o realidad virtual (VR por sus siglas en inglés), con VR siendo el nombre más común para cualquier mezcla entre lo real y lo digital que tiene un componente inmersivo. Hace tiempo, los HMDs eran algo que solamente aparecían en ciencia ficción, pero ahora, están siendo lentamente usadas comúnmente, con ofertas comerciales de compañas tecnológicas grandes. HMDs ofrecen a los usuarios una completa inmersión visual dentro de un componente que se pone en la cabeza y, generalmente, incluyen un dispositivo para las manos para controlar la experiencia del usuario (vean la Figura 2).

Planetarios, auriculares e inmersión

La realidad extendida ya está siendo utilizada para la educación de astronomía a través de presentaciones en planetarios. Los planetarios modernos comparten varias características con VR, en particular, su preservación de mostrar un espacio de tres dimensiones y sus pantallas esféricas. Hay varias técnicas sobre cómo desarrollar experiencias inmersivas – The End of Storytelling de Stephanie Rigg es un gran recurso si andas buscando a más información. Las experiencias que uno tiene en un planetario y con auriculares tienen muchas cosas en común, incluyendo utilizando pantallas que embarcan toda la perspectiva de la audiencia, creando programas que utilizan señales audio/visuales en vez de texto y desarrollando un ritual para el espacio. De la misma manera que cuando entras en un planetario y pasas por “señales” antes de una presentación, como las luces apagándose y los anuncios, en un auricular tienes un ritual de ponértelo y ver una pantalla cargándose. Es necesario crear una transición fluida entre la realidad y la realidad mixta para contribuir a la experiencia inmersiva de la audiencia. El control que tiene la audiencia para explorar es considerado como uno de los beneficios de tener una experiencia VR. Así, los usuarios pueden hacer sus propias decisiones para crear una experiencia que ellos puedan dirigir que puede ser más impactante para su educación. Los planetarios mas sofisticados pueden ofrecer presentaciones donde permiten un cierto nivel de control a los participantes para interactuar con el presentador, hacer preguntas y guiar la experiencia audiovisual. La educación es el propósito para los planetarios, pero muchas veces el propósito de los museos de ciencia son para promover la exploración futura de los miembros de la audiencia. Ayudan a enseñarle a los participantes qué tan divertido puede ser participar en un ambiente científico y promueven la curiosidad.

El problema con los planetarios es que son grandes, la construcción es costosa y son (generalmente) inmóviles. Los observatorios y telescopios profesionales son generalmente estacionarios y limitados por su lugar, clima y costo. En comparación, un HMD es bastante barato. Mientras que los modelos actuales pueden costar cientos de dólares, ellos pueden ser usados por varios invitados a través de los años, así que se puede ver como una inversión de largo plazo con un costo más barato que un boleto para un planetario para cada uso. Los HMDs también son portátiles ya que solo requieren de una computadora para conectarse y también tienen mayor accesibilidad ya que tiene menos requerimientos físicos para ser utilizado. Como un planetario, un programa VR en un HMD puede preservar las tres dimensiones espaciales, visualizar grandes cantidades de datos y crear una experiencia astronómica inmersiva que puede ser dirigida por el usuario. A diferencia de un observatorio real, un HMD no depende del clima, o de la polución de luz o del lugar físico en la Tierra. Los HMDs son mas accesibles comercialmente que antes, pero todavía no son lo suficiente comunes. Esto le da al usuario el beneficio de intentar algo nuevo e interesante que pueden intentar. Es decir, tiene un factor “wow” para incluir en los eventos educativos. Hay veces que se ha conocido que invitados han hecho una línea de más de una hora para intentar una corta experiencia astronómica en un HMD.

Por otra parte, se requiere de fondos para poder adquirir el dispositivo, al igual que su programa especializado y la capacitación de los educadores para poder utilizar la programación necesaria para el HMD. También esta la cuestión del factor de aislamiento de cada dispositivo. Mientras que la inmersión puede ser mejor en un HMD, la experiencia de comunidad que uno adquiera al ir a una presentación en un planetario es una parte importante de ese evento. El sentimiento de ser parte de una comunidad es algo difícil de recrear en VR; las juntas de grupos virtuales no es lo mismo a tener una junta en persona. Las experiencias VR en grupo también requerirían de observatorios o salones y de tener suficientes fondos para comprar dispositivos para todos los que atiendan el evento. Todo esto podría ser bastante caro. Sin embargo, puede que no sea necesario el efecto de ser parte de un grupo ya que la experiencia de intentar una tecnología nueva puede incitar el mismo sentimiento de emoción sobre el tema que es presentado.

Programas públicos de VR

A pesar de las dificultades, ha habido un auge en el desarrollo de software en VR para la educación de astronomía. Una de las piezas mas importantes es una plataforma de Microsoft llamado WorldWide Telescope (WWT), que después fue tomado por la Sociedad Americana de Astronomía (AAS por sus siglas en inglés) (Artículo de WWT aquí, versión en línea aquí). El WWT presenta una vista espacialmente precisa de un catálogo de datos astronómicos abiertos al público y deja que usuarios puedan explorar cualquier cosa desde nuestro sistema solar hasta el espacio profundo en su navegador desde una Desktop (ver Figura 4), o proyectado en 3D en un planetario o HMD. WWT ha logrado ser integrado dentro de varios planetarios pequeños, con cursos para niños en kinder hasta carrera, y puede ser usado en exhibiciones VR de museos. El WWT y las presentaciones clásicas en planetarios utilizan una “capa narrativa contextual”, una técnica de VR que utiliza contar una historia, exploración dirigida por el usuario e información real (para mas detalles de esta técnica implementada en WWT, vean Wong 2008). Los usuarios pueden seguir excursiones de 3D previamente grabadas o explorar por su propia cuenta, todo mientras tienen acceso a los datos del catálogo para generar su pantalla. WWT es gratis y de fuente abierta, y es diseñado para ser personalizada para diferentes experiencias, lo cual hace que esto sea una de las herramientas más populares de VR utilizadas en la educación de astronomía.

Otras implementaciones de realidad virtual en la educación de astronomía incluyen el programa allSkyVR (artículo, software), creado en el 2018, el cual fue diseñado para una herramienta de visualización astronómica para los HMD al igual que un desarrollo personalizado. El programa Stellarium (artículo, software) que es una herramienta similar a WWT y que fue diseñada para utilizar en una computadora, pero también tiene extensiones para que pueden ser utilizadas en un planetario. También tienen una aplicación móvil de realidad aumentada que utiliza los datos de la posición del teléfono para mostrar el cielo en ese instante. El programa MarsVR (artículo, sitio web) es algo recienta que utiliza los datos reales de NASA en Marte para dejar que los usuarios exploren la superficie de Marte. Es explícitamente diseñada para la educación pública y para uso de HMD. Los científicos del Laboratorio Astrofísico Big Bang produjo una experiencia VR llamado SN2SNR (artículo) para dejar que usuarios exploren simulaciones de la explosión de una supernova y su transición a un remanente.

Los programas de realidad virtual están lentamente siendo más comunes en la educación de astronomía. Mientras que no existen las herramientas educación perfectas, los programas VR en un HMD trae muchos beneficios para observatorios, museos y salones de clase y apenas están comenzando.

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