Herramienta de Realidad Aumentada para Facilitar la Enseñanza en Contextos Educativos Mediante el Uso de las TICs

Abstract

La Realidad Aumentada agrega elementos virtuales al entorno Real, proporcionándonos información de interés para el usuario aprovechando la infraestructura de las TICs. De esta manera, el entorno real es enriquecido con información mejorando así las experiencias en diferentes áreas, tales como entretenimiento, salud, Industria y principalmente los entornos educativos. En este artículo se presenta un framework que facilite a los educadores la enseñanza de los contenidos y aumente la participación de los alumnos, usando un juego de mesa. De esta manera, el alumnado interactúa directamente con los contenidos virtuales con el fin de afianzar sus conocimientos en diferentes áreas.

Full text

Ierache, J., Igarza, S., Mangiarua, N., Becerra, M., Bevacqua, S., Verdicchio, N., Ortiz, F., Sanz, D., Duarte, N., Sena, M.. 2014. Herramienta de Realidad
Aumentada para facilitar la enseñanza en contextos educativos mediante el uso de las TICs.
Revista Latinoamericana de Ingeniería de Software, 2(6): 365-368, ISSN 2314-2642
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Herramienta de Realidad Aumentada
para Facilitar la Enseñanza en Contextos Educativos
Mediante el Uso de las TICs
Jorge Ierache, Santiago Igarza, Nahuel A. Mangiarua, Martín E. Becerra, Sebastián A. Bevacqua,
Nicolás N. Verdicchio, Fernando M. Ortiz, Diego R. Sanz, Nicolás D. Duarte, Matías Sena
Departamento de Ingeniería e Investigaciones Tecnológicas
Universidad Nacional de La Matanza
San Justo, Buenos Aires
jierache@ing.unlam.edu.ar, realidadaumentada.unlam@gmail.com
Resumen—La Realidad Aumentada agrega elementos virtuales
al entorno Real, proporcionándonos información de interés para
el usuario aprovechando la infraestructura de las TICs. De esta
manera, el entorno real es enriquecido con información
mejorando así las experiencias en diferentes áreas, tales como
entretenimiento, salud, Industria y principalmente los entornos
educativos. En este artículo se presenta un framework que
facilite a los educadores la enseñanza de los contenidos y aumente
la participación de los alumnos, usando un juego de mesa. De esta
manera, el alumnado interactúa directamente con los contenidos
virtuales con el fin de afianzar sus conocimientos en diferentes
áreas.
Palabras clave— Realidad Aumentada, dispositivos móviles
aplicados en RA, aplicación de RA en la educación, Framework
de RA.
I. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, los avances tecnológicos han permitido
que la experiencia de Realidad Aumentada sea posible tanto
en computadoras personales como en Smartphones. Estos
últimos son los que ofrecen mayor usabilidad de las
aplicaciones creadas con esta tecnología al ser dispositivos
potentes, portables y versátiles debido a los servicios y
sensores que brindan.
Bajo el término de realidad aumentada [1] (en inglés
Augmented Reality o AR) se agrupan aquellas tecnologías que
permiten la superposición, en tiempo real, de imágenes o
marcadores1 o información generados virtualmente, sobre
imágenes del mundo real. De esta manera, se crea un entorno
en el que la información y los objetos virtuales se fusionan
con los objetos reales, ofreciendo una experiencia tal para el
usuario, que puede llegar a pensar que forma parte de su
realidad cotidiana. La Realidad Aumentada es una tecnología
que ayuda a enriquecer nuestra percepción de la realidad con
una nueva lente gracias a la cual la información del mundo
real se complementa con la del digital.
La Realidad Aumentada (RA) [2] agrega información
sintética a un ambiente real. La diferencia principal entre esta
y la Realidad Virtual (RV) es que la última implica inmersión
del participante en un mundo totalmente virtual; en cambio
RA implica mantenerse en el mundo real con agregados
virtuales.
1 Marcador, es una imagen impresa que proporciona una referencia espacial,
permitiendo al dispositivo imprimir la información virtual en el entorno real
captado relativo al mismo.
Para Ronald Azuma [3, 4], un sistema de RA es aquél que
cumple con tres condiciones de base: (a) Combina la realidad
y lo virtual. Al mundo real se le agregan objetos sintéticos que
pueden ser visuales como texto u objetos 3D (wireframe o
fotorealistas), auditivos, sensibles al tacto y/o al olfato, (b) Es
interactivo en tiempo real. El usuario ve una escena real con
objetos sintéticos agregados, que le que ayudarán a interactuar
con su contexto, (c) Las imágenes son registradas en espacios
3D. La información virtual tiene que estar vinculada
espacialmente al mundo real de manera coherente. Se necesita
saber en todo momento la posición del usuario respecto al
mundo real y de esta manera puede lograrse el registro de la
mezcla entre información real y sintética. En síntesis un
sistema de RA tiene tres requerimientos según Ronald Azuma:
combina la realidad con información sintética, los objetos
virtuales están registrados en el mundo real, es interactivo en
tiempo real.
En base a lo anterior descripto, el presente trabajo se basa
en la generación de una herramienta en el contexto de
Realidad Aumentada para contribuir al aprendizaje de
contenidos educativos, con la aplicación de los ultimas
avances en las TIC’s de manera de crear una experiencia
donde los alumnos interactúen con dichos contenidos. La
propuesta del Grupo de Realidad Aumentada es proporcionar
a los Educadores, un framework para dispositivos móviles que
permita enriquecer la experiencia de un juego de mesa
enfocado a un contexto educativo en el que se formulan
preguntas previamente desarrolladas en los contenidos. Por
ejemplo, preguntas de interés general, historia argentina,
salud, biología, etc.
II. ESTADO DEL ARTE
A. Realidad Aumentada en ámbitos educativos
En el estado del arte enfocado a los ámbitos educativos,
podemos encontrar diferentes proyectos que enriquecen los
métodos de enseñanza.
En [5] se describe una herramienta RA llamada AuthorAR.
Esta herramienta de autor está orientada a la creación de
actividades educativas de RA, con la inclusión de plantillas
específicas para el escenario de educación especial, con foco en
el entrenamiento de competencias comunicacionales. Las dos
plantillas que desarrollaron hasta el momento de su publicación
son: una para actividades de exploración y otra para
actividades de estructuración de frases.

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Por un lado se desarrollaron herramientas para facilitarles a
personas con diferentes dificultades, la enseñanza de
contenidos educativos. Un ejemplo es PictogramRoom [6], es
un proyecto que involucra una habitación de Realidad
Aumentada para enseñar a comprender los pictogramas que
permiten la comunicación a personas con trastornos del
espectro del autismo. En otro orden Eyering [7], plantea un
anillo de Realidad Aumentada equipado con una pequeña
cámara, un procesador, conectividad Bluetooth y
retroalimentación auditiva, a través de un dispositivo portátil,
que podría ayudar a las personas con dificultades visuales a
identificar objetos y leer texto. E-labora [8], incorpora la
Realidad Aumentada y la tecnología 3G en actividades de
entrenamiento y formación profesional. Este proyecto pretende
mejorar la integración de las personas con discapacidad
intelectual en el lugar de trabajo. En materia de juegos se han
obtenido diversos resultados aplicando RA, como por ejemplo
Virtuoso [9], un Juego educativo multiusuario que corre en el
interior de un museo de Historia y Arte. El objetivo es ubicar
cronológicamente, de izquierda a derecha, las palabras claves
en las ranuras de la línea de tiempo, representada en la pared
mediante marcadores. Usando la tecnología RA, cada ítem es
representado virtualmente en la línea de tiempo y proporciona
información de base acerca del mismo, con su nombre y una
descripción sintética.
III. HERRAMIENTA DE REALIDAD AUMENTADA
La herramienta propuesta consiste en un framework que
permite articular con el plano de un juego que contiene
casilleros y se encuentra desplegado en un tablero físico, los
contenidos de Realidad Aumentada previamente configurados,
seleccionados y almacenados en función de la temática. La
aplicación ejecuta videos sobre el casillero de la superficie del
tablero, proporcionando la sensación de que el video se
posiciona y ejecuta realmente en el casillero físico, generando
de esta forma una aumentación de la realidad. Cada video
ofrece tres opciones de las cuales el jugador elegirá una
mediante un toque en la pantalla de su dispositivo.
El proceso consiste en que cada alumno participante del
juego toca el dado virtual para que su ficha virtual avance a
través de los casilleros del tablero físico. En cada casillero
aparecerá un video aleatorio correspondiente a la temática
seleccionada, sobre el que el sistema le hará una pregunta, para
que este pueda seguir avanzando. En caso que conteste
incorrectamente, perderá el turno y seguirá otro alumno. En
caso de acertar, el alumno sigue jugando. El alumno al llegar a
la meta no solamente alcanza el objetivo de completar el
recorrido del juego, sino que se obtiene una puntuación del
mismo y detalles de sus aciertos y errores, sobre los cuales se
puede recurrir para luego fijar los contenidos que el alumno no
pudo superar en el juego.
A. Framework
El desarrollo se realizó en Android y se empleó las
herramientas Unity3D [10] y Vuforia [11].
A continuación se explicara el funcionamiento del
framework. En la Fig. 1 se puede observar, los componentes
del framework.
La aplicación está compuesta por el controlador del juego
que administra el funcionamiento general, delegando tareas a
los componentes restantes durante la ejecución del mismo.
Otro componente es Contenidos Target, se encarga de
seleccionar el contenido para cargar los videos y las opciones
sobre los marcadores para el jugador de turno. En cuanto a la
representación de los elementos virtuales sobre el tablero, el
componente Elementos Juego se encarga de administrar el
Tablero, Dado, Ficha del Jugador 1 y Ficha de Jugador 2. Cada
una se encarga de representar cada elemento virtual
respectivamente. Por último, el componente Controlador
Respuesta se encarga de determinar el resultado según la
opción que elijan los jugadores.
Fig. 1. Componentes del Framework
En la Fig. 2, se puede observar un diagrama de clases
conceptuales que aporta una visión más detallada de las
relaciones más relevantes entre entidades que conforman los
componentes de la aplicación.
Fig. 2. Diagrama de clases
A continuación, se muestra una secuencia que explica la
secuencia normal del framework. El escenario consiste en que
el usuario toca el dado virtual de la aplicación para que el
controlador del juego indique a la ficha su movimiento al
casillero correspondiente y que le indique al gestor de
contenido, proceda la carga del video con las opciones
correspondientes.
Fig. 3. Secuencia normal
IV. CASO DE ESTUDIO, APLICACIÓN JUEGA PULSAR PLAY
A. Framework de aplicación
Para utilizar el framework, los usuarios deben contar con
un Smartphone que cuente con sistema operativo Android y la
aplicación presentada previamente instalada. Para jugar los
usuarios deben enfocar el tablero con su dispositivo para que
los elementos virtuales puedan ser visualizados a través del
visor del dispositivo. Al iniciar el turno, el alumno que
participa, toca el dado virtual para determinar cuántos

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casilleros avanzar. Luego, la ficha asociada al alumno jugador
de turno se desplazará hasta la posición que fue determinada
por el número aleatorio obtenido al tirar el dado, aumentando
la realidad sobre el tablero físico de juego. A continuación, un
video se ejecutará para realizar una pregunta al alumno en el
marco del juego. Al finalizar la reproducción de video, se
mostrarán las opciones en la que se debe elegir una como
respuesta. Como resultado se puede esperar que el jugador
continúe con su turno, si contesto correctamente. Caso
contrario, pierde el turno para cedérselo al otro alumno
participante. La partida finaliza cuando algún participante llega
a la meta. El usuario aumenta la realidad del tablero físico de
juego a través de su dispositivo móvil el que corre la aplicación
Juega PulsAR Play [12] seleccionando marcadores temáticos
correspondiente a las categorías de las preguntas, que contiene
los videos de contenidos con los que interactúa el usuario en un
ambiente de Realidad Aumentada, se muestra una imagen en la
Fig. 4.
Fig. 4. Dispositivo móvil-usuario eligiendo una opción
Se describen a continuación marcadores utilizados en
presentaciones iniciales del sistema desarrolladas durante las
exposiciones: “Segunda Muestra Municipal de Ciencia y
Tecnología - Plaza Ciencia 2013” y “ExpoProyecto UNLaM
2013” que tomaron lugar en el partido de La Matanza.
Se generaron contenidos y preguntas asociados a los
marcadores, referido a diferentes temáticas, como: Actualidad
Fig. 5a, Historia Fig. 5b, Música Fig. 5c, Cine Fig. 5d, Deporte
Fig. 5e. Con estos contenidos se realizaron pruebas con el
público visitante aplicando el framework desarrollado para la
plataforma Android.
Fig. 5a. Actualidad Fig. 5b. Historia
B. Tablero físico
Para utilizar el framework, en este caso se diseñó un tablero
físico con el correspondiente plano del juego, como el que se
observa en Fig. 6, en el que las fichas virtuales de los jugadores
avanzan por un camino junto a los casilleros que representan
las categorías temáticas identificadas en función de los
marcadores, que presentan las preguntas, a partir de los videos
en su dispositivo móvil. Cada casillero pertenece a una de las
categorías.
Cada categoría tiene asociada videos de contenidos
temáticos sobre los que realizan preguntas al alumno que debe
seleccionar una opción luego de la reproducción de video.
Fig. 5c. Música Fig. 5d. Películas Fig. 5e. Deportes
Fig. 6. Tablero físico
Las Fig. 5a hasta 5e funcionan como marcadores que
indican una referencia espacial para el contenido virtual
(videos y opciones para responder), los marcadores permiten
que se adapte exitosamente el mundo real del tablero físico y
actúan como identificadores de contenidos temáticos para el
alumno que se encuentra participando del juego.
C. Elementos virtuales
La aplicación de RA, a través del empleo del Smartphone o
Tablet, que es enfocada y posicionada en el tablero físico,
presenta los elementos virtuales que aumenta la realidad, en
este orden para su utilización la aplicación presenta: un dado
virtual (Fig. 7a), las fichas virtuales para cada jugador (Fig.
7b), videos, respuestas posibles sobre las que el alumno tiene
que elegir una opción (Fig. 8).
Fig. 7a Dado Virtual
Fig. 7b Fichas de jugadores
Fig. 8. Video con opciones para responder
D. Modalidad de funcionamiento
Para utilizar el framework, los usuarios deben contar con
un Smartphone que cuente con sistema operativo Android con
la aplicación previamente instalada. Para utilizarlo los usuarios
deben enfocar el tablero con su dispositivo para que los
elementos virtuales puedan ser visualizados a través del visor
del dispositivo. Para iniciar el turno, el jugador
correspondiente, toca el dado virtual para determinar cuántos
casilleros avanzar. Luego, La ficha asociada al jugador de
turno se desplazará hasta la posición que fue determinada por

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el número aleatorio obtenido. A continuación, un video se
ejecutará para realizar una pregunta al jugador. Al finalizar la
reproducción de video, se mostrarán las opciones en la que se
debe elegir una como respuesta. Como resultado se puede
esperar que el jugador continúe con su turno, si contesto
correctamente. Caso contrario, pierde el turno para cederle el
turno a su contrincante. La partida finaliza cuando un jugador
llega a la meta.
Nuestro grupo de investigación realizó pruebas de este
framework en la Expo Proyecto UNLaM 2013 a través de la
aplicación Juega PulsAR Play, donde alumnos de escuelas
secundarias y estudiantes universitarios de diversas carreras
fueron invitados a participar de partidas de prueba. Durante los
3 días de la exposición se observaron resultados satisfactorios
donde los alumnos demostraban gran interés por la mecánica
del juego que recompensa el conocimiento y aprendizaje. Se
observó también un alto nivel de incorporación de los
contenidos expuestos en la instancia de prueba por parte de
estudiantes que participaron de la prueba en más de una
ocasión.
V. CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO
La explotación del Framework en función del programa de
estudios con el que cuentan los educadores para llevar a cabo la
transmisión de conocimientos en un contexto educativo,
requiere que se definan las categorías que se quieran abordar
para segmentar las preguntas y respuestas posibles para que la
aplicación funcione. Además se debe diseñar el tablero físico y
los marcadores de acuerdo a las temáticas propuestas, ya que
las categorías se usan como marcadores representativos de las
mismas. Es posible también generar la imagen del tablero y los
marcadores proyectándolos sobre el pizarrón o pared a fin de
ahorrar costos y tiempos con la construcción física de los
mismos. La colaboración de contenidos educativos para
explotar en el Framework de RA, se puede realizar a través de
un catálogo de contenidos de RA [13] el que actualmente se
encuentra en desarrollo, permitiendo que se puedan publicar y
compartir contenidos, marcadores, cuestionarios y resultados.
Debido a los resultados obtenidos en las experiencias
previamente citadas, este tipo de tecnologías y en especial la
herramienta presentada, contribuye a enriquecer los métodos de
enseñanza. Nuestro framework hace uso de una nueva
tecnología emergente como lo es la Realidad Aumentada que
utiliza las TICs para añadir al entorno real de las personas,
nuevas alternativas que enriquezcan los métodos de enseñanza
de contenidos educativos. La línea de investigación a seguir es
desarrollar nuevos incrementos del GestorTargetContenido
para permitirle al usuario generar el contenido, marcadores y
las preguntas para que el framework funcione a través del
mismo facilitando la colaboración de contenidos de RA a
través del catálogo de RA que se encuentra en desarrollo.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo es financiado en el marco del proyecto
PROINCE C-168 del DIIT, nuestro agradecimiento a la Ing.
Zaloa Urrutikoetxea quien dio origen a la conformación del
grupo de RA de la UNLaM.
REFERENCIAS
[1] Fundación Telefónica, “Realidad aumentada: una nueva lente
para ver el mundo”, 1st ed., pp. 291-325, Jan. 2011.
[2] C. Manresa Yee, M. J. Abásolo, R. Más Sansó, M. Vénere,
“Realidad virtual y realidad aumentada. Interfaces avanzadas”,
1st ed., pp. 16-18, Universidad Nacional de La Plata, La Plata,
Buenos Aires, Argentina, 2011.
[3] R. T. Azuma, “A survey of augmented reality”, in Presence:
Teleoperators and Virtual Environments, vol. 6, no. 4, pp. 355-
385, Aug. 1997.
[4] R. T. Azuma, Y. Baillot, R. Behringer, S. K. Feiner, S.J. Julier,
B. MacIntyre, “Recent advances in augmented reality” in IEEE
Computer Graphics and Applications, pp. 34-47, Nov-Dec,
2001.
[5] L. Moralejo, C. Sanz, P. Pesado, S. Baldassarri, “Avances en el
diseño de una herramienta de autor para la creación de
actividades educativas basadas en realidad aumentada” in XIX
Congreso Argentino de Ciencias de la Computación - CACIC
2013, 1st ed., pp. 516-525, Jan. 2013.
[6] Pictogram room, http://www.pictogramas.org/proom/init.do?
method=initTab, (Vigente: Noviembre 2014).
[7] Eyering, http://www.digitalavmagazine.com/2012/08/13/el-mit-
crea-un-dispositivo-de-realidad-aumentada-para-ciegos-activado
-por-voz/, (Vigente: Noviembre 2014).
[8] T. de Andrés, M. Satur Torre, “Augmented Reality for e-labora:
aplicaciones móviles para trabajadores con discapacidad
intelectual”,http://www.qualcomm.com/media/documents/files/
wireless-reach-case-study-spain-augmented-reality-spanish-.pdf,
(Vigente: Noviembre 2014).
[9] Á. Belcastro, “Realidad Aumentada. UNLP: Virtuoso”,
http://www.ing.unp.edu.ar/asignaturas/ias/realaum.pdf,
(Vigente: Noviembre 2014)
[10] Unity3D, www.unity3d.com, (Vigente: Noviembre 2014).
[11] Vuforia, https://www.vuforia.com/, (Vigente: Noviembre 2014).
[12] Juega PulsAR Play, https://play.google.com/store/apps/details?
id=com.unlam.realidadaumentada.juegapulsarplay, (Vigente:
Noviembre 2014).
[13] J. Ierache, N. Mangiarua, S. A. Bevacqua, M. Becerra, N.
Verdicchio, M. Sena, N. Duarte, D. Sanz, F. Ortiz, S. Igarza,
“Sistema de catálogo para la asistencia a la creación,
publicación, gestión y explotación de contenidos multimedia y
aplicaciones de realidad aumentada” in XX Congreso Argentino
de Ciencias de la Computación, 1st ed., art. 6627, Oct. 2014.
Jorge Ierache es Doctor en Ciencias Informáticas
por la Facultad de Informática de la Universidad
Nacional de la Plata, profesor adjunto de la
Universidad Nacional de La Matanza y Director
del Grupo de Realidad Aumentada Aplicada.
Santiago Igarza es Ingeniero en Informática,
Director de Carrera de Ingeniería Informática de la
Universidad Nacional de La Matanza, Codirector
del Grupo de Realidad Aumentada Aplicada y
egresado de la misma.
Nahuel Adiel Mangiarua es Ingeniero en
Informática, ayudante de primera, miembro del
Grupo de Realidad Aumentada Aplicada de la
Universidad Nacional de La Matanza y egresado
de la misma.
Martín Ezequiel Becerra, Sebastián Ariel
Bevacqua, Nicolás Nazareno Verdicchio,
Fernando Martín Ortiz, Diego Rubén Sanz,
Nicolás Daniel Duarte y Matías Sena son
estudiantes de la carrera de Ingeniería en
Informática y becarios del Grupo de Realidad
Aumentada Aplicada de la Universidad Nacional de La Matanza.