În societatea de astăzi, tehnologia a devenit o parte crucială a vieții noastre cotidiene. Accesul la informație nu a fost niciodată mai la îndemână ca acum, iar sursele de informare nu au fost nicicând mai variate. Totodată, sistemul de învățământ tradițional are unele limitări în a transmite informația dorită către elev, iar uneori elevul are probleme în a conceptualiza informația primită.

Realitatea virtuală și realitatea augmentată sunt considerate a fi tehnologii noi, dar adevărul este că aceste tehnologii datează de câteva decenii și există o mare comunitate internațională care lucrează pe aceste subiecte la nivel științific și industrial [1]. Dezvoltarea rapidă a tehnologiei din ultimii ani a făcut ca aceste tehnologii să fie disponibile tuturor.

1. Introducere

Tehnologiile inovatoare de recunoaștere vizuală sunt utilizate în contextul unor medii create artificial, bazate pe sisteme de calcul de înaltă performanță, prezentate utilizatorilor printr-o varietate de echipamente de afișare. Într-un astfel de scenariu mediul poate fi extins cu informații suplimentare, atât vizuale, cât și sonore. Realitatea augmentată (RA) permite suprapunerea obiectelor 3D virtuale generate de computer peste un mediu real în timp real [2], care pot fi vizualizate de oameni în contextul respectiv, folosind echipamente comune precum tablete sau telefoane mobile.

De asemenea, în scenariile bazate pe tehnologii de realitate augmentată, obiectele considerate puncte de interes, respectiv cele de context, pot coexista în același spațiu. Astfel, aceste tehnologii pot ajuta la dezvoltarea de noi moduri de a experimenta interacțiuni sau diverse medii fizice folosind o suită de tehnici de detectare vizuală digitalizată.

Posibilitatea de a îmbunătăți diferite contexte reale prin metode vizuale complexe reduce nevoia de seturi elaborate și costisitoare de senzori externi care traduc mediile reale în reprezentări digitale.

Datorită diseminării pe scară largă a sistemelor de calcul performante, precum și datorită dezvoltării fără precedent a dispozitivelor mobile, elementele grafice complexe au ajuns disponibile oricărui utilizator, posesor al unui smartphone sau a unei tablete. Interesul pentru aceste noi tehnologii de vizualizare a fost observat cu precădere în zona culturală, acolo unde instituții de cultură, muzee, sit-uri arheologice au avut posibilitatea de a oferi vizitatorilor o experiență culturală imersivă, interactivă, cu un randament mult mai bun în transferul cunoștințelor. Conform [3], imersiunea a fost identificată ca una dintre forțele motrice care promovează învățarea în mediile de învățare bazate pe tehnologie.

Potrivit unui studiu al Ericsson ConsumberLab, intitulat “Merged Reality” [4], atunci când realitatea fizică și cea virtuală vor începe să se întrepătrundă, viețile oamenilor, modul în care trăim, lucrăm și consumăm informații se vor schimba în mod fundamental. Șapte din zece utilizatori familiarizați cu tehnologiile de vizualizare computerizată consideră că acestea vor ajunge să fie utilizate în mod obișnuit în media, educație, turism, vânzări, la locul de muncă sau în interacțiuni sociale. Utilizatorii se așteaptă ca în curând ecranele virtuale să înceapă să înlocuiască televizoarele și cinematografele. Iar pentru ca noile tehnologii vizuale să se îmbine cu realitatea fizică și să devină la rândul lor realitate comună este nevoie de implementarea tehnologiei 5G, care le oferă utilizatorilor mai multă mobilitate.

2. Contextul teoretic-aplicativ

O analiză bibliometrică [5] menită să determine tendințele de cercetare legate de utilizarea realității augmentate a relevat faptul că învățarea mobilă, educația științifică, învățarea științelor și învățarea electronică au fost cuvintele cheie cele mai utilizate în articole, în timp ce articolele mai recente tindeau să se concentreze pe învățarea mobilă. Rezultatele au arătat că articolele recente s-au concentrat în principal pe mediile de învățare mobilă și e-learning.

În dezvoltarea prototipului trebuie mai întâi să analizăm diferențele și beneficiile realității augmentate (RA) în raport cu tehnologiile TIC tradiționale (tehnologia informației și comunicațiilor) ca instrument de învățare. Într-un studiu care a comparat utilizarea TIC și a realității augmentate în procesul educațional, rolul RA a fost considerat mai inovator de către profesori în următoarele elemente și aspecte: „De la instruire la autoinstruire”, „Învățare diferențiată în funcție de moduri diferite de percepție”, „De la învățarea controlată de profesor la învățarea controlată de elev”, „Cunoștințe legate de context” și „Integrare în alt mediu decât școala” [6].

Impactul realității augmentate asupra profesorilor și a studenților a fost studiat într-un program pilot de dezvoltare profesională al profesorilor care a fost conceput, testat și implementat în Cipru și Grecia [7]. Studiul a subliniat că, din perspectiva profesorilor, RA este o tehnologie promițătoare, care poate aduce valoare suplimentară, cu condiția ca mai mult conținut educațional îmbunătățit de RA să devină disponibil. În ceea ce îi privește pe studenți, studiul a relevat că aplicațiile RA au avut un impact pozitiv asupra nivelurilor de participare și motivație.

Analizând efectul aplicațiilor de realitate augmentată asupra înțelegerii lecturii și permanenței învățării a elevilor de liceu [8], rezultatele au fost destul de optimiste, arătând un nivel mai ridicat de înțelegere a lecturii și permanență în învățare în comparație cu grupul de control.

Un alt studiu [9] care s-a concentrat pe realitatea augmentată și geolocalizare, a prezentat oportunitățile, dar și riscurile utilizării acestor tehnologii, în special în turism și istorie.

Realitatea augmentată mobilă este deosebit de potrivită pentru aplicații educaționale în contexte informale, cum ar fi muzee, parcuri și străzi, unde experiența de învățare poate fi adaptată pentru a se potrivi cu locația și alte informații contextuale conectate la cursant [10]. În primul rând, este necesar să înțelegem faptul că potențialul educațional al unui sit geologic, sau al oricărui alt mediu educațional, nu are o valoare universală, ci depinde de grupul țintă [11]. În conformitate cu aceasta, experiențele AR dezvoltate sunt adaptate unui anumit grup țintă.

Astfel, biodiversitatea și diversitatea culturală a Deltei Dunării face posibilă definirea unui număr semnificativ de posibile rute de explorare și experiențe îmbunătățite cu realitate augmentată. Oleksy [12] susține că jocurile care folosec tehnologii de realitate augmentată cresc atașamentul față de locul unde sunt jucate. În acest context, plasarea experiențelor RA într-o locatie protejată inclusă în patrimoniul UNESCO adaugă la atractivitatea proiectului.

Un alt studiu care a susținut aducerea experienței AR în afara sălii de clasă a arătat că copiii care beneficiază de educație în afara sălii de clasă prezintă o creștere a timpului zilnic în care sunt activi fizic [13].

În plus, integrarea tehnicilor de gamificare în mediul RA a arătat un interes crescut în rândul studenților pentru subiectul prezentat. Acest lucru a condus apoi la experiențe optime de învățare, unde în cele din urmă elevii au început să aibă percepții pozitive asupra subiectului și au fost motivați să extindă procesul de învățare pe cont propriu [14]. Tehnicile de gamificare încorporează mecanica jocului în procesul de învățare pentru a crea o atmosferă de învățare distractivă și captivantă. De asemenea, s-a remarcat [15] faptul că, cunoștințele de geografie cresc capacitatea de a juca mai bine jocul. Adăugarea tehnicilor de gamificare la experiențele RA disponibile în prototip permit utilizatorului să interacționeze cu mai mult cu aplicația și, de asemenea, cu alți utilizatori.

3. Materiale și metode

În acest context, SMARTSENSE își propune utilizarea tehnologiilor specifice recunoașterii audio-vizuale și realitate augmentata, în contextul unui areal geografic de interes, prin realizarea unei platforme tehnologice prototip, în cadrul biosferei Delta Dunării, cu scopul de a oferi o suită de produse tehnologice, ușor accesibile celor care desfășoară activități educative și de cercetare în acest areal. Prin abordarea cu totul inovativă, atât nivelul de interes al elevilor, cât și cunoașterea dobândită de aceștia, va crește cu siguranță.

Soluția tehnologică propusă este construită în jurul următoarelor elemente: o hartă interactivă multistrat, disponibilă atât pentru dispozitive mobile, cât și pentru desktop, o componentă de realitate augmentată și o componenta de administrare a continutului.

În ceea ce privește arhitectura platformei tehnologice pentru cercetarea/promovarea biosferei Delta Dunării, din perspectiva tehnologiilor recunoaștere vizuală și vizualizare computerizată, aceasta a fost concepută plecând de la conceptele întâlnite în arhitecturile Vuforia și Wikitude, acestea fiind și unele dintre cele mai cunoscute SDK-uri pentru dezvoltarea soluțiilor de recunoaștere vizuală.

Pentru componenta de realitate augmentata mediul de dezvoltare ales este Unity 3D. In general, Unity 3D este folosit pentru dezvoltarea de jocuri dar și de aplicații multimedia, aplicații de realitate virtuală și augmentată. Un alt factor ce a dus la alegerea acestei soluții este posibilitatea rapidă de export a aplicației mobile pentru principalele sisteme de operare ce rulează pe majoritatea dispozitivelor mobile actuale, si anume Android și iOS.

La dezvoltarea hărții interactive multistrat s-a optat pentru folosirea tehnologiilor OpenStreetMaps și React.

React (cunoscută și sub numele de React.js sau ReactJS) este o bibliotecă JavaScript open-source pentru construirea de interfețe de utilizator. React respectă arhitectura MVC (Model – View – Controller) și oferă niște reguli de „data flow” foarte clare, este potrivit pentru proiecte mari, poate fi integrat foarte ușor cu diverse module denpm, prezintă tehnologia virtual DOM. De asemenea, modelele se realizează ușor, este facilă manipularea stării aplicației în orice moment, este scalabil și flexibil.

Tot pentru dezvoltarea componentei de administrare, care stochează și servește toate datele prezente în aplicație, am folosit sistemul de baze de date PostgreSQL și framework-ul Laravel, cel mai popular framework PHP până în prezent.

4. Concluzii

În domeniul educației, realitatea augmentată poate oferi multiple beneficii: face o trecere lină de la tradițional la digital, conferă un plus de interacțiune și eficiență în relația student-student și student-pedagog, dar – poate cel mai important, asigură o mai mare înțelegere a teoriei, subiectelor, temelor sau conceptelor. Combinând conținutul atractiv cu componenta interactivă actul educațional nu va avea decât de câștigat: nu doar că elevii sau studenții  vor fi mai interesați de subiect și vor reține mai bine informațiile, dar vor putea chiar să dobândească, în timp scurt și cu efort minim, abilități esențiale.

Prototipul SmartSense are și enormul avantaj că se poate plia pe aproape orice disciplină, și în orice grupă de vârstă, prerechizitele fiind minime și aproape general disponibile: respectiv conexiune la internet și un dispozitiv mobil (telefon mobil smart sau tabletă).

Bibliografie

[1] Guitton, P., Moreau, G., & Arnaldi, B. (Eds.). (2018). Virtual Reality and Augmented Reality: Myths and Realities. John Wiley & Sons, Incorporated.

[2] Mangina, E. (2017). 3D learning objects for augmented/virtual reality educational ecosystems. 2017 23rd International Conference on Virtual System & Multimedia (VSMM), 2017, 1-6. 10.1109/VSMM.2017.8346266

[3] Uriarte, A., Ibáñez, M., Zataraín, R., & Barrón, M. (2022, 4 22). Higher Immersive Profiles Improve Learning Outcomes in Augmented Reality Learning Environments. MDPI. Retrieved November 1, 2022, from https://www.mdpi.com/2078-2489/13/5/218/htm

[4] ConsumerLab report on Merged reality (VR/AR). (n.d.). Ericsson. Retrieved November 1, 2022, from https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/consumerlab/reports/merged-reality

[5] Arici, F., Yildirim, P., Caliklar, Ş., & Yilmaz, R. M. (2019). Research trends in the use of augmented reality in science education: Content and bibliometric mapping analysis. Computers & Education, 142(2019). 10.1016/j.compedu.2019.103647

[6] Salmi, H., Kaasinen, A., & Kallunki, V. (n.d.). Towards an Open Learning Environment via Augmented Reality (AR): Visualising the Invisible in Science Centres and Schools for Teacher Education. Procedia – Social and Behavioral Sciences, 45(2012), 284-295. 10.1016/j.sbspro.2012.06.565

[7] Lasica, I.-E., Meletiou-Mavrotheris, M., & Katzis, K. (2020). Augmented Reality in Lower Secondary Education: A Teacher Professional Development Program in Cyprus and Greece. MDPI. Retrieved October 31, 2022, from https://www.mdpi.com/2227-7102/10/4/121/htm

[8] Bursali, H., & Yilmaz, R. M. (2019, 6). Effect of augmented reality applications on secondary school students’ reading comprehension and learning permanency. Computers in Human Behavior, 95(2019), 126-135. 10.1016/j.chb.2019.01.035

[9] Kysela, J., & Štorková, P. (2015, 2 12). Using Augmented Reality as a Medium for Teaching History and Tourism. Procedia – Social and Behavioral Sciences, Volume 174, 926-931. 10.1016/j.sbspro.2015.01.713

[10] Laine, T. H. (2018, 3 3). Mobile Educational Augmented Reality Games: A Systematic Literature Review and Two Case Studies. MDPI. Retrieved October 30, 2022, from https://www.mdpi.com/2073-431X/7/1/19/htm

[11] Drápela, E. (2022, 10 31). Assessing the Educational Potential of Geosites: Introducing a Method Using Inquiry-Based Learning. Retrieved November 1, 2022, from https://www.mdpi.com/2079-9276/11/11/101/htm

[12] Oleksy, T., & Wnuk, A. (2017, 11). Catch them all and increase your place attachment! The role of location-based augmented reality games in changing people – place relations. Computers in Human Behavior, 76, 3-8. 10.1016/j.chb.2017.06.008

[13] Schneller, M. B., Duncan, S., Schipperijn, J., Nielsen, G., Mygind, E., & Bentsen, P. (2017, 5 26). Are children participating in a quasi-experimental education outside the classroom intervention more physically active? BMC Public Health, 17(523). 10.1186/s12889-017-4430-5

[14] Wang, D., Khambari, N. M., Wong, L., & Razali, A. B. (2021, 11 19). Exploring Interest Formation in English Learning through XploreRAFE+: A Gamified AR Mobile App. MDPI. Retrieved October 31, 2022, from https://www.mdpi.com/2071-1050/13/22/12792/htm

[15] Sdravopoulou, K., Manuel, J., González, M., & Hidalgo, M. D. (2021, 8 27). Educating Adults with a Location-Based Augmented Reality Game: A Content Analysis Approach. MDPI. Retrieved November 1, 2022, from https://www.mdpi.com/2227-7390/9/17/2071/htm