Propuesta formal de maestría:

 

 

 

Fundación Universidad de las Américas Puebla

 

Escuela de Ingeniería y Ciencias

 

Departamento de Computación, Electrónica y Mecatrónica

 

Representación y Manipulación de Objetos de Aprendizaje 3D en Espacios Virtuales de Aprendizaje

 

Propuesta formal de tesis

Maestría en Ciencias de la Computación

 

Abraham Ronel Martínez Teutle

abrahamr.martinezte@udlap.mx

 

Asesor:

Dr. José Alfredo Sánchez Huitrón

 

Sinodales:

Dr. Antonio Aguilera Ramírez

Dr. Oleg Starostenko Basarab


1           Contexto: Aprendizaje Colaborativo y Entorno Virtual de Aprendizaje

Existen diversas definiciones para el concepto de Aprendizaje Colaborativo, las cuales dependen del contexto en el que estén inmersas, asistido o no por computadora. La definición más general se establece como: “Una situación en la que dos o más personas aprenden o intentan aprender algo juntas” [Dillenbourg, 1999].

 

Por lo anterior se observa que la definición no especifica al número de personas, pueden ser desde un par hasta una comunidad entera. Tampoco especifica qué se va a aprender: una clase instruccional, resolución de problemas, adquisición de experiencia, etc. Y finalmente, no precisa el tipo de interacción: física, asistida por computadora, síncrona, asíncrona, en conjunto o dividida de forma sistemática. Así, dependiendo de la configuración de las características anteriores se delimitan los 3  principales dominios del aprendizaje colaborativo: número de integrantes, objetivo de aprendizaje e interacción [Dillenbourg, 1999].

 

En el marco de esta propuesta, aprendizaje colaborativo es una estrategia de enseñanza  asistida por computadora, en la que un grupo de personas (de 5 a 40) con diferentes experiencias cognitivas usan una variedad de actividades de aprendizaje para mejorar su entendimiento sobre un tópico cualquiera. En el grupo cada miembro se responsabiliza no sólo de aprender, sino de colaborar con sus compañeros en el proceso de aprendizaje.

 

Dentro de este ámbito asistido por computadora, existen tecnologías que por su accesibilidad han sido favorecidas para diseñar los nuevos ambientes de apoyo al aprendizaje colaborativo, como el caso de los Entornos Virtuales de Aprendizaje (VLE[1]). El uso de tales ambientes de inmersión se ha incrementado en gran medida desde que Second Life [2008] se popularizó en el 2006, contando actualmente con 700,000 usuarios regulares, de los cuales un 10% es concurrente.

 

En otro aspecto, es común encontrar en los VLEs unidades de conocimiento que pueden ser compartidas, enriquecidas  y reutilizadas por la comunidad que accede a éstos [Morrison, 2001]. Dichas unidades son conocidas como Objetos de Aprendizaje (OAs), cuyo término fue popularizado por Wayne Hodgins en 1994 al referirse al grupo de trabajo CedMA como “Arquitecturas de Aprendizaje, APIs y Objetos de Aprendizaje” [Polsani 2003]. No obstante, el concepto es tan diverso que ha llegado al punto en que existen diferencias importantes, yendo desde entidades abstractas hasta recursos electrónicos específicos que favorecen la construcción de conocimiento [Rodríguez 2006].

 

Hoy en día es evidente que las nuevas generaciones se encuentran en una era donde la tecnología es considerada parte intrínseca de su vida, y son capaces de utilizarla de forma natural [Dávila 2006]. En vista de esto, es natural pensar que la inclusión de ambientes  virtuales y elementos 3D permitiría que dichas generaciones exploren e interactúen con objetos tal como lo hacen en la vida real. Lo anterior amplia las oportunidades de sustentar el aprendizaje situado y colaborativo, dado que los mundos virtuales contemplan la interacción de varios usuarios de manera síncrona mediante el uso de teleapuntadores y/o avatares [Bouras 2001].

 

Finalmente, se parte de la teoría del constructivismo social propuesta por Vygotsky la cual establece que los individuos aprenden siendo agentes activos en un proceso de colaboración en un contexto determinado, donde las tareas se refieren ya sea a la aplicación de conocimientos para la solución de un problema común o la construcción de conocimientos del grupo a través de la interacción con objetos significativos para un tópico dado [Acle y Olmos 1995], [Paredes 2001].

 

Por lo tanto, se puede concluir que los ambientes de inmersión, los objetos de aprendizaje y los elementos 3D en conjunto permiten aprovechar la diversidad de contextos e interacción que pueden crear para impulsar el aprendizaje de una temática en el usuario.

 Figura 1. Actores principales de un VLE y su contexto [adaptado de di Blas 2006]. Se observan tres elementos, el primero corresponde al STAFF quienes diseñan el contenido académico y virtual de los VLE; es decir, los Objetos de Aprendizaje y el contenido tridimensional con los que el usuario tendrá interacción. El segundo se compone de foros, entornos de inmersión y tareas no virtuales. En este elemento es importante destacar el Entorno Virtual de Aprendizaje, el cual es un tipo especial de ambiente de inmersión donde concurren los Objetos 3D (O3D), Objetos de Aprendizaje (OA) y avatares. Por último, los profesores y/o estudiantes son las personas que acceden a las sesiones en línea dentro de los VLE para realizar tareas colaborativamente.

 

2           Motivación

Con la gran aceptación de los mundos virtuales y mayor poder de cómputo, en los VLEs cada vez es más habitual el uso de Objetos de Aprendizaje y elementos 3D, los cuales en conjunto llamaremos Objetos de Aprendizaje 3D (OA3D).

 

En [Bouras 2001] se establecen los componentes y funcionalidades básicas de un Entorno Virtual de Aprendizaje, en la Tabla 1 se resaltan de color gris. Dichos elementos son componentes que hacen posible la existencia del VLE, a estos se encuentran asociadas funcionalidades que le dan vida y significado al proceso de adquirir conocimiento.

 

Componentes

Funcionalidades

Avatares: Representan al usuario dentro del Entorno Virtual.

-Gestos

-Movimientos corporales (caminar, mover brazos, etc.)

Audio/Video

- Sonidos o secuencias que permiten al usuario entender una transición de une estado a otro.

Interfaz de usuario

- Proporciona el modelo virtual del mundo. Se encarga de toda la mecánica matemática para la generación y movimiento de objetos 3D.

Sistema de traducción

- Se encarga de la distribución del entorno virtual, mediante la traducción de protocolos, así como el envío de mensajes.

Objetos de Aprendizaje (OA)

- Entidad informativa digital que promueve la generación de conocimiento.

Objetos 3D: Objetos dentro del mundo virtual

- Pueden presentar o no un comportamiento cuando el avatar (usuario) interactúa con éstos.

Tabla 1. Componentes principales y funcionalidades en un VLE [adaptado de Bouras 2001].

 

Con base en la tabla anterior, se puede observar que no existe correspondencia computacional entre un Objeto de Aprendizaje y un Objeto 3D, por lo que un VLE debe manejar por separado el modelado tridimensional y las tareas de aprendizaje. Sin embargo, existen OAs que dados sus objetivos están asociados a contenido 3D, que por su naturaleza apoyan el proceso de aprendizaje mediante la interacción con el/los usuario(s), las anotaciones hechas a este contenido y/o la ayuda visual que proporciona.

 

También en [Smith 2006], [de Sousa 2005] y [Jackson 2000] se observa que la creación de un repositorio para este tipo de objetos tiene que considerar en gran medida los tipos de representación que un VLE utiliza para manipularlos. En la mayoría de los casos, esta consideración crea una dependencia entre los repositorios de OA3D y un VLE dado, dificultando la portabilidad y reutilidad.

 

La enseñanza a distancia ejemplifica un escenario de la problemática anterior. Un usuario de medicina se conecta a un VLE para una clase de anatomía humana. La complejidad de la materia requiere que el usuario aprenda sobre los distintos sistemas que componen al cuerpo humano, requiriendo que la granularidad de un OA3D sea elevada. Debido a que el VLE lidia con tres aspectos a la vez, la creación y/o composición de un OA3D se limita; factor aún más restringido por la escasa disponibilidad de repositorios genéricos de OA3Ds. La separación del comportamiento, el objeto tridimensional  y el Objeto de Aprendizaje restringe el contenido y manipulación de este último y las metas de aprendizaje que puede abarcar.

 

En un escenario ideal el VLE modifica las propiedades de un OA3D a través de un modelo central que permite definir la forma, comportamiento y objetivo(s) de aprendizaje de un OA3D. Para el VLE lidiar con un modelo permite enfocarse en mejorar la experiencia del usuario y tener una mejor administración de los aspectos funcionales y no funcionales a lo largo de una lección.

 

Por otro lado la creación de repositorios para OA3Ds no estaría ligada a parámetros específicos de un VLE. Así, un repositorio puede facilitar la portabilidad de un OA3D en distintos VLEs sin importar la estructura de cada uno.

 

En conclusión, la motivación de este proyecto surge al observar Espacios Virtuales de Aprendizaje que usan OAs y O3Ds, los cuales no tienen representaciones computacionales compatibles. Los primeros son de orden semántico y los segundos de orden geométrico.

3           Definición del problema: representación de OA3D

De manera intuitiva, el problema que se abordará en la tesis se define en el siguiente enunciado:

 

Dado un OA con contenidos en 3D (OA3D), se requiere encontrar un modelo integrador que permita representar las características semánticas de un OA con las características geométricas de un O3D y que garantice que las operaciones que hago en un O3D tengan sentido y utilidad desde el punto de vista aprendizaje colaborativo.

 

El modelo debe considerar una implementación transparente de OA3D en VLEs.

 

4           Estado del arte

En esta sección se describen los trabajos realizados en el área y su interés particular para este proyecto. De manera general esta sección aborda:

  • Heterogeneidad en el concepto de OA
  • Modelo para la generación de OA a partir de colecciones digitales
  • Lenguajes de marcado para la representación de OA y O3D: SCORM y X3D respectivamente
  • Tecnologías de desarrollo y mundos virtuales

4.1             Heterogeneidad en el concepto de OA

El Comité de Estándares en Tecnología del Aprendizaje (IEEE-LTSC) define OA como: “cualquier entidad, digital o no digital, que puede ser usada reutilizada, o referenciada durante el aprendizaje asistido por tecnología” [LSTC 2007]. Para los Ingenieros y Científicos las palabras “cualquier entidad” conllevan ambigüedad; mientras que para los Educadores con formación Humanista y Social es un requerimiento abarcativo necesario debido a la diversidad epistémica que existe en la relación sujeto/objeto [Chan 2000].

 

En otra definición [Brown 2002] define OA como: “Una porción de un objeto de conocimiento. Un pequeño programa computacional que usa técnicas sofisticadas de diseño de interfaces en conjunto con imágenes y/o sonido para explicar un concepto”.

 

Dada la heterogeneidad [Rodríguez 2006] propone una definición taxonómica de lo general a lo particular (retomando definiciones existentes), con el objetivo de formalizar el concepto y así evitar contradicciones, debates y discusiones entre autores (figura 2). La taxonomía permite caracterizar un Objeto de Aprendizaje de manera jerárquica, dependiendo los requerimientos del contexto en que se vaya a usar.

Figura 2. Definición taxonómica de un OA según [Rodríguez 2006]. Debido a la naturaleza abstracta de un OA, éste puede ser Digital o No Digital. En el aspecto Digital existen propiedades que enmarcan a los OAs dependiendo el ámbito en que se utilicen. Algunas propiedades son excluyentes con respecto a otras.

 

El interés para este proyecto de una definición taxonómica es que ésta permite delimitar las características de los OAs con los que se trabajará.

 

Para esta propuesta, Objeto de Aprendizaje es una entidad informativa digital desarrollada para la generación de conocimiento, habilidades y actitudes requeridas en el desempeño de una tarea, que tiene sentido en función de las necesidades del sujeto que lo usa [Chan 2002]. Con base a la taxonomía anterior se tienen las siguientes propiedades adecuadas para este trabajo:

 

·         Digital: Reside en medios computacionales (programas, archivos computacionales, etc.)

·         Combinado: Objeto de Aprendizaje conformado a partir de otros recursos digitales (imágenes, videos, objetos tridimensionales, etc.)

·         Cerrado: Los recursos que lo constituye no pueden ser accedidos de manera individual para ser utilizados [Wiley 2002].

·         Reutilizable: Objeto de Aprendizaje desarrollado en torno a una meta de aprendizaje, y que además contiene actividades de evaluación de la meta [L’Allier 1997].

·         Interactivo: Cambia su estado o produce salidas de información en respuesta a eventos generados por el usuario.

·         Compartible: Objeto de Aprendizaje basado en estándares tecnológicos (propietarios o abiertos) que permiten su interoperabilidad con sistemas de e-learning o VLE [Singh 2004].

·         Interoperable: Basado en el uso de estándares abiertos [Singh 2004].

 

4.2       Modelo para la generación de OA a partir de colecciones digitales

En [Pérez 2008] se establece un modelo formal para la creación de OAs. El modelo contenido por capas permite ensamblar los elementos de un OA para obtener elementos significativos. A grandes rasgos se compone de recursos de aprendizaje (RA), recursos de contenido (RC) y recursos digitales (RD). Un RA que esencialmente es la base de un OA, es creado ensamblando RCs y/o RDs.

 

Los recursos digitales se encuentran en la capa 0, y representan un recurso multimedia que el usuario puede hallar, recuperar y manipular separadamente. Los RDs no tienen conocimiento asociado y necesitan un contexto que les confiera sentido educativo.

 

En un nivel superior se encuentran los recursos de contenido, los cuales son creados al ensamblar RDs o más RCs. Los RCs generan competencias específicas.

 

Finalmente los recursos de aprendizaje u objetos de aprendizaje se ubican en el nivel 2. Continuando con la jerarquía, un RA se forma ensamblando RDs con RCs o RCs. Un recuso de aprendizaje RA representa el conocimiento adquirido después de entender, aplicar, sintetizar y evaluar un tópico específico. Para esto, un RA incluye conocimiento asociado, requerimientos, y competencias que abordará.

 

Este modelo es de interés para este proyecto ya que proporciona una estrategia de contenido jerárquico para definir Objetos de Aprendizaje. Sin embargo, los recursos digitales no contemplan propiedades y comportamiento específico de O3D en Entornos Virtuales de Aprendizaje.

 

4.3       Lenguaje de marcado: SCORM y X3D

El modelo de referencia de objetos con contenido compartido (SCORM por sus siglas en inglés) es un conjunto de estándares y especificaciones  para crear objetos pedagógicos estructurados. Algunas de sus propiedades son Accesibilidad Web, Adaptabilidad, Durabilidad, Interoperabilidad y Reusabilidad [SCORM 2004].

En la figura 3 se muestra un ejemplo de OA empaquetado de acuerdo al estándar SCORM. Los metadatos del manifiesto especifican objetivos del OA, las tareas necesarias, referencias, la secuencia o navegación y en algunos casos sub-OAs [SCORM 2004].

Figura 3. Estructura de un OA con base al estándar SCORM en xml [SCORM 2004]. El archivo del manifiesto tiene extensión “.xml”, generalmente contiene un XSD que define los elementos, atributos, relaciones y el tipo de datos que aparecerán en el manifiesto.

 

Del mismo modo, X3D es el estándar para representar y comunicar escenas y objetos 3D utilizando el lenguaje de marcado XML. Provee un mecanismo para guardar, recuperar y desplegar contenido gráfico en diversas aplicaciones, todo dentro de una arquitectura abierta para soportar una diversidad de dominios y escenarios [X3D 2007].

 

X3D representa objetos 3D a través de geometría poligonal o bien geometría paramétrica y algunas de sus características son:

·         Animación: Uso de timers e interpolaciones para animar objetos.

·         Interacción de usuario: Uso del Mouse para picking y dragging, interacción vía teclado.

·         Audio y video: Fuentes de audio y video mapeadas en la geometría de la escena.

·         Navegación: Cámaras, movimiento del usuario dentro de la escena 3D, detección de colisiones, proximidad y detección de visibilidad.

·         Scripting: Capacidad para cambiar un objeto o escena a través de scripts.

·         Granularidad: Definición de objetos complejos a través de objetos más simples

 

Estos lenguajes son de especial interés para este proyecto porque permiten tener las representaciones de Objetos de Aprendizaje y Objetos 3D de manera explícita, estándar y abierta. Para el caso de X3D, la granularidad y capacidad de animación son importantes ya que enriquecerán la interacción con el usuario dándole más significado al aprendizaje.

 

4.4       Tecnologías de desarrollo y mundos virtuales

Por último, la generación del contenido 3D en un OA3D implica el uso de herramientas de modelado de objetos tridimensionales. Algunas tecnologías adaptables al estándar X3D son las siguientes [Paredes, Martínez y Varela 2008]:

·         Xj3D: Librerías basadas en el lenguaje Java, que permiten graficar, visualizar y administrar objetos predefinidos en X3D.

·         SketchUp: Software para crear modelos 3D complejos cuya interfaz es simple. No maneja X3D, sin embargo existen convertidores que funcionan a partir de los archivos que genera.

·         Blender: Suite de código abierto bajo GPL. Permite agregar diversas funcionalidades, pero tal característica dificulta su uso intuitivo.

·         Flux Studio: Herramienta de modelado para crear y visualizar O3D con base en el estándar X3D. Su formato es simple, no obstante aún presenta algunos errores en tiempo de ejecución

·         Seamless 3D: Editor gráfico de O3D que puede exportar a X3D. Su manejo no es muy intuitivo dado el uso de animaciones y capas que maneja; pese a esto, hay tutoriales fáciles de seguir.

 

En cuanto a los mundos virtuales, hay consideraciones en cuanto a la visualización (Web o Stand-alone), la licencia, el sistema operativo donde trabajan, la manipulación que pueden ejercer los avatares con los elementos del entorno y el formato en el que deben estar los O3D para ser desplegados. Algunos ambientes de inmersión se enlistan enseguida:

 

·         Google Lively: Freeware que funciona como plug-in sobre un navegador Web. Los avatares que utiliza son fáciles de manejar y los gráficos son de una densidad media-alta. No obstante, el desarrollo de objetos para esta plataforma aún está muy restringido.

·         Vivaty: Semejante a Lively, se utiliza como aplicación a través de redes sociales como Facebook o AIM. La densidad de los gráficos es media y su desplegado es un poco más lento que los demás. No hay posibilidad de desarrollar objetos.

·         Wonderland: Software stand-alone de código abierto basado en Java. Éste ambiente cuenta con herramientas específicas para importar objetos definidos en X3D. También se pueden desarrollar O3D y escenarios programáticamente, pero una desventaja reside en la complejidad de la implementación.

·         Second Life: Es un mundo virtual stand-alone popularizado en 2006. Su aceptación se debe al paradigma que adopta, similar a un Wiki, donde los avatares pueden navegar en diversos mundos a través de ligas. La creación de objetos es simple y puede ser en tiempo real o bien a través de un editor.

 

Para hacer posible el contenido tridimensional, los editores modelan geométricamente los objetos 3D. Existen algunos que son más factibles que otros por el tipo de licencia que manejan, el sistema operativo donde funcionan, el apego al estándar X3D, entre otras características. Una vez creado, el contenido tridimensional residirá en un entorno virtual donde apoyará a las actividades de aprendizaje cuando un usuario interactúe con éste a través de su avatar.

 

El interés de esta propuesta en las tecnologías de desarrollo y los mundos virtuales descritos, radica en buscar los instrumentos necesarios para crear OA3Ds así como también el lugar donde éstos residan y qué recursos de hardware/software utilizan.

 

5           Objetivo general

Definir un modelo de Objetos de Aprendizaje que contemple la representación de objetos y sub-objetos 3D, el comportamiento de éstos mediante primitivas simples, y los objetivos, tareas y evaluación propios de un OA.

 

5.1             Objetivos específicos

  • Establecer un modelo de manera formal y en términos de un lenguaje de estándar abierto
  • Explorar el potencial de los objetos de aprendizaje con contenidos 3D (OA3Ds) en ambientes distribuidos.
  • Desarrollar prototipos de OA3Ds en un VLE para su manipulación.
  • Observar usuarios de OA3Ds en ambientes distribuidos (VLEs).
  • Definir estrategias que permitan diversos estilos de interacción sobre los OA3D.

 

6           Solución preliminar

 

Dado un OA con contenidos en 3D (OA3D) se requiere representarlo a través de un modelo que considere los siguientes elementos:

Objetivo, Justificación, Competencias, Tareas, Evaluación, Comportamiento, Granularidad y Forma 3D.

 

Y que de acuerdo a una clasificación taxonómica cumpla con las siguientes propiedades:

Digital, Combinado, Cerrado, Reutilizable, Interactivo, Compartible e Interoperable

Finalmente, tal representación debe facilitar crear instancias de  que sean manipulables dentro de un VLE.

 

Dado un Espacio Virtual de Aprendizaje se establece un modelo de OA3D de manera jerárquica retomando el trabajo de [Pérez 2008], el cual contempla lo siguiente:

 

Sea OA3D el conjunto de Objetos de Aprendizaje 3D. Dado un Objeto de Aprendizaje (P), se requiere representar P Î OA3D tal que   P=<objeto3D, recursosDeContenido, recursosDeAprendizaje, título, descripción, objetivo de aprendizaje> donde:

 

recursosDeAprendizaje: El conjunto de recursosDeContenido así como también los requisitos, objetivos, prácticas (tareas) y evaluación propios de un Objeto de Aprendizaje.

 

recursosDeContenido: El conjunto de Objetos3D, o sub-recursosDeContenido que definen la secuencia de elementos 3D a seguir para crear áreas donde el usuario sea competente [Pérez 2008].

 

Objeto3D: El objeto 3D definido en términos de forma, sub-objetos3D, primitivas de movimientos y sub-movimientos (comportamiento), clasificación, ciclo de vida y descripción.

Figura 4. Solución preeliminar para OA3D. Un Objeto de Aprendizaje 3D modelado de forma jerárquica cuenta con recursos de aprendizaje, los cuales tienen un conjunto de recursos de contenido descritos en términos de secuencia y competencias. Cada recurso de contenido puede contener Objetos 3D granulares, cuyo comportamiento e interacción tienen sentido para el aprendizaje. Para facilitar su portabilidad, los objetos de aprendizaje están descritos en lenguaje de marcado, por un lado SCORM para los objetos de aprendizaje y por otro X3D para el contenido tridimensional. En la sección 6.1, 6.2 y 6.3 se proporciona una descripción para cada nivel del modelo.

 

Finalmente, para un OA3D existen operaciones de interacción que modifican el comportamiento del contenido 3D, o bien cumplen un requisito en el proceso de aprendizaje. A continuación se describen:

·         Realizar tareas: Principal acción que el usuario realiza con el OA3D para favorecer el aprendizaje de un tópico.

·         Realizar evaluación: Actividad que corrobora si el usuario adquirió las competencias necesarias. Es decir áreas donde el usuario pueda desarrollarse satisfactoriamente.

·         Realizar anotaciones: Operación que permite agregar descripciones a un OA3D por parte de los usuarios.

·         Explorar O3D: Acción que conlleva orbitar, acercar, alejar, enfocar un contenido 3D.

·         Mover O3D: Actividad donde el usuario mueve, suspende o rota un objeto tridimensional. El movimiento de una parte del O3D puede depender de su granularidad.

·         Tocar O3D: Con esta operación el usuario puede iniciar un comportamiento en un O3D, por ejemplo iniciar una animación predeterminada.

 

A continuación se puntualizan las características generales para cada nivel del modelo de OA3D.

 

6.1             Recursos de aprendizaje

Los recursos de aprendizaje conforman el último nivel de la jerarquía para el modelo OA3D. Y tienen las siguientes funciones:

·         Establecen los requisitos necesarios para trabajar con el Objeto de Aprendizaje (pe: competencias básicas para trabajar con el Objeto de Aprendizaje)

·         Delimitan las metas de conocimiento que el usuario obtendrá después de manipular este recurso de aprendizaje

·         Engloban a los recursos de contenido necesarios para cumplir las metas.

·         Indican la serie de tareas y prácticas que el usuario debe realizar con los recursos de contenido.

·         Finalmente evalúan al usuario corroborando los conocimientos adquiridos.

 

Los recursos de aprendizaje de un OA así como los metadatos de un recurso de contenido pueden almacenarse de forma persistente mediante un formato de estándar abierto llamado SCORM [SCORM 2004].

 

6.2             Recursos de contenido

En [Pérez 2008] se establece como parte de la jerarquía de un Objeto de Aprendizaje los recursos de contenido los cuales son el nivel superior de los elementos digitales (para este caso objetos O3D). Éstos constituyen la secuencia de elementos 3D a seguir para crear competencias en el usuario.

 

En este punto de la jerarquía, un recurso de contenido es el conjunto de O3D descritos en términos de una forma y/o un comportamiento, las competencias que representan el área en la cual un usuario puede desenvolverse y finalmente el orden de objetos 3D a seguir.

 

6.3             Objetos 3D

El elemento fundamental de un OA3D es en principio un objeto tridimensional estático, identificado como O3D. Para un O3D, modelo es la representación en términos simples de una entidad que puede o no existir en la realidad [Martínez 2008]; es decir, una re presentación de su geometría.

 

Los sólidos abstractos (representaciones digitales de un O3D) como subconjuntos del espacio Euclidiano (E3) deben cumplir las siguientes propiedades [Requicha 80]:

·         Rigidez: Un sólido abstracto debe tener una configuración invariable, o forma estática la cual es independiente a la ubicación y orientación de éste. La  transformación de un O3D  se logra a través de la granularidad (elementos más simples) o bien mediante mediante operaciones de cerradura.

·         Finito: Debe ocupar una porción finita del espacio Euclidiano (E3).

·         Cerradura: Cualquier operación o procedimiento que se aplique al O3D debe producir otros sólidos con las mismas propiedades.

·         Descripción finita: Un O3D estará descrito por un número finito de elementos primitivos o de complejidad o dimensión inferior.

 

Existen diversos esquemas de modelado de O3D, los más esenciales y utilizados en software de modelado[2] están: Boundary Representation, Constructive Solid Geometry, Spatial Occupancy Enumeration, Octrees, Extended octrees, entre otros. A partir de estos esquemas hay varios formatos para hacer persistente la información (geometría y/o comportamiento) de un O3D, un ejemplo es el estándar X3D ya mencionado con anterioridad.

 

En cuanto a la representación de comportamiento producto de la interacción con un O3D se puede retomar un  modelo sencillo descrito en [Thimbleby 1990]. El modelo PIE (Program Interpretation Effect model), el cual establece un conjunto C que corresponde a todos los comandos posibles que un usuario puede realizar, una función I de interpretación de comandos y finalmente E el conjunto de todos los efectos resultantes.

 

El modelo PIE es de interés ya que la estructura provista por éste ayuda a los diseñadores a razonar en términos de reglas de interacción al momento de establecer el comportamiento de un O3D.

 

7           Conclusiones

El contexto de esta propuesta gira en torno al Aprendizaje Colaborativo y los Entornos Virtuales de Aprendizaje (VLE). Los ambientes de inmersión, los objetos de aprendizaje  los elementos 3D en conjunto permiten aprovechar la diversidad de contextos e interacción que pueden crear para impulsar el aprendizaje de una temática en el usuario.

 

La motivación de este trabajo surge al requerir una representación computacional que abarque OA y O3D, los primeros son de orden semántico y los segundos de orden geométrico. Esta representación deberá estar orientada a Espacios Virtuales de Aprendizaje que permitan manipular O3Ds así como también llevar a cabo  las actividades propias de un OA.

 

Se describió el estado del arte y los aspectos que son de interés para este proyecto. Una definición taxonómica permite delimitar las características de los OAs a trabajar. El modelo para la generación de OAs proporciona una estrategia de contenido jerárquico para definir Objetos de Aprendizaje. Los lenguajes de marcado SCORM y X3D posibilitan representaciones de OAs y O3D de manera explícita, estándar y abierta. Finalmente, las tecnologías de desarrollo y mundos virtuales proveen los instrumentos necesarios para crear OA3D así como también el lugar donde éstos residan y qué recursos de hardware/software utilizan.

 

El trabajo por realizar consta del refinamiento formal del modelo de OA3D, la implementación de prototipos y observar la interacción de usuarios con éstos. Todo bajo un contexto de Entornos Virtuales de Aprendizaje, el cual conlleva a realizar un mejor análisis de las herramientas tecnológicas disponibles.

 

Por último, el resultado de un modelo integrador permitirá mejorar la experiencia del usuario en un VLE, así como también el desarrollo de repositorios para OA3D que no estén atados a las características de un ambiente de inmersión, potencializando el aprendizaje colaborativo asistido por computadora.

 

 

8           Calendario

El plan de actividades contempla el refinamiento del modelo para OA3D, la construcción de prototipos A continuación se enlistan de manera general las actividades  previstas para este proyecto clasificadas por periodo.


Actividad   \    Mes

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Elaboración propuesta tentativa

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Revisión de bibliografía

Revisión de software

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elaboración propuesta formal

Revisión de software

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correcciones a la propuesta

Revisión de bibliografía

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Documentación y verificación de VLEs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Documentación y verificación de tecnologías de desarrollo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Entrega de la propuesta formal con el Vo. Bo. del asesor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Observaciones a la propuesta por parte de sinodales y correcciones

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Preparación de la presentación oral

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Elaboración de reporte semestral y construcción de documento de tesis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Definición formal del modelo de OA3D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Construcción de prototipos de OA3D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Implementación y pruebas de manipulación de OA3D en VLEs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Estudios de usabilidad, pruebas unitarias, ajustes a implementación

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Construcción de documento de tesis y correcciones

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Preparación de la defensa de tesis

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Evaluación

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


9           Bibliografía comentada

Título

Descripción rápida

[SCORM 2004]

SCORM 2004 3th Edition

Estándar en XML para la descripción de objetos de aprendizaje

[X3D 2007]

X3D International Specification Standards

Estándar en XML para la descripción de objetos tridimensionales

[Ip 2001]

What is a learning object, technically?

Presenta enfoques y definiciones actuales sobre objetos de aprendizaje, no obstante cuestiona tales visiones en función de las nuevas tecnologías y analiza el potencial de reuso de los OAs con otros paradigmas pedagógicos.

[Smith 2006]

Virtual object specification for usable virtual environments.

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[1] Un software de tipo cliente-servidor que contempla un conjunto de herramientas de enseñanza y aprendizaje diseñadas para ampliar la experiencia de uno o varios estudiantes (clientes) mediante la inclusión de gráficos computacionales e Internet [Bouras 2001]. Ver Figura 1

[2] Software para crear, editar, texturizar e incluso proveer comportamiento a un O3D. Ejemplos: Maya, 3D-Max, Blender, Google-Sketchup, etc.