1Resumen La aplicacin de los mundos virtuales para ladocencia a travs de Internet hacen que el alumno puedasumergirse en ambientes amigables que hacen ms ameno elaprendizaje. Este artculo presenta tres aplicaciones docentesdesarrolladas en estos entornos. La primera de ellas, para laenseanza del vocabulario, muestra un conjunto de mundosvirtuales diseados en VRML en los que el alumno interaccionacon distintos objetos, de forma que pueda ver escrito su nombrey escuchar su pronunciacin. En la siguiente aplicacin, un aulavirtual, el mundo creado puede ser compartido al mismo tiempopor varios usuarios. Estos disponen de diverso material existenteen las aulas tradicionales, como una pizarra, un puntero lser,proyector de diapositivas. Finalmente, en la tercera aplicacinse han incorporado los ltimos avances en la creacin deentornos virtuales mediante el uso de un motor de juegos, quetambin ofrece la posibilidad de conectarse por red. Esto hahecho posible el diseo de un mundo ms realista en el que elestudiante puede interaccionar con los dems usuarios.

Palabras clave Aplicaciones docentes, mundos virtuales,VRML, entornos multiusuario, motor de juegos aplicado a ladocencia.

I. INTRODUCCIN

os orgenes de los mundos virtuales en Internet seremontan al principio de la dcada de los 90 con el

desarrollo de VRML [1]. Ya actualmente, VRML97 tiene comoprincipales caractersticas la definicin de objetos 3D enlocalizaciones remotas, la definicin de animaciones, lainclusin de enlaces a otros mundos o pginas web, la

1 Artculo recibido 14 Junio 2002.Este trabajo ha sido financiado parcialmente por el proyecto de

investigacin Mundos virtuales multiusuario en Internet de laFundacin Caixa-Castell Bancaixa, (P1.1B2000-21) y por el proyectoModelado Multirresolucin en juegos por ordenador del MinisterioEspaol de Ciencia y Tecnologa TIC2001-2416-C03-02.

I. Remolar, M. Chover, . Belmonte, C. Rebollo son profesores delDepartamento de Lenguajes y Sistemas Informticos, Universidad JaumeI, Campus Riu Sec, 12071 Castelln, Spain ( e-mail:{remolar,chover,belfern,rebollo}@lsi.uji.es).

C. Campos es profesor en el Departamento de Informtica,Universidad de Vigo, Campus Universitario Ourense, 32004 Ourense,Spain ( e-mail: ccampos@uvigo.es).

modificacin de las escenas mediante eventos, etc [2,3,4].No se han realizado grandes aportaciones en la

especificacin de mundos virtuales multiusuario desde eldesarrollo de VRML 97 hasta la aparicin de X3D [5]. Esto hapotenciado que determinadas compaas que comercializanesta clase de sistemas desarrollen su propio software algunasveces fuera del estndar VRML. Entre ellas destacan entreotras Active Worlds (http://www.activeworlds.com) y DeepMatrix(http://www.geometrek.com).

Fig. 1. Modelado VRML de la Universidad Jaume I

La deficiencia comn de estos sistemas es su falta derealismo visual. En la actualidad los motores de juegos ofrecenlos nuevos avances en informtica grfica en tiempo real por loque pueden ser una buena alternativa a los sistemas actuales[6,7,8,9]. Utilizar un motor de juegos de cdigo abierto permitedisponer de un software modular y multiplataforma abierto a laincorporacin de las nuevas tecnologas desarrolladas en elcampo del modelado en tiempo real, los algoritmos dedeterminacin de visibilidad y los mtodos de iluminacin.

Este articulo presenta tres aplicaciones relacionadas conmundos virtuales utilizando diferentes tecnologas.

1) Aprendizaje de vocabulario. Aplicacin desarrollada enVRML. Los usuarios pueden introducirse en un mundo virtualcon diversos objetos, que al ser seleccionados, muestran sunombre escrito y su pronunciacin. Este proyecto ha sidorealizado en el marco de un Convenio de Colaboracin con elcolegio pblico Jaume I de Castelln de la Plana.

2) Aula virtual. Esta aplicacin define un mundo multiusuarioen VRML que representa un aula docente. Est provista dediverso material como un proyector, una pizarra donde losusuarios pueden escribir o un puntero lser. Realizado dentrodel proyecto de investigacin Mundos virtuales multiusuarioen Internet financiado por la Fundacin Caixa-CastellBancaixa.

3) Chat 3D. Aplicacin desarrollada utilizando el motor dejuegos Crystal Space [10]. Cada usuario del mundo est

Mundos Virtuales para la Enseanzaa travs de Internet

Inmaculada Remolar, Miguel Chover, scar Belmonte, Cristina Rebollo, Celso Campos1

L

2representado por un objeto 3D llamado avatar. Estos avatarespueden interactuar entre s.

En los siguientes apartados se detallan cada una de estasaplicaciones. El articulo finaliza con las conclusiones obtenidasy las propuestas de trabajo futuro.

II. APRENDIZAJE DE VOCABULARIO

La primera de las aplicaciones desarrolladas ha sido dirigidahacia la enseanza del vocabulario. Uno de los desafos msimportantes con los que se encuentran los profesores deprimaria es la afluencia de un gran nmero de nios extranjerosque no hablan el idioma del pas. Por ello se ha desarrollado unmundo virtual con VRML en el que el alumno puede navegar ymoverse dentro de l. En este mundo, hay distribuidosdiversos objetos (Fig. 2) que al ser seleccionados por elalumno, muestran su nombre escrito y puede orse supronunciacin. De esta manera obtienen un aprendizajeprogresivo basado en la comprensin y expresin oral.

Fig. 2. Algunos objetos disponibles en el mundo virtual.

La aplicacin ha sido desarrollada utilizando una base dedatos de palabras que identifican objetos (mesa, casa, ...) yacciones bsicas (correr, leer, ...). Los campos de esta base dedatos son los siguientes:

1) Nombre del objeto/accin.2) Pronunciacin asociada.3) Url del objeto en 3D (esttico o animado).El sistema puede extenderse fcilmente para la enseanza de

otras lenguas simplemente aadiendo la escritura ypronunciacin de las palabras en el idioma que se desee.

Dado que el mundo real que se encuentra el estudiante estan amplio, una vez definida la base de datos se han creadotres mundos diferentes y tres niveles de dificultad para cadauno de ellos. Los mundos van desde el yo prximo al entornoms lejano y son: mi casa, mi ciudad y mi mundo, con lo que seconsigue abarcar un gran nmero de objetos.

Esta aplicacin ha sido probada en centros de primaria,encontrndose con una reaccin muy positiva por parte de losalumnos. La idea de estar jugando con el ordenador en lugar deestudiando, hace que los nios apliquen ms su capacidad deretencin sobre los conceptos con los que se enfrentan en losmundos.

III. AULA VIRTUAL MULTIUSUARIO

La segunda de las aplicaciones desarrolladas se ide para

poder solucionar los problemas de los alumnos que nopudieran acudir personalmente a las tutoras del profesor. Laidea era poder ayudar con las dudas a ms de un alumno a lavez si fuera necesario, y que todos ellos pudieran inteaccionarcon el profesor. Por ello se ha desarrollado una aplicacin quepermite a mltiples usuarios compartir un mundo querepresenta un aula docente en la que dar clase ( Fig. 3) einteraccionar unos con otros mediante un servicio de chat.Cada usuario dispone de su propio avatar con el que se da aconocer a los dems.

Los elementos principales con los que cada usuario puedeinteractuar son una pizarra, un proyector de diapositivas y unpuntero lser.1) En la pizarra es posible escribir y dibujar con unasprimitivas bsicas como son: lneas, crculos, rectngulos yelipses. El color de estas primitivas tambin puede ser elegidopor el usuario.2) El proyector de diapositivas funciona sobre una lista deimgenes predefinidas que el usuario puede ir visualizando deforma secuencial.3) El puntero lser permitira apuntar tanto en las diapositivascomo en la pizarra. De esta forma sera posible captar sobreeste punto la atencin del resto de usuarios del aula.

Esta aplicacin ha sido puesta en marcha como experienciapiloto para la docencia de alumnos de informtica. Surespuesta ha sido muy buena, ya que mediante las diapositivasmostradas han podido seguir las explicaciones del profesor yllegar a una completa comprensin de la materia. En esteentorno los estudiantes pueden compartir experiencias,consultar dudas, e incluso contactar con el profesor usando elservicio de chat.

La aplicacin se ha desarrollado utilizando VRML 2.0 y lasextensiones de nodos y funcionalidad multiusuario queproporciona el sistema desarrollado por Geometrek,DeepMatrix http://www.geometrek.com.

Fig. 3. Imagen del aula virtual diseada.

A. Sistema DeepMatrixDeepMatrix es una aplicacin VRML multiusuario de

3dominio pblico para uso docente y no comercial. Este sistemapermite a varios usuarios compartir un mismo mundo virtual einteractuar con l como lo haran en un mundo monousuario. Elsistema se divide en dos partes claramente diferenciadas:

1) Un programa servidor que se ejecuta sobre la mquina queacta como servidor web donde residen los mundos VRML ylos archivos HTML necesarios. Incluye tambin un servidor dechat.

2) Un programa cliente que es un applet de JAVA el cual usael EAI (External Authoring Interface) para comunicarse con elplugin VRML del visualizador que estemos usando (Explorer,Netscape,...).

La Fig. 4 muestra como interactan todos estoscomponentes.

CLIENTEDeepMatrix

CHAT

V R M LPlugin

CLIENTE

S E R V I D O R

INTERNET

AVATARES

E A ICLIENTE

DeepMatrix

CHAT

V R M LPlugin

CLIENTE

S E R V I D O R

INTERNET

AVATARES

E A I

Fig. 4. Arquitectura del sistema.

El aula virtual multiusuario se ejecuta dentro del appletcliente de DeepMatrix como se indica en la Fig. 5.

PIZARRA

P R O Y E C T O R

CHAT

A VA TA R

3D

2D

EVENTOSUSUARIO

PIZARRA

P R O Y E C T O R

CHAT

A VA TA R

3D

2D

EVENTOSUSUARIO

Fig. 5. Esquema del applet cliente.

El usuario al interactuar con la pizarra o con el proyector dediapositivas genera dos tipos de eventos: locales, solo ataen anuestro mundo local y remotos, que son transmitidos a travsde la red al servidor DeepMatrix que los distribuye por todoslos clientes. stos ltimos ofrecen informacin de las accionesque otros usuarios estn realizando en la clase.

IV. CHAT 3D

La tercera de las aplicaciones desarrolladas tiene una

finalidad similar a la aplicacin anterior. En esta aplicacin elobjetivo ha sido conseguir un modelado del mundo mucho msrealista que el aula virtual. Para crear este mundo, se hautilizado la tecnologa que ofrecen los juegos por ordenador enel desarrollo de cualquier tipo de aplicacin interactiva.Actualmente los motores grficos de muchos juegos superanen realismo a las aplicaciones tradicionales de visualizacin deescenas 3D en tiempo real.

Entre todos los motores de juegos disponibles en laactualidad, se ha elegido Crystal Space [7] por las siguientesrazones:1) Es de dominio pblico ( GNU Library general PublicLicense).2) Es de cdigo abierto.3) Multiplataforma: Mac, OS Classic, Mac OS X, UNIX,Windows, Linux, Irix, FreeBSD, NetBSD, and Solaris entreotras.4) Una buena calidad de imgenes tanto en modo softwarecomo en modo hardware.5) Soporte para OpengGL y Direct X.6) Est en continuo desarrollo y mantenimiento.7) Posee herramientas auxiliares ( convertidores de mapas,avatares, etc.)

El mundo utilizado en nuestra aplicacin es un mundoejemplo disponible en Crystal Space. Los avatares han sidoimportados del juego Quake. El entorno tendra el aspectomostrado en la Fig. 6.

Fig 6. Imagen del mundo virtual.

No sera necesario disponer de un acelerador grfico en lacomputadora para ejecutar esta aplicacin, aunque serarecomendable.

A. Arquitectura de la aplicacin.El sistema tiene una arquitectura cliente-servidor que

bsicamente estara compuesto por dos servidores y uncliente, aplicacin que ejecuta el usuario. La arquitectura delsistema se muestra en la Fig. 7.

Los funciones de estos componentes son bsicamente:

41) Servidor de Chat: maneja el servicio de chat.2) Servidor de Avatares: mantiene la posicin de todos losavatares El servidor monitoriza el estado de cada cliente (nickname, posicin, orientacin, tiempo...) y lo comunica a losotros clientes.3) Aplicacin Cliente: es fundamentalmente la encargada de lavisualizacin. Tambin maneja la comunicacin con losservidores para mostrar el xito del chat y dibujar los avataresen sus posiciones correspondientes.

CONTROLEVENTOS

C A R G A

CHAT

M O T O RGRFICO

CLIENTE

SERVIDOR

INTERNET

AVATARES

CONTROLEVENTOS

C A R G A

CHAT

M O T O RGRFICO

CLIENTE

SERVIDOR

INTERNET

AVATARES

Fig. 7. Arquitectura del sistema.

El cliente siempre mantiene dos estados para cada avatar: elestado en el momento t0 y el nuevo estado en t1. Cuando losavatares se dibujan en el mundo, se sitan en una posicin queinterpola ambos estados para obtener una visualizacincontinua y sin saltos. Adems de esto, los avatares tienen dostipos de animaciones, la animacin de movimiento y laproducida cuando est quieto. La transicin desde una a otradepende nicamente de la velocidad del avatar y esnicamente manejada por el cliente.

Fig 8: Escena del mundo virtual con la consola.

La Fig 8 muestra una escena del chat con dos avatares,incluyendo la consola.

V. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

El uso de mundos virtuales para la docencia a travs deinternet permite a los estudiantes sumergirse en entornosamigables que hacen ms ameno el aprendizaje. Losestudiantes pueden interactuar con el entorno de una forma

realista. Por ello si se suma a las ventajas de estos mundos laventaja de conectarse por internet, hace que el proceso deaprendizaje sea ms fcil [11].

En los mundos virtuales monousuario, el estudiante realizaun aprendizaje individual interaccionando con el ordenador.Sin embargo, en los mundos multiusuario, estos puedeninteraccionar unos con otros. Esto hace que el proceso deaprendizaje sea ms completo, al poder compartir experienciasy disponer de un profesor que les gue.

Los mundos creados con VRML tienen todas estas ventajas,pero si se utiliza para el diseo de los mundos un motor dejuegos, aadimos a stas el que este mundo sea ms realista, ypueda incorporar con facilidad todas las nuevas tecnologas.

Tambin los motores de juegos incorporan las ventajas demodularidad y a poder ejecutarse en un gran nmero deplataformas. Pero sin embargo, hoy en da estos motores noestn bien documentados y presentan todava dificultades a lahora de generar contenidos para los mundos.

Una de las lneas actuales de trabajo en cuanto a lasaplicaciones docentes aqu presentadas, sera su mejora yampliacin. Una vez puestas en marcha, se irn chequeando lasnecesidades de los estudiantes, y adaptndose a stas.

En cuanto al aula virtual diseada, se est estudiandoespecializarla en la docencia de la informtica grfica, campo deinvestigacin de los autores de este artculo. Por ello, seincluirn objetos en 3 dimensiones que se podran utilizar paraensear conceptos de Informtica Grfica.

La aplicacin del chat 3D ha sido diseada con un sistemaabierto para la inclusin de una nueva tecnologa en el campode la visualizacin en tiempo real. Este sistema incorporar enun futuro un sistema similar al aula virtual, en la que podrnincluirse los avances en las tcnicas de realismo virtual [12].

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo ha sido financiado parcialmente por el conveniode colaboracin Mundos virtuales para la enseanza delvocabulario con el Colegio Pblico Jaume I, por el proyectode investigacin Mundos virtuales multiusuario en Internetde la Fundacin Caixa-Castell Bancaixa (P1.1B2000-21) y porel proyecto Modelado Multirresolucin en juegos porordenador del Ministerio Espaol de Ciencia y Tecnologa(TIC2001-2416-C03-02).

REFERENCIAS

[1] Rikk Carey, Gavin Bell. The VRML 2.0 Reference Manual, Ed.Addison Wesley Longman, 1997.

[2] Aaron E. Walsh, Mikael Bourges-Sevenier, Core Web 3D, Ed.Prentice Hall, 2000.

[3] Rodger Lea, Kouichi Matsuda, Java for 3D and VRML Worlds,Ed. New Riders Publishing, 1996.

[4] Bernie Roehl, Justin Couch, Cindy Reed-Ballerich, Tim Rohaly,Geoff Brown, Late Night VRML 2.0 with Java, Ed. Ziff Davis Pr,1997.

[5] Web3D consortium, (http://www.web3d.org).

5[6] Dave Eberly, "Game Engine Design: A Practical Approach to Real-Time Computer Graphics", Ed. Morgan Kaufmann Publishers,2000.

[7] "Game Programming Gems", Ed. Mark DeLoura, 2000.[8] Alan Watt, Fabio Policarpo, "3D Games Volume 1: Real-time

Rendering and Software Technology", Ed. Addison-Wesley, 2000.[9] Tomas Mller, Eric Haines, "Real-Time Rendering", Ed. A K

Peters Limited, 2002.[10] Jorrit Tyberghein, Jorrit Tyberghein, Crystal Space site".

(http://crystal.sourceforge.net/).[11] Ken Brodlie, Nuha El-Khalili, Ying Li, Using Web-Based

Computer Graphics to Teach Surgery, GVE99, Coimbra, Portugal.[12] Mohd. Fairuz Shiratuddin, Walid Thabet,Can Game Engines

JUMP-START the Use of VR Technology in Construction?, AVRII&CONVR, 2001.