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APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL EN LA CAPACITACIÓN EN GEOMECÁNICA MINERA Y CIVIL

Presentado en el V Seminario Peruano de Geoingeniería.
Por: L. Jordá Bordehore, Departamento de Ingeniería del Terreno. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid. 


Resumen

A lo largo de este último año y medio hemos implementado diferentes recursos para poder dar clases y capacitar de forma remota (online) sin perder en la medida de lo posible la esencia de los trabajos de campo y laboratorio en las asignaturas de mecánica de rocas, geotecnia y túneles. 

La realidad virtual nos permite romper en cierta medida la monotonía de las clases online y nos acerca al mundo pre COVID-19 de laboratorios y salidas de campo. Hemos utilizado varias herramientas sencillas e intuitivas para elaborar ese material docente, principalmente prácticas de laboratorio y salidas de mapeo de campo: la que más nos ha gustado ha sido Cospaces, así como los repositorios online tipo Sketchfab. 

Creemos que todo lo aprendido e implementado durante los confinamientos y restricciones de la pandemia van a poder seguir usándose y de hecho son un complemento ideal para la docencia. Los entornos virtuales nos han permitido proseguir casi con normalidad algunas materias y quedarán para el futuro como una herramienta utilísima para hacer visitas a lugares remotos y/o logísticamente complicados, así como servir de introducción previa a las prácticas.

Introducción y objetivos

En los tiempos tan convulsos que corren –con la pandemia de la COVID-19, las dificultades de movilidad cuando no confinamientos y el imparable auge de la capacitación o docencia online– la realidad virtual es una herramienta extremadamente útil. 

La realidad virtual (VR) puede ser todo lo inmersiva o complicada que queramos, desde un sencillo código QR de un restaurante o museo al mundo inmersivo total de los video-juegos. Entre ambos extremos tenemos un enorme abanico de posibilidades donde entra en juego la “virtualización” de laboratorios, minas y salidas de campo. 

En 2019 iniciamos en el departamento de Ingeniería y Morfología del Terreno de la Universidad Politécnica de Madrid un proceso de creación de contenidos virtuales (salidas de mapeo) a través de fotografías 360 esféricas, fotogrametría SfM y de repositorios 3D de rocas, cajas de sondeos y afloramientos rocosos.

En un principio nuestro objetivo era complementar la formación con escenarios virtuales dadas las dificultades que cada vez más tenemos para organizar salidas de campo con los estudiantes. En este proceso estábamos –y suerte que hicimos muchas escenas VR– cuando a mediados de marzo de 2020 el mundo se confinó. Lo que iba a ser una ayuda o un complemento se convirtió en la salvación o eje principal de muchos talleres y materias, que, gracias a la realidad virtual pudimos implementar. Organizamos prácticas en laboratorios virtuales, con más o menos éxito o realismo, hicimos talleres de mapeo sobre afloramientos, túneles y minas virtualizados de forma ciertamente sencilla, pero efectiva y pudimos loguear sondeos sobre cajas en 3D obtenidas mediante fotogrametría.

Metodología

La metodología empleada la hemos denominado “del aula al campo y del campo al aula”, de lo real a lo virtual y viceversa. En primer lugar, identificamos cuál es la necesidad a cubrir por la realidad virtual. Por ejemplo, necesitamos apoyar una materia de geomecánica con la toma de datos en campo (y no podemos llevar a los alumnos al campo por COVID-19, falta de fondos o dificultades técnicas). O por ejemplo necesitamos mostrar una práctica de labora- torio o visitar un túnel o una mina para explicar las técnicas de excavación y refuerzo. Una vez que sabemos lo que necesitamos, decidimos dónde podemos en contrarlo en la realidad y si es factible con nuestros medios virtualizarlo. La siguiente etapa consiste en ir al lugar como si estuviéramos realmente haciendo el trabajo. Esa es la etapa “real”. Acompañamos nuestro trabajo de “virtualización” con la toma de datos de campo como si de un trabajo ordinario se tratase, es decir, vamos al afloramiento con nuestro estadillo y material de campo (brújula, esclerómetro, etc.). Los afloramientos son los lugares más sencillos, pues no requieren habitualmente de logística ni de permisos especiales. Normalmente hacíamos los talleres de toma de datos en campo en afloramientos y emboquilles de túneles y minas, y en el caso de la “virtualización” escogemos en muchas ocasiones estos escenarios.

Otro tema mucho más complejo es el acceso a túneles y minas en los que se está trabajando, resultaba sumamente complicado con alumnos y lo es ahora con el COVID-19. En alguna ocasión pudimos hacer talleres en minas operativas, pero en zonas que no se trabajaba, como en las minas de oro de Ponce Enríquez en Ecuador, o en La Rinconada en Perú, pero no es lo frecuente. Desde que empezamos los talleres de toma de datos de campo hemos escogido las minas y túneles abandonados por su fácil logística, pero solo aquellas partes más cerca de la bocamina, tal es el caso de los talleres en mina Pomperia (Puno, Perú años 2013 a 2015), Mina San José (Oruro Bolivia, 2016), túnel de Serra Gelada (Alicante, España 2015-actualidad), El Soplao (Cantabria, 2016), entre otros.

Sin embargo, en el marco del nuevo proyecto de salidas de campo virtuales hemos buscado túneles o minas que fuesen accesibles, cómodas y que se pudiesen tomar buenos datos. Para ello las minas museo o minas turísticas son un lugar ideal. Necesitábamos encontrar un tipo de obra subterránea que se asemejase a los trabajos de avance y que además se pudiesen tomar datos sin el “estrés” de tener la maquinaria o contratista esperando. Consideramos que es perfecto para ello las minas escuela y obras subterráneas y laboratorios experimentales bajo la superficie. Desde 2019, hemos visitado a tal efecto:

ν Mina Museo de Escucha (Teruel, España).

ν Mina Escuela del Bierzo, Fundación Santa Bárbara (León, España).

ν Mina Experimental Bárbara (Mikolow, Polonia). Esta última a través de la red europea https://undergroundlabs.network y una bolsa de viaje Erasmus plus.

Una vez en el frente del túnel o mina el procedimiento habitual es el siguiente:

1.- Escogemos el entorno de trabajo o estación geomecánica y posicionamos la iluminación.

2.- Procedemos a la toma de fotografías y videos: un video entradilla o explicación para subir a Youtube, una imagen esférica 360º utilizando un accesorio o bien una aplicación de móvil app tipo streeet view u otras, Panorama 360 etc. Hacemos un conjunto de fotos con solape (entre 20 y 60) en modo structure from motion para fotogrametría usando el propio móvil o preferentemente una cámara digital, para lo cual se instalan al menos tres dianas para toma de coordenadas.

3.- Realizamos la toma de datos geomecánicos convencionalmente rellenando un estadillo normalizado y tomando datos de brújula, esclerómetro, peine de Barton, etc., con el objetivo de determinar los parámetros del macizo y juntas, orientación de discontiuidades, índice Q, RMR, GSI, etc. Se toma las dimensiones de la galería, orientación, medidas de refuerzo y posibles inestabilidades. El tiempo habitual para estos trabajos según su complejidad está entorno a una hora por estación.

Una vez en gabinete procedemos a introducir los datos y fotografías en los entornos virtuales: las imágenes 360 se suben a la plataforma comercial Cospaces donde se hacen varios escenarios y frentes y se introducen paneles desplegables que dan la información de la estación geomecánica en mayor o menor detalle y complejidad. Para no sobrecargar la plataforma y hacerla más operativa las plantillas a utilizar y las preguntas de ejercicios se “suben” a otro tipo de plataformas docentes como Moodle.

Por otra parte, las imágenes en 3D se generan usando el programa de Agisoft Metashape (antiguo Photoscan), esto puede ser tal cual está la foto o incluir información de su orientación cuando hemos colocado dianas y coordenadas (para luego exportar a programas de nube de puntos como Cloudcompare). Las imágenes 3D se visualizan a través del repositorio online Sketchfab y en caso de incorporar la nube de puntos referenciada se pueden exportar al programa Cloudcompare e incluir un taller de toma de datos de orientaciones de forma remota.

Un tema paralelo que estamos desarrollando es el uso de la realidad aumentada y códigos QR para hacer más fluida la transición entre la clase virtual que el alumno está viendo y su participación en la misma. Una de las estrategias que seguimos consiste en que el alumno no tenga que estar cambiando de pantalla en el propio ordenador, entre la clase que está viendo y los ejercicios. Por ello, recomendamos en la medida de lo posible (y ahí entra el tema de la brecha digital) utilizar el ordenador conjuntamente con una tableta o smartphone. De tal forma que en uno escucha y ve la presentación del profesor y en la otra puede descargar material o hacer ejercicios. Utilizamos códigos QR inmersos en la presentación donde el alumno hace una captura del mismo y a partir de ese momento puede hacer ejercicios cortos con su móvil mediante una pausa en la clase. Para estos test cortos utilizamos las plataformas Kahoot y EdPuzzle.

Resultados

Durante los últimos meses hemos trabajado en entornos virtuales “amigables” sin una gran complejidad técnica puesto que no disponíamos de los medios humanos para poder implementar soluciones que consumieran mucho tiempo. Optamos por plataformas convencionales comerciales en las cuales hemos alojado una serie de espacios virtuales en 3D de tipo imágenes 360 y modelos tridimensionales. Estos espacios nos han servido para la docencia de asignaturas con prácticas de laboratorio y “excursiones” o salidas de campo para toma de datos geológico y geomecánicos. En estos momentos nos enfocamos a entornos y plataformas más inmersivas donde el “alumno” pueda interactuar más con el entorno y que sea cada vez más realista el taller.

Conclusiones

1. Creemos que la etapa pos COVID-19 va a mantener muchas de las líneas de trabajo de entornos virtuales, puesto que se complementan muy bien con la capacitación online y a distancia, que es tan necesaria en países andinos y aquellos con dificultades para movilizar a los técnicos, campamentos etc.

2. Los talleres, laboratorios y salidas de campo (mapeo) virtuales que ya se han elaborado y están activos son los siguientes:

ν Túneles y galerías mineras: https://edu.cospaces.io/TLS-TUT

ν Introducción a la geomecánica: https://edu.cospaces.io/NGF-LYM

ν Taludes en roca: cinemática: https://edu.cospaces.io/KTU-APD

ν Laboratorio virtual de mecánica de rocas: https://edu.cospaces.io/EPD-NHY

ν Cajas de logueo de sondeos en repositorio 3D: https://sketchfab.com/3d-models/drilling-core-box- num85-a73ec61c977847f294deae7d6802522f

En la Tabla 1 indicamos las visitas realizadas a cada uno de los entornos virtuales creados de Cospaces. Las hemos utilizado en nuestras propias clases pero también nos hemos dado cuenta de que por suerte profesores y cursos de otros países están utilizando este material didáctico, no tenemos estadísticas de entrada a la plataforma. Como se aprecia en la Tabla 1, el primero de los escenarios fue el de túneles creado poco antes del inicio del confinamiento de marzo – mayo de 2020, después se han ido creando productos, los cuales se aprecia como van siendo populares y utilizados en nuestras clases de túneles, minería y mecánica de rocas en Ecuador, Perú, Bolivia, España (Master del Cedex, Almadén, UPM, etc.).

Por otro lado, hemos iniciado encuestas para saber el grado de aceptación de estos productos y determinar en qué se podrían mejorar. Se recibieron 47 respuestas a lo largo de 2020-2021. A la gran mayoría les resulta sencillo e intuitivo el sistema (91.5%). Ante la pregunta: Los avatares o iconos que te guían en el entorno, ¿te parecen adecuados o son algo "infantiles"? Al 68.1% les pareció que están bien como están, y que le dan frescura, mientras que el restante 31.9 indicó que podrían mejorarse. El 91.5% dijo que era adecuado usar esta plataforma para trabajos encargados para casa o autónomo.

Agradecimientos

Este trabajo se inició con el patrocinio de la Universidad Politécnica de Madrid a través del proyecto Innovación educativa 2020, “Aula-GeoVirtual: prácticas de campo - laboratorios virtuales de túneles y mecánica de rocas”. Código: IE1920.0410.

Bibliografía

Jordá Bordehore et al. 2020. Salidas de campo virtuales en asignaturas de Ingeniería del Terreno. In Rosabel Roig-Vila (Coord.), Jordi M. Antolí Martínez, Rocío Díez Ros (Eds.), Libro de actas de las XVIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria- REDES 2020 y IV Workshop Internacional de Innovación en Enseñanza Superior y TIC INNOVAESTIC 2020 (https://web.ua.es/es/ice/redes-innovaestic2020). Alicante (España) pp. 189-190.


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