Si pudieras sumergirte en un rompecabezas de computadora en lugar de verlo en una pantalla plana, ¿jugarías de manera diferente? Los estudiantes de Colby están explorando esta idea a través de un entorno de ajedrez de realidad virtual (VR), donde los jugadores experimentan el juego usando un auricular que los transporta a jugar en un espacio tridimensional.

El proyecto de ajedrez es un camino hacia la pregunta más amplia de cómo las personas razonan y aprenden en entornos virtuales inmersivos de diferentes maneras que en el mundo real. Clare Boothe Luce, la profesora adjunta de Ciencias de la Computación, Stacy Doore, está colaborando en el proyecto de investigación con el profesor adjunto de Educación Matemática y Tecnología Instruccional Justin Dimmel en la Universidad de Maine.

El primer paso para explorar cómo las personas interactúan con objetos como las piezas de ajedrez en la realidad virtual es construir el tablero. Linn Cao '24 e Izge Bayyurt '22 crearon varios entornos virtuales este verano y presentaron su trabajo en el Retiro de investigación de verano para estudiantes universitarios de Colby. Cao desarrolló tres tableros de ajedrez estándar en diferentes escalas espaciales (mesa, habitación y entorno), mientras que Bayyurt construyó un cubo de ajedrez tridimensional que podía girar en el espacio y explorarse desde el interior y el exterior del cubo. Los jugadores pueden interactuar con ambos entornos virtuales usando un auricular VR y moviendo piezas de ajedrez virtuales usando un controlador de mano.

Doore y Dimmel idearon el proyecto de ajedrez VR para reunir sus respectivos intereses de investigación. Doore realiza investigaciones sobre cognición espacial y navegación no visual, y Dimmel explora diferentes formas de representar conceptos matemáticos. Ambos están interesados ??en utilizar tecnologías emergentes como la realidad virtual para crear entornos de aprendizaje únicos que no existen en el mundo real.

En su Laboratorio de Ética de Tecnología Inclusiva y Sistemas de Navegación Inmersiva (INSITE), Doore explora cómo las tecnologías de asistencia pueden expandir el acceso a la información, particularmente para las personas con ceguera y problemas de visión. Las tecnologías de asistencia, como los lectores de pantalla y los audífonos, son familiares para muchos de nosotros, pero el desarrollo de tecnologías de asistencia también puede involucrar la realidad virtual. Por ejemplo, un sistema de navegación que utiliza señales de audio espaciales para ayudar a los usuarios ciegos a moverse a través de un espacio interior desconocido podría probarse y perfeccionarse primero en realidad virtual con participantes videntes. 

“Siempre estoy buscando nuevas formas de transmitir información que involucre a las personas de diferentes maneras o proporcione nuevos conocimientos sobre la forma en que las personas piensan y razonan sobre los objetos en el espacio”. -Stacy Doore, profesora asistente de informática

“La realidad virtual es muy visual, pero hay muchos otros tipos de interfaces multimodales que se pueden desarrollar y probar en un entorno virtual, como señales hápticas y de lenguaje natural”, dijo Doore. “Siempre estoy buscando nuevas formas de transmitir información que involucre a las personas de diferentes maneras o proporcione nuevos conocimientos sobre la forma en que las personas piensan y razonan sobre los objetos en el espacio”.

Para Dimmel, que dirige el Laboratorio de matemáticas inmersivas en entornos renderizados (IMRE) en la Universidad de Maine, la realidad virtual podría ser una forma de transmitir ideas matemáticas complejas. Los conceptos geométricos, por ejemplo, pueden ser difíciles de comprender cuando se comprimen en formatos bidimensionales, como diagramas o ecuaciones. La realidad virtual podría representar los mismos conceptos que los objetos dentro de un espacio 3D, como una escultura que podría inspeccionarse desde todos los ángulos.

“A menudo es bueno tener una constelación de representaciones para los estudiantes”, dijo Dimmel. “Las barreras para ingresar y comprometerse con las matemáticas de alto nivel podrían reducirse potencialmente cuando los estudiantes interactúan con estas representaciones espaciales”.         

“Nunca imaginé que podría aprender un nuevo idioma y muchas herramientas nuevas y luego, básicamente, crear un conjunto de entornos complejos utilizándolos todos en solo seis semanas. Estoy muy orgulloso de ello”.      -Linn Cao '24

La realidad virtual también es un buen campo de entrenamiento para estudiantes de informática principiantes y avanzados, dijo Doore. Con la supervisión de ambos profesores, Cao asumió la tarea de renderizar tableros de ajedrez estándar a diferentes escalas, mientras que Bayyurt se basó en su experiencia de programación avanzada para crear el cubo de ajedrez tridimensional más complejo.

Cao se basó en bibliotecas de códigos existentes de objetos de ajedrez, usándolos para crear su propio entorno y escribiendo guiones para mover piezas de ajedrez. Su mundo virtual parece tres habitaciones, cada una con un tablero de ajedrez de diferente tamaño. Las habitaciones con los tableros más grandes tienen escaleras que permiten al usuario investigar una vista aérea del tablero mientras considera su próximo movimiento.

Cao dijo que el proyecto la ayudó a aprender el lenguaje de programación C# y adquirir experiencia en el desarrollo de realidad virtual, lo que impulsará sus aplicaciones para pasantías en ingeniería de software.

“Nunca imaginé que podría aprender un nuevo idioma y muchas herramientas nuevas y luego, básicamente, crear un conjunto de entornos complejos utilizándolos todos en solo seis semanas”, dijo Cao. “Estoy muy orgulloso de ello”.      

Y el proyecto encajaba perfectamente con Bayyurt, que no solo estaba interesado en la realidad virtual, sino que también jugaba al ajedrez desde que tenía cuatro años. En su cubo de ajedrez tridimensional, las piezas parecen flotar en el espacio. Un jugador puede ajustar el tamaño del campo de juego de forma libre y, eventualmente, el entorno permitirá que un jugador gire libremente el cubo para ver el juego desde todos los ángulos.

Construir el entorno del ajedrez fue una buena introducción a su actual programa de estudios en el extranjero en Copenhague, Dinamarca, donde se centra en el diseño de videojuegos y realiza una pasantía en una empresa que desarrolla software para salas de reuniones en realidad virtual.          

Ambos estudiantes se sorprendieron por la diferencia entre codificar sus entornos y ponerse un visor de realidad virtual y probarlo. “Estaba hipnotizado por lo reales que eran los objetos a mi alrededor”, dijo Bayyurt. "Te da una perspectiva diferente, y creo que es difícil apreciar eso sin intentarlo".       

Ahora que los entornos de ajedrez virtual están diseñados y desarrollados, el siguiente paso es diseñar un protocolo de estudio y realizar experimentos con él. Cao y otros estudiantes del laboratorio INSITE recopilarán datos de movimiento y seguimiento ocular para comprender mejor cómo las personas usan la visión para considerar estrategias, moverse en el mismo espacio presentado en diferentes escalas y manipular objetos fuera de los límites del mundo real. Su primer estudio, que se llevará a cabo en los próximos meses, pedirá a los participantes que piensen en voz alta mientras realizan tareas de navegación y realizan una secuencia de movimientos de ajedrez en diferentes escalas espaciales. El objetivo es comprender mejor cómo los entornos virtuales afectan las estrategias de razonamiento espacial de los participantes y su capacidad para reproducir la secuencia de tareas.

Este estudio es solo una parte de una agenda de investigación más amplia para Doore y Dimmel. Ambos profesores reconocen que la realidad virtual es una herramienta convincente, pero señalan que la ciencia que demuestra su valor en los entornos educativos aún se encuentra en las primeras etapas. Sin embargo, la realidad virtual es a menudo el "gancho" que hace que los estudiantes se interesen en la investigación de tecnología de asistencia, dijo Doore, y no le faltan estudiantes interesados. El Departamento de Ciencias de la Computación de Colby, el Consorcio de Subvenciones Espaciales de Maine, la Fundación Spencer y la Oficina del Vicepresidente de Investigación de la Universidad de Maine proporcionaron fondos para el trabajo de desarrollo de los estudiantes. “Idealmente, cualquier cosa que desarrollemos usando VR para mejorar el aprendizaje o la enseñanza debería ser una experiencia de valor agregado, en lugar de una experiencia de reemplazo”, dijo Doore. “Eso es realmente lo principal.