APLICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL EN LA ENSEÑANZA DE LA INGENIERIA DE CONSTRUCCIÓN TATIANA SÁNCHEZ BOTERO Trabajo de grado para optar al título de Magíster en Ingeniería, con énfasis en Gestión de la Construcción Asesor: LUIS FERNANDO BOTERO BOTERO MEDELLÍN UNIVERSIDAD EAFIT FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL 2013 Nota de aceptación _________________________ _________________________ Presidente del jurado _________________________ Jurado _________________________ Jurado _________________________ Medellín, ____ _________ de 2013 TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO .......................................................................................................................................... 13 RESUMEN .......................................................................................................................................... 16 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................. 18 1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................................ 22 2 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................................... 24 3 OBJETIVOS ................................................................................................................................. 25 3.1 OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................... 25 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.................................................................................................... 25 4 MARCO DE REFERENCIA ............................................................................................................ 26 4.1 LAS TIC EN LA EDUCACIÓN SUPERIOR............................................................................... 26 4.1.1 INCORPORACIÓN DE LAS TIC EN LA EDUCACIÓN SUPERIOR .................................... 27 4.1.2 JUEGOS SERIOS ......................................................................................................... 30 4.1.3 TIC EN LA INGENIERÍA CIVIL ...................................................................................... 32 4.2 BIM .................................................................................................................................... 32 4.2.1 BIM EN LA INDUSTRIA ............................................................................................... 34 4.2.2 BIM EN LA ACADEMIA ............................................................................................... 43 4.3 REALIDAD VIRTUAL ........................................................................................................... 53 4.3.1 DEFINICIONES ............................................................................................................ 53 4.3.2 CONSIDERACIONES TÉCNICAS DE LOS SISTEMAS DE REALIDAD VIRTUAL ................ 57 4.3.2.1 DISPOSITIVOS INTERACCIÓN HUMANO COMPUTADOR ....................................... 59 4.3.2.2 DISPOSITIVOS DE VISUALIZACIÓN ......................................................................... 61 4.3.3 REALIDAD VIRTUAL EN LA INDUSTRIA ...................................................................... 62 4.3.4 REALIDAD VIRTUAL EN LA ACADEMIA ...................................................................... 67 4.4 LA ENSEÑANZA ACTUAL DE LA INGENIERÍA CIVIL EN COLOMBIA..................................... 70 4.5 LA INGENIERÍA CIVIL EN LA UNIVERSIDAD EAFIT .............................................................. 73 5 MARCO PRÁCTICO ..................................................................................................................... 84 5.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 84 5.2 METODOLOGÍA ................................................................................................................. 84 5.3 EXPERIMENTACIÓN ........................................................................................................... 87 5.3.1 EXPERIMENTACIÓN EN LA MATERIA TÉCNICAS DE EXPRESIÓN GRÁFICA ................ 87 5.3.1.1 PRUEBA 1 .............................................................................................................. 89 DISEÑO DEL EXPERIMENTO .............................................................................................. 89 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ..................................................................................... 93 ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................ 96 5.3.1.2 PRUEBA 2 ............................................................................................................ 110 DISEÑO DEL EXPERIMENTO ............................................................................................ 110 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ................................................................................... 113 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 116 5.3.1.3 DISCUSION Y CONCLUSIONES ............................................................................. 126 5.3.2 EXPERIMENTACIÓN EN LA MATERIA DE TOPOGRAFÍA ........................................... 130 5.3.2.1 PRUEBA 1 ............................................................................................................ 131 DISEÑO DEL EXPERIMENTO ............................................................................................ 131 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ................................................................................... 134 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 136 5.3.2.2 PRUEBA 2 ............................................................................................................ 141 DISEÑO DEL EXPERIMENTO ............................................................................................ 141 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ................................................................................... 141 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 142 5.3.2.3 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ............................................................................. 145 5.3.3 EXPERIMENTACIÓN EN LA MATERIA DE PROGRAMACIÓN Y PRESUPUESTO ......... 148 5.3.3.1 PRUEBA DE PRESUPUESTO .................................................................................. 149 DISEÑO DEL EXPERIMENTO ............................................................................................ 149 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ................................................................................... 151 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 155 5.3.3.2 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ............................................................................. 161 5.3.4 EXPERIMENTACIÓN REALIDAD VIRTUAL COLABORATIVA ...................................... 162 5.3.4.1 PRUEBA 1 ............................................................................................................ 162 DISEÑO DEL EXPERIMENTO ............................................................................................ 162 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO ................................................................................... 164 ANÁLISIS DE RESULTADOS .............................................................................................. 165 5.3.4.2 DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES ............................................................................. 170 6 APLICACIÓN ............................................................................................................................. 172 6.1 PROPUESTAS DE INCLUSIÓN ........................................................................................... 172 6.1.1 CREACION DEL DEPARTAMENTO DE DESARROLLOS DIDÁCTICOS EN REALIDAD VIRTUAL INMERSIVA ............................................................................................................... 172 6.1.1.1 MISIÓN ................................................................................................................ 173 6.1.1.2 DEFINICIÓN DE PROCESOS .................................................................................. 173 6.1.1.3 REQUERIMIENTOS DE INCLUSIÓN....................................................................... 176 6.1.1.4 VENTAJAS ............................................................................................................ 178 6.1.1.5 BARRERAS Y DIFICULTADES ................................................................................. 178 6.1.2 INTERVENCION EN MATERIA DE CAD ..................................................................... 179 6.1.2.1 REQUERIMIENTOS DE INCLUSIÓN....................................................................... 182 6.1.2.2 VENTAJAS ............................................................................................................ 184 6.1.2.3 BARRERAS Y DIFICULTADES ................................................................................. 184 6.1.3 CREACIÓN DE MATERIA BIM EN EL ENFASIS GESTIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN ...... 184 6.1.3.1 REQUERIMIENTOS DE INCLUSIÓN....................................................................... 187 6.1.3.2 VENTAJAS ............................................................................................................ 188 6.1.3.3 BARRERAS Y DIFICULTADES ................................................................................. 189 7 CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 190 BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………………………………………………………………..190 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Modalidades organizativas y TICS. ...................................................................................... 29 Tabla 2. Guías para el uso de la metodología BIM. .......................................................................... 39 Tabla 3. Universidades que ofrecen cursos BIM............................................................................... 45 Tabla 4. Módulos del curso BIM en Technion-Israel Institute of Technology y su contenido. ......... 46 Tabla 5. Pasos del enfoque de aprendizaje mediante BIM .............................................................. 48 Tabla 6. Programas de Pregrado con Acreditación Vigente por Área de Conocimiento a Diciembre De 2012. ............................................................................................................................................ 70 Tabla 7. Compromisos de investigación para el pregrado Ingeniería Civil. ..................................... 81 Tabla 8. Resultados de usabilidad, prueba 1 para la materia de Técnicas de Expresión Gráfica .... 96 Tabla 9. Resultados de Expresión Gráfica, prueba 1 para la materia de Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................................... 98 Tabla 10. Resultados de prueba experimental método de realidad virtual inmersiva. Prueba 1. Materia de Expresión Gráfica ......................................................................................................... 100 Tabla 11. Resultados de prueba experimental método Tradicional. Prueba 1. Materia de Expresión Gráfica ............................................................................................................................................. 102 Tabla 12. Resultados de usabilidad, prueba 2 para la materia de Técnicas de Expresión Gráfica . 116 Tabla 13. Resultados de Expresión Gráfica, prueba 2 para la materia de Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................................. 118 Tabla 14. Tabla de tabulación de los resultados de la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ...................................................................................... 120 Tabla 15. Tabla de tabulación de los resultados del ejercicio en clase con método tradicional del grupo prueba. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica................................................... 121 Tabla 16. Tabla de tabulación de los resultados de los ejercicios en clase para el grupo control. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica .......................................................................... 123 Tabla 17. Resultados de la encuesta en la sección de usabilidad. Prueba 1. Materia Topografía . 136 Tabla 18. Resultados de la encuesta en la sección de Altiplanimetría. Prueba 1. Materia Topografía ........................................................................................................................................................ 138 Tabla 19. Resultados de prueba experimental método Tradicional. Prueba 1. Materia de Topografía ....................................................................................................................................... 139 Tabla 20. Resultados de la encuesta en la sección de usabilidad. Prueba 2. Materia Topografía . 143 Tabla 21. Resultados de la encuesta en la sección de Altiplanimetría. Prueba 2. Materia Topografía ........................................................................................................................................................ 144 Tabla 22. Resultados de la encuesta sección de usabilidad. Grupo prueba. Materia de programación y presupuesto .......................................................................................................... 155 Tabla 23. Resultados de la encuesta sección de presupuesto. Grupo prueba. Materia de programación y presupuesto .......................................................................................................... 157 Tabla 24. Resultados de grupo prueba. Materia programación y presupuesto ............................. 158 Tabla 25. Resultados de grupo control. Materia programación y presupuesto ............................. 159 Tabla 26. Resultados grupo prueba y grupo control. Materia de programación y presupuesto. .. 160 Tabla 27. Variables del experimento. Realidad Virtual Colaborativa ............................................. 163 Tabla 28. Resultados Encuesta Usabilidad, prueba 1 para Realidad Virtual Colaborativa ............. 166 Tabla 29. Prueba de rachas para resultados Prueba 1 de Realidad Virtual Sin Colaboración ........ 167 Tabla 30. Estadísticos y pruebas F y t para prueba 1 Realidad Virtual sin Colaboración ............... 168 Tabla 31. Prueba de rachas para resultados Prueba 1 de Realidad Virtual Colaborativa .............. 169 Tabla 32.Estadísticos y pruebas F y t para prueba 1 Realidad Virtual Colaborativa ...................... 169 Tabla 33. Roles propuesta de inclusión área de generación de contenidos de realidad virtual .... 176 Tabla 34. Tabla de costos propuesta de inclusión área de generación de aplicativos realidad virtual. ........................................................................................................................................................ 177 Tabla 35. Costos aproximados de la propuesta de intervención en la materia CAD. .................... 183 Tabla 36. Costos aproximados de la implementación de la materia Introducción a la metodología de trabajo BIM. ............................................................................................................................... 188 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Controles de Atari 2600, xbox 360 y PlayStation3. Tomado de http://www.gamasutra.com/blogs/KentNORMAN/20120614/172390/The_QWERTY_Game_Contr oller.php ............................................................................................................................................ 59 Figura 2. Cámara OptiTrack v100. Tomado del sitio web http://www.naturalpoint.com/optitrack/products/v100-r2/specs.html ......................................... 60 Figura 3. Componentes del Kinect. Tomado del sitio web http://msdn.microsoft.com/en- us/library/jj131033.aspx ................................................................................................................... 60 Figura 4.Equipo háptico Phantom Omni. Tomado del sitio web http://www.dentsable.com/haptic- phantom-omni.htm .......................................................................................................................... 61 Figura 5. Porcentaje de participación de programas de pregrado con acreditación vigente por área de conocimiento. 2012 Fuente. Boletín Estadístico 2012. Consejo Nacional de Acreditación de Colombia - CNA ................................................................................................................................. 71 Figura 6. Estructura general del plan de estudios. Herramientas y Acciones. Sacada del documento Proyecto Educativo Ingeniería Civil Eafit. ......................................................................................... 76 Figura 7. Pensum 2007 Dividido por el tipo de asignatura y área a la que pertenece. Sacada del documento Proyecto Educativo Ingeniería Civil Eafit. ...................................................................... 77 Figura 8. Áreas generales temáticas del plan académico. Sacada del documento Proyecto Educativo Ingeniería Civil Eafit. ......................................................................................................... 78 Figura 9. Pensum de Ingeniería Civil, asignaturas diferenciadas en relación con las temáticas de las asignaturas. Sacada del documento Proyecto Educativo Ingeniería Civil Eafit. ............................... 79 Figura 10. Ejes estratégicos del plan de desarrollo 2012-2018. Sacado del Plan Estratégico 2012- 2018. ................................................................................................................................................. 80 Figura 11. Resultado calidad general del programa. Sacado de Resultado Encuesta Graduandos Ingeniería Civil 2011-1. ..................................................................................................................... 82 Figura 12. Resultado pertinencia profesional del pensum. Sacado de Resultado Encuesta Graduandos Ingeniería Civil 2011-1. ................................................................................................. 83 Figura 13. Hoja de Isométricos de dificultad media. Materia Expresión Gráfica ............................. 88 Figura 14. Porcentaje de población por género. Prueba 1. Materia Técnica de Expresión Gráfica . 89 Figura 15. Sala de Realidad Virtual. Universidad EAFIT-CIDICO ........................................................ 90 Figura 16. Isométricos 1 y 2. Dificultad media, seleccionados para la prueba. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica........................................................................................................... 91 Figura 17. Isométricos 1 y 2. Desarrollados con el software Revit y emplazados en un salón simulado para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. .............................................................................................................................................. 91 Figura 18. Isométricos 1 y 2. Desarrollados texturizados con el software 3D max, para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ................................ 92 Figura 19. Isométricos 1 y 2. Visualizados en el software EON, para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. .......................................................... 92 Figura 20. Prueba con el método de Realidad Virtual Inmersiva ..................................................... 93 Figura 21. Prueba con el método Tradicional ................................................................................... 94 Figura 22. Imagen de Encuesta de percepción elaborada en Google Docs. Para las pruebas en la materia Técnicas de Expresión Gráfica, en el tema de perspectiva isométrica y vistas. .................. 96 Figura 23. Promedio de errores según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................................................................................ 104 Figura 24. Porcentaje de población con errores según método y vistas. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ....................................................................................................................... 105 Figura 25. Porcentaje de estudiantes con errores en isométrico azul, según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................... 106 Figura 26.Porcentaje de estudiantes con errores en isométrico rojo, según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................... 106 Figura 27. Porcentaje de mujeres con errores en isométrico azul, según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica......................................................................................................... 107 Figura 28. Porcentaje de hombres con errores en isométrico azul, según método. Prueba 1. Materia de expresión Gráfica ......................................................................................................... 107 Figura 29. Porcentaje de hombres con errores en isométrico rojo, según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................... 108 Figura 30. Porcentaje de mujeres con errores en isométrico rojo, según método. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica......................................................................................................... 108 Figura 31. Porcentaje de población con experiencia en video juegos. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 109 Figura 32. Porcentaje de población con errores son o sin experiencia en video juegos. Prueba 1. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. .......................................................................................... 109 Figura 33. Porcentaje de población por género prueba de Realidad Virtual Inmersiva. Prueba 2. Materia de Expresión Gráfica ......................................................................................................... 110 Figura 34. Porcentaje de población por género en grupo control. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 111 Figura 35. Isométricos seleccionados por el profesor para la prueba de Realidad Virtual Inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ......................................................................... 112 Figura 36. Isométricos desarrollados en el software Revit para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ........................................................ 112 Figura 37. Isométricos texturizados con el software 3D max, para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ........................................................ 112 Figura 38. Isométricos visualizados en software EON, para la prueba de realidad virtual inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ......................................................................... 113 Figura 39. Maqueta volumétrica de Isométrico 1. Ayuda didáctica para clase en método tradicional. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ....................................................... 113 Figura 40. Sección de clase de grupo 062. Grupo prueba Realidad Virtual Inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................... 114 Figura 41. Sección de clase de grupo 065 Grupo prueba Realidad virtual Inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ........................................................................................... 115 Figura 42. Promedio de nota según género en prueba de Realidad Virtual Inmersiva. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. .......................................................................................... 121 Figura 43. Promedio de nota según género del ejercicio de método tradicional con el grupo prueba. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica. ............................................................ 122 Figura 44. Nota promedio según método para grupo prueba. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 123 Figura 45. Promedio de nota según género del ejercicio del isométrico 3 de planos inclinados, con el grupo control. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................... 124 Figura 46. Promedio de nota según género del ejercicio del isométrico 2 con visualización de maqueta, con el grupo control. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ....................... 124 Figura 47. Promedio de nota según ejercicio, con el grupo control. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 125 Figura 48. Resultados según método. Prueba 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............. 126 Figura 49. Porcentaje de respuestas a la pregunta, El uso de la realidad virtual inmersiva me permitió visualizar un objeto en perspectiva isométrica. Prueba 1 y 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 127 Figura 50. Porcentaje de respuestas a la pregunta, El uso de la realidad virtual inmersiva permite apreciar de mejor manera las características de un isométrico. Prueba 1 y 2. Materia Técnicas de Expresión Gráfica ............................................................................................................................ 128 Figura 51. Porcentaje de respuestas a la pregunta, El uso de la realidad virtual inmersiva haría más fácil entender la clase. En la totalidad de las pruebas. ................................................................... 129 Figura 52. Porcentaje de respuestas a la pregunta, El uso de la realidad virtual inmersiva sería útil durante la clase. En la totalidad de las pruebas. ............................................................................ 129 Figura 53. Ejercicio tradicional altiplanimetría. Prueba 1. Materia Topografía .............................. 131 Figura 54. Porcentaje de población por género prueba de Realidad Virtual Inmersiva. Prueba 1. Materia de Topografía .................................................................................................................... 132 Figura 55. Mosaico diferentes etapas del aplicativo construido para la materia Topografía. ....... 134 Figura 56. Comparación de promedios de resultados. Prueba 1. Materia Topografía. ................. 140 Figura 57. Comparación de promedios de resultados por género. Materia Topografía. ............... 140 Figura 58. Clase prueba con los estudiantes de la Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia. Prueba 2. Materia Topografía ....................................................................................... 142 Figura 59. Porcentaje de respuestas a la pregunta, La realidad virtual inmersiva, me permitió ubicarme en el espacio (Terreno) con mayor claridad. Prueba 1 y 2. Materia de topografía. ....... 146 Figura 60. Porcentaje de respuestas a la pregunta, La realidad virtual inmersiva me permite apreciar los perfiles del área de excavación del terreno y lo hace más comprensible para mí. Prueba 1 y 2. Materia Topografía. .................................................................................................. 146 Figura 61. Porcentaje de respuestas a la pregunta, Me resulto fácil con el uso de la realidad virtual inmersiva visualizar la interpolación de los puntos para obtener las curvas de nivel. Prueba 1 y 2. Materia de topografía. .................................................................................................................... 147 Figura 62. Porcentaje de respuestas a la pregunta, El uso de la realidad virtual inmersiva haría más fácil entender la clase. En la totalidad de las pruebas .................................................................... 147