Charpentier: 3D géométrie

Une interface tangible pour apprendre la géométrie 3D

Ce projet fait partie du programme DUAL-T qui étudie l’utilisation des technologies digitales ans la formation professionnelle. Dans ce projet spécifique, nous travaillons avec des apprentis charpentiers. Les charpentiers construisent de grandes structures, comme des toitures ou même des structures de bâtiments entiers (voir figure 1). Une des principales compétences nécessaires à leur métier est la visualisation spatiale, c’ets-à-àdire pouvoir traduire un plan 2D dans une construction 3D et vice-versa.

TapaCarp

Le projet précédent a montré que les compétences spatiales peuvent s’améiorer en pratiquant un certain nombre d’exercices de dessin ou de schéma. Notre hypothèse que les interfaces tangibles (Tangible User Interfaces ou TUI), pourraient conrtibuer de manière efficace au développement de ces compétences de raisonnement spatial.  TapaCarp est un environnement de TUI pour le développement de ces compétences. Il est utilisé avec une Tinkerlamp, un système de caméra-projecteur (figure 2). L’environnement comporte différents éléments tels que des objets en bois, des cartes en papier, des outils de dessin et un livret d’activités (voir figure 3). La vidéo 1, en bas de la page, montre comment l’environnement peut être utilisé.

En utilisant TapCarp, les apprentis peuvent explorer des concepts, tels que les projection sorthographiques, le calcul des vraies grandeurs ou la découpe d’une pièce de bois.

La distribution à grand-échelle

TapaCarp fonctionne avec un hardware cher et peu répandu. La distribution à grande échelle a toujours été un problème pour les interfaces tangibles.  Nous travaillons actuellement sur une solution disponible pour un plus grand nombre d’utilisateurs. Celle-ci ne nécessite qu’une simple webcam pour commencer (voir la vidéo ci-dessous).  Cette solution s’appelle eTapaCarp. Nous avons mené une expérience dans le but de comparer les performances et les mouvements oculaires des utilisateurs avec TapaCarp et eTapaCarp. Les résultats ne révèlent aucune perte de performance ou de rapidité d’interaction avec eTapaCarp. Ceci encourage un développement plus poussé d’activités d’apprentissage avec eTapaCarp et de leur intégration dans le cadre d’une vraie salle de classe.

Voici quelques autres résultas de cette comparaison:

• Dans les projectsion orthogonales, la vue de côté  est nettement plus difficile que la vue de face ou la vue de haut.
• L’interaction de l’utilisateur est plus fluide avec eTapaCarp (selon les performances mesurées et les données de suivi des mouvements du regard).
• Les formes symétriques restent dans la mémoire  de travail pour une période relativement plus longue grâce aux détails moins nombreux dont il faut se souvenir afin de construire un modèle mental (selon par les données de suivi des mouvements du regard).
• Un haut niveau de symétrie rend plus difficile de trouver des points de référence afin de cartographier les représentations 2D et 3D de l’objet (selon par les données de suivi des mouvements du regard).

Résultats généraux

Nous avons réalisé plusieurs études avec des apprentis charpentiers pour évaluer TapaCarp. Nous nous sommes concentrés sur la facilité d’utilisation et sur la mesure des acquis de formation. Le résultat principal et que TapaCarp peut aider à exercer les compétences spatiales. En outre, plusieurs aspects du design peuvent avoir un impact significatif sur les acquis de formation et doivent être pris en considération. Voici un résumé de ces observations:

• La forme du plot utilisé pour manier l’objet virtuel est importante : lorsqu’un plot sans aucune ressemblance à l’objet manipulé est utilisé, l’apprentissage est moins efficace que lorsqu’on utilise un plot ayant une forme ressemblant à l’objet manipulé.
•  La facilité de manipulation apportée par un TUI peut conduite un nombre excessif de tâtnnements et diminuer la performance d’apprentissage..
• TapaCarp a été utilisé pour simuler toutes les étapes principales de charpenterie (de l’élaboration du plan à la création de l’objet final) en classe, comme montré dans la vidéo 2. L’activité a été faite par paire et comprenait un débriefing en classe.
• Se basant sur ce projet et deux autres projets, nous avons pu établir les principes généraux pour concevoir de la réalité augmentée pour les activités en classe.

Liste complète des publications ici.