Team skaber spilbaseret virtuel arkæologi feltskole

Før de kan komme i gang på deres feltplads - en kæmpe hule besat med drypsten, stalagmitter og menneskelige artefakter - 15 studerende skal finde ud af, hvordan de bruger deres virtuelle hænder og værktøjer. De skal også lære at teleportere.

Dette er ANTH 399, et kursus designet til at bringe den arkæologiske feltskoleoplevelse til studerende, der aldrig forlader campus. Designet af professorer fra University of Illinois og kandidatstuderende i datalogi, kurset opfylder feltskolekravet for dem, der forfølger en arkæologigrad ved Illinois.

"Feltskole er et krav for de fleste arkæologiske programmer over hele landet, " sagde Illinois antropologi professor Laura Shackelford, der ledede udviklingen af ​​klassen med U. of I. uddannelsespolitik, organisations- og ledelsesprofessor Wenhao David Huang og datalogi kandidatstuderende Cameron Merrill. "Men at rejse til et feltskolested kan koste alt fra $500 til $5, 000."

Det her, og det faktum, at traditionelle feltskoleekspeditioner ofte er planlagt i pauser, gør det svært eller umuligt for mange studerende at deltage - helt afskåret fra arkæologistudiet.

"Denne klasse gør det muligt for mange flere studerende at få en uddannelse eller udforske en karriere inden for arkæologi, " sagde Shackelford. Klassen er også tilgængelig for studerende med fysiske begrænsninger, som ikke er i stand til at rejse til eller navigere på et feltsted.

Den virtuelle hule er delvist modelleret efter en rigtig hule, der blev udgravet i 1930'erne. Den indeholder både gamle og nyere menneskelige artefakter, som alle er tilgængelige for studerende, der graver det rigtige sted.

Eleverne lærer de arkæologiske teknikker, der kræves i enhver udgravning. De opretter et forskningsgitter på hulebunden og lokaliserer og registrerer systematisk alle artefakter, de finder på overfladen. De tegner et kort med alle overfladedetaljerne og beslutter derefter, hvor de skal udgrave. De tager billeder af særlige træk eller fund. De graver. De samler artefakter. De udfører laboratorieanalyser. De holder styr på deres fremskridt i en marknotesbog.

Alle disse opgaver udføres i den virtuelle verden.

At bygge denne virtuelle arkæologiske oplevelse er en beregningsmæssig og kreativ udfordring, sagde datalogi kandidatstuderende Merrill, den ledende programmør på projektet. Denne klasse er hans doktorafhandling.

"Du kan ikke bare importere forelæsninger til VR og forvente at få gode resultater, " sagde Merrill. "Vi opretter ikke en 3-D-modelfremviser til at se på artefakter eller til at besøge et eksisterende websted. Vi forsøger at opbygge en fordybende lærerig oplevelse."

Eleverne skal føle, at de rent faktisk er i gang med at udgrave en hule, han sagde. Det er også vigtigt for dem at bruge realistiske værktøjer til at udføre de aktuelle opgaver.

Men at designe virtuelle værktøjer til en arkæologisk udgravning er vanskelig, sagde Merrill.

"Meget af udfordringen har at gøre med afvejningen mellem at gøre noget så realistisk som muligt versus at gøre noget mere tilgængeligt for folk, sagde han. F.eks. designerne skabte et virtuelt målebånd, der kræver to hænder for at betjene. Men at læse små målinger i den virtuelle verden er problematisk, så en pop-up-skærm viser brugeren udlæsningen på båndet.

Virtuel gravning var en anden udfordring.

"Vi havde brug for at simulere snavs, som eleverne kan ændre i realtid, " sagde Merrill. "Men at simulere noget som jord er meget beregningsmæssigt komplekst."

Holdet kom med en løsning, der giver eleverne mulighed for at udtrække snavset i bidder, der reflekterer lyset på en realistisk måde. Designet inkorporerer også haptisk feedback, så eleverne kan "mærke" snavsets fasthed og tekstur, når de får kontakt.

Teamet bruger indsigt fra spildesign til at engagere eleverne, sagde Shackelford.

"Vi giver dem mindre instruktion og tilbyder flere scenarier, " sagde hun. "Og så det er muligt, at forskellige hold af studerende vil opleve forskellige ting."

Eleverne vælger, hvor de vil grave, hvilket påvirker den information, de indsamler – eller savner, sagde Shackelford. Og der er risici, også. Grav for langt ind i en væg, og den kan kollapse.

I den første iteration af klassen, der blev afholdt sidste år, studerende gav designerne øjeblikkelig feedback om, hvordan værktøjerne virkede eller ikke virkede, giver Merrill og hans kolleger mulighed for at tilpasse dem. Han og hans kolleger har skabt mere end 110 artefakter, hvoraf mange er virtuelle versioner af faktiske relikvier i universitetets samlinger.

"Når vi vil have dem til at lære at lave nogle keramiske analyser og sortering, vi bringer de rigtige ting til klassen, og de vil gå frem og tilbage mellem den virkelige og virtuelle verden, " sagde Shackelford.

Eleverne arbejder i par, på skift i den virtuelle verden, mens deres partner guider dem, følge deres fremskridt på en computerskærm og forhindre dem i at støde ind i objekter fra den virkelige verden. Udgravningerne fører til laboratoriearbejde, som også forekommer i den virtuelle verden, sagde Shackelford.

"Der er et laboratorium for faunaanalyse, der er et laboratorium for pollenanalyse, " sagde hun. "De laver keramisk sortering og identifikation. De laver serie, som sætter tingene i den korrekte kronologiske rækkefølge."

De lærer også stratigrafi, kunsten at læse, hvordan lag af jord blev aflejret over tid.

"Mønstret og tidspunktet for den aflejring af jord fortæller os meget om, hvordan et sted blev dannet, sagde Shackelford.

Holdet evaluerer programmets effektivitet for at afgøre, om de færdigheder, eleverne lærer, svarer til dem, der opnås i en udgravning i den virkelige verden. I den tidligere version af klassen, professorer tog de studerende med til et virkeligt "spot udgravningssted" nær campus i slutningen af ​​semesteret. Dette websted gjorde det muligt for eleverne at grave i rigtig snavs, at teste deres VR-erhvervede færdigheder og forståelse.

"Vi fandt ud af, at mange ting, der var frustrerende for studerende i den virtuelle virkelighedsverden, var lige så frustrerende i den virkelige verden, " sagde Shackelford. "Og med lidt øvelse og selvkorrektion, de var i stand til at gøre alt, hvad vi bad dem om."

Forskerne præsenterede VRchaeology for et publikum af antropologer ved 2020-mødet i Society for Historical Archaeology i Boston. Shackelford er også professor ved Carle Illinois College of Medicine.