Geologen der University of Washington hatten lange vor dem Ausbruch der COVID-19-Pandemie begonnen, computergestützte Feldversuche zu erstellen. Juliet Crider, außerordentliche Professorin für Erd- und Weltraumwissenschaften an der UW, schickte zunächst einen ehemaligen Doktoranden und eine Drohne, um eine ikonische geologische Stätte in Pennsylvania zu fotografieren und einen neuen Ansatz für die Feldgeologie zu erproben.
Ihr Team hat jetzt einen virtuellen Feldbesuch an dieser Stelle, der Whaleback-Antiklinale, durchgeführt, wo jahrzehntelange Kohleförderung 300 Millionen Jahre alte Falten im Grundgestein freigelegt hat. Während der Pandemie wurde eine Pilotversion des webbasierten Tools verwendet, und eine Version, die es Menschen ermöglicht, Virtual-Reality-Headsets zu tragen, um die gerade gestartete geologische Stätte zu erkunden. Eine UW-Feldklasse verwendete beide Tools in einem Bachelor-Sommerkurs, der zum ersten Mal virtuelle und persönliche Exkursionen kombinierte.
Die UW Virtuelle Feldgeologie Das Projekt hat viele Ziele: Geologische Felderfahrungen für mehr Menschen zugänglich zu machen; um geologische Feldstandorte zu dokumentieren, die durch Erosion oder Entwicklung gefährdet sein können; virtuelle „Trockenlauf“-Erfahrungen anzubieten, die Feldkurse ergänzen und neuen Studenten helfen, sich an das Feld zu gewöhnen; und es wissenschaftlichen Mitarbeitern zu ermöglichen, einen Feldstandort virtuell zu besuchen und gemeinsam zu erkunden.
Max Needle, ein UW-Doktorand in Erd- und Weltraumwissenschaften, nutzte seinen Hintergrund in Geologie, um bei der Entwicklung der virtuellen Felderfahrungen zu helfen. Er ist Hauptautor eines Artikels, der in veröffentlicht wurde Geowissenschaftliche Kommunikation die die ersten beiden Sites präsentiert: die Whaleback-Site und eine fiktive Site namens „Fold Islands“.
„Virtuelle Erfahrungen bieten mehr Menschen Zugang, sie ermöglichen uns den Besuch von Orten, die völlig unzugänglich sind, und wir glauben, dass jeder von einer neuen Art der Interaktion mit den Werkzeugen der Feldgeologie profitieren kann“, sagte Needle.
Im vergangenen Sommer hielt die Abteilung anstelle des traditionellen sechswöchigen UW-Geologie-Feldkurses in Montana eine Hybridversion ab, die von Crider und Cailey Condit, einem UW-Assistenzprofessor für Erd- und Weltraumwissenschaften, geleitet wurde. Es kombinierte Unterricht im Klassenzimmer und digitale Erfahrungen mit Tagesausflügen zu den vielen geologischen Stätten, die vom Campus in Seattle mit dem Auto erreichbar sind.
„In Zukunft werden diese virtuellen Exkursionen wahrscheinlich eine Schlüsselrolle dabei spielen, die Geowissenschaften zugänglicher und gerechter zu machen“, sagte Condit. „Sie bieten allen Studenten die Möglichkeit, aus der Ferne mit der Feldarbeit zu beginnen und zu erfahren, wie wichtig der geologische Feldkontext für die Geowissenschaften ist.“
Die Pandemie veränderte den Verlauf des Projekts. Als COVID Exkursionen absagte, pausierte das Team die Virtual-Reality-Programmierung und konzentrierte sich darauf, eine webbasierte Version zu erstellen, die für die meisten Menschen am schnellsten zugänglich wäre. Seit der Einführung der Website wurde sie mehr als 1.700 Mal von UW-Studenten und, nachdem sie von der Geologie-Lehrgemeinschaft geteilt wurde, auf der ganzen Welt aufgerufen. Das Team hat kürzlich die VR-Version fertiggestellt.
Auch wenn Menschen jetzt reisen und sich versammeln können, glaubt das Team, dass virtuelle Erfahrungen Teil einer „neuen Normalität“ für geologische Forschung und Bildung werden könnten.
„Ein Teil des verbesserten Zugangs zu diesem Feld besteht darin, den Menschen zu helfen, zu wissen, was sie zu erwarten haben“, sagte Crider. „In dem Maße, in dem wir den Schülern helfen können, sowohl die Erfahrung im Freien als auch die naturwissenschaftliche Erfahrung zu antizipieren, werden die Unsicherheit und vielleicht die Angst verringert, und die Menschen können sich auf die Lernziele konzentrieren.“
Die virtuellen Erfahrungen ermöglichen es den Menschen, den Standort zu besuchen und gängige geologische Werkzeuge zu verwenden, um Winkel in den Gesteinsschichten oder die Ausrichtung von Rissen zu messen, die die Geschichte einer Landschaft erklären. Während eine virtuelle Option allen zugute kommt, die durch die Reise und den Zugang zu einem abgelegenen Feldstandort herausgefordert sind, ermöglicht sie auch allen Studenten und Forschern, einen „Trockenlauf“ zu erleben und Techniken zu überprüfen, bevor sie den tatsächlichen Standort erreichen.
In der webbasierten virtuellen Erfahrung lassen Tastaturbefehle einen Benutzer durch die Landschaft gehen. Benutzer können verschiedene Tools ausprobieren, um Entfernungen und Winkel zu messen. Durch die Auswahl von drei Punkten wird eine virtuelle Ebene erstellt und ihre Ausrichtung angezeigt. Die Daten können in eine Tabellenkalkulation oder direkt in ein gängiges Geologie-Softwareprogramm heruntergeladen werden.
„Das Einzigartige an dieser Erfahrung ist, dass sie ergebnisoffen ist, was es den Ausbildern ermöglicht, den Unterricht und die Ziele individuell anzupassen“, sagte Crider. „Die Schüler entscheiden, was sie messen und wo sie messen, um die Fragen zu beantworten – es ist nicht vorherbestimmt. Es ist wichtig, diese Entscheidungen zu treffen.“
Die virtuelle Erfahrung verleiht dem Wissenschaftler auch übermenschliche Kräfte, um sofort von einem Ort zum anderen zu fliegen, hinein- und herauszuzoomen, um einen Ort in verschiedenen Maßstäben zu erkunden.
„Einer der coolen Vorteile des Spiels ist, dass du fliegen kannst. Es gibt ein kleines Jetpack-Symbol und dann steigst du in die Luft, und plötzlich ändert sich deine Perspektive, und du kannst schnell von Ort zu Ort reisen“, Needle sagte.
Es bietet auch Zugriff auf Websites mit eingeschränktem oder riskantem Zugriff.
„An der Whaleback-Antiklinale ist ein Großteil der interessanten, gekrümmten Felsgeometrie in einer Höhe von 30 Fuß freigelegt, wo man nicht gehen kann, ohne den Tod zu riskieren“, sagte Needle.
Das Team demonstrierte kürzlich die Virtual-Reality-Version der Pennsylvania-Site. Obwohl für VR ein spezielles Headset erforderlich ist, ist das Sichtfeld größer und VR bietet ein Gefühl der Größe, das an Orten wie der 30 Fuß hohen Whaleback-Antiklinale hilfreich ist. Eine interaktive Funktion lässt den Benutzer einen Steinhammer aufheben und ein 3-D-Modell eines Felsens aufspalten.
„Als Lehrassistent habe ich gesehen, wie Studenten mit Herausforderungen in diesem Bereich konfrontiert wurden, die über den akademischen Aspekt hinausgingen“, sagte Needle. „Oder vielleicht kann jemand nicht ins Feld gehen, weil er starkes Asthma hat, oder ein bestimmter Feldplatz kann nur mit spezieller Kletterausrüstung erreicht werden. Wir glauben, dass viele Menschen von diesen Hilfsmitteln profitieren können.“
Needle hielt auf der Jahrestagung der Geological Society of America im Oktober einen kurzen Kurs ab, in dem anderen Geologen gezeigt wurde, wie sie die UW-Software verwenden können, um andere virtuelle Feldbesuche zu erstellen. Dies war der dritte Workshop dieser Art, den er gegeben hat, und der bisher größte. Die gesamte Software, die für die UW-Erlebnisse verwendet wird, ist frei verfügbar.
Projekte für Standorte in Pennsylvania, Vermont und Kalifornien sind im Gange. Needle hofft, dass die Software eines Tages verwendet werden könnte, um den Grund des Ozeans oder die Oberfläche eines anderen Planeten zu besuchen.
„Ich denke, dies ist ein Prototyp dafür, wohin sich das Gebiet der Geologie in Zukunft bewegen könnte“, sagte Needle.
Mehr Informationen:
Mattathias D. Needle et al., Virtuelle Felderfahrungen in einer webbasierten Videospielumgebung: offene Beispiele bestehender und fiktiver Feldseiten, Geowissenschaftliche Kommunikation (2022). DOI: 10.5194/gc-5-251-2022