Projets CI-TEAM financés par la NSF

Nos projets de mise en œuvre CI-TEAM développent un environnement de recherche interdisciplinaire pour préparer une main-d’œuvre cybernétique dans les domaines des géosciences, de l’informatique, des études scientifiques et technologiques, de l’anthropologie et de la physique. Nous engageons des étudiants dans des équipes interdisciplinaires pour développer, utiliser et diffuser conjointement des outils et techniques de cyber-infrastructure (CI) utilisant la réalité virtuelle (RV) et la visualisation scientifique pour la recherche et l’éducation à travers trois thèmes interdisciplinaires.

Le projet en cours s’appuie sur les connaissances et l’expérience que nous avons acquises au cours de plus d’une décennie de collaboration interdisciplinaire au KeckCAVES, qui offre à la fois un environnement fertile pour la recherche interdisciplinaire et des environnements de réalité virtuelle immersifs et interactifs uniques qui permettent aux utilisateurs de visualiser et d’analyser des ensembles de données vastes et complexes.

Ce projet a développé un environnement de recherche interdisciplinaire pour préparer une main-d’œuvre cybernétique dans les domaines des géosciences, de l’informatique, des études scientifiques et technologiques, de l’anthropologie et de la physique. Le projet a engagé des étudiants dans des équipes interdisciplinaires pour développer, utiliser et diffuser conjointement des outils et techniques de cyber-infrastructure (CI) utilisant la réalité virtuelle et augmentée (RV et RA) dans la visualisation scientifique pour la recherche et l’éducation à travers trois thèmes interdisciplinaires innovants.

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  Collaboration à distance
  : L’équipe a développé et utilisé des méthodes innovantes de technologie de télé-immersion pour permettre une interaction à distance avec des ensembles de données partagées entre des équipes de personnes situées à des endroits différents, afin de faciliter la collaboration en matière de recherche et d’enseignement. Dans le cadre de ce développement, les étudiants ont acquis des connaissances et un aperçu du comportement de la RV et de la visualisation immersive.
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  Réponse rapide aux catastrophes naturelles
  : L’équipe a développé la capacité de l’IC à collecter, visualiser et interpréter rapidement les données recueillies après des événements géologiques majeurs tels que les tremblements de terre et les glissements de terrain. Les équipes d’étudiants ont réagi aux événements qui se sont produits pendant la période du projet, notamment les tremblements de terre d’Haïti et d’El Mayor-Cucapah (Mexique). Cette capacité contribuera à notre connaissance des processus géologiques à l’origine des séismes, des volcans, des glissements de terrain et d’autres événements catastrophiques.
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  3dCompare
  : Les équipes ont développé la capacité de manipuler et de comparer quantitativement des objets représentés numériquement à l’aide de méthodes interactives d’IC pour les utiliser dans diverses applications, notamment les scans numériques 3D de bâtiments, de sites du patrimoine culturel et d’échantillons archéologiques, géologiques et paléontologiques.

Les méthodologies développées pour ce projet ont contribué au développement d’un bac à sable de réalité augmentée (AR Sandbox), un projet open source pour l’éducation et la vulgarisation qui a été diffusé dans plus de 300 centres scientifiques, petits musées, écoles et cadres éducatifs informels.

Le projet a contribué au développement d’une main-d’œuvre diversifiée et cybernétique en incitant les étudiants de premier cycle et les étudiants diplômés à utiliser la technologie de la réalité virtuelle pour la recherche scientifique fondée sur la découverte. Les résultats scientifiques ont été diffusés par le biais de publications de journaux et d’actes de conférences. Les logiciels développés au cours du projet ont été publiés sous des licences libres et ouvertes et sont diffusés sur le site Web de KeckCAVES.

Notre projet CI-TEAM contribue au développement d’une main-d’œuvre diversifiée et cybernétique en incitant les étudiants de premier cycle et les étudiants diplômés à utiliser la technologie de la réalité virtuelle pour la recherche scientifique fondée sur la découverte. Nous invitons les étudiants et les post-doctorants de toutes les disciplines à co-développer des outils de CI pour leurs propres recherches et celles de leurs pairs, et à former une cohorte de scientifiques et de développeurs de logiciels cybernétiques ayant l’expérience du travail en équipes interdisciplinaires. Les participants à notre projet ont la possibilité de participer à des collaborations avec des institutions partenaires américaines et internationales.

Nous développons, avec nos étudiants et post-doctorants CI-TEAM, des technologies d’apprentissage et du matériel pédagogique innovants et de haute qualité qui peuvent être largement adoptés par de multiples disciplines et institutions. Nous diffusons ces technologies et méthodes en fournissant des logiciels sous la licence publique générale GNU, en diffusant des outils logiciels et de la documentation, et en publiant des modules éducatifs, de la documentation et des résultats de recherche et d’enseignement pour faciliter l’utilisation des outils. Nous fournissons des expériences de visualisation à des programmes de sensibilisation aux STEM établis et efficaces qui ciblent effectivement les élèves de la maternelle à la 12e année.

Les outils de CI développés grâce à nos efforts CI-TEAM permettent des avancées en matière de recherche et d’enseignement dans trois domaines critiques : l’étude d’objets virtuels, la collaboration à distance entre divers groupes et agences, et la réponse scientifique rapide aux catastrophes naturelles. Le développement de ces technologies pourrait devenir d’une importance vitale pour aider les agences multinationales à prendre des décisions judicieuses sur la base de données complexes.

* Visualisation immersive dans les environnements d’apprentissage informels

Les outils développés par ce partenariat ont été utilisés dans des centres scientifiques et des musées, notamment par nos partenaires du Tahoe Environmental Research Center, du Lawrence Hall of Science et du centre ECHO Leahy pour le lac Champlain.

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Dans la salle de classe
Les outils CI-TEAM ont été utilisés dans les cours de géologie pour les majors et dans les cours d’enseignement général.

* Les méthodologies développées pour ce projet ont contribué au développement de l’Augmented Reality Sandbox (AR Sandbox), un projet open source pour l’éducation et la vulgarisation qui a été diffusé dans plus de 300 centres scientifiques, petits musées, écoles et environnements éducatifs informels.

* Le projet Outside_the_Vortex est une collaboration artistique et un projet de sensibilisation qui explore l’exclusion et l’inclusion dans les STEM.

• Eric Cowgill
• Joseph Dumit
• Bernd Hamann
• Louise Kellogg
• Oliver Kreylos
• Michael Oskin
• Dawn Sumner

Ce projet a permis de poursuivre le développement de plusieurs logiciels qui sont essentiels au fonctionnement global du KeckCAVES, et qui sont aussi directement liés aux objectifs d’éducation et de formation de ce projet.

• Vrui La boîte à outils VR Vrui est l’infrastructure logicielle de base qui sous-tend toutes les applications KeckCAVES. Une sorte de système d’exploitation de la réalité virtuelle, il permet d’écrire une seule fois un logiciel de RV de haute performance et de haute qualité, et de l’exécuter sur la multitude de systèmes d’affichage RV et non RV utilisés dans les environnements de recherche et d’enseignement. Plus précisément, le projet CI-TEAM a soutenu le développement de modules Vrui permettant à Vrui de fonctionner sur des environnements VR (alors) peu coûteux, ce qui a été crucial pour déployer le logiciel KeckCAVES sur des sites partenaires n’ayant pas accès à des équipements VR haut de gamme avant l’avènement des casques VR peu coûteux d’aujourd’hui.
• Télé-collaboration L’infrastructure de télé-collaboration est un module complémentaire optionnel de Vrui permettant aux utilisateurs de plusieurs sites géographiques d’entrer et de collaborer dans des espaces virtuels partagés à des fins de recherche et d’éducation. Grâce à cette infrastructure, les utilisateurs peuvent consulter et analyser ensemble des ensembles de données, les annoter à l’aide d’outils de dessin 3D partagés, se parler via un système audio de groupe et se voir sous forme d’avatars pseudo-holographiques en 2D ou même en 3D. Ce projet a soutenu le développement de plusieurs domaines de cette infrastructure, en particulier l’audio de groupe, le support vidéo 2D et l’intégration avec plusieurs applications RV liées au projet.
• Kinect 3D Video Package Le Kinect 3D Video package est un module complémentaire optionnel de l’infrastructure de télé-collaboration de Vrui, permettant la capture et la transmission en temps réel de vidéos 3D pseudo-holographiques à partir de plusieurs modèles de caméras vidéo 3D, y compris toutes les versions de la Kinect de Microsoft, afin d’intégrer le corps des utilisateurs dans des espaces virtuels partagés. Grâce à l’ensemble vidéo 3D de Kinect, les utilisateurs peuvent se voir les uns les autres sous la forme de représentations 3D dynamiques grandeur nature, ce qui favorise une interaction sociale naturelle au-delà des distances géographiques.

• LiDAR Viewer est une application de RV pour l’exploration et l’analyse interactives de scans 3D haute résolution de grandes surfaces d’environnements naturels ou artificiels. Ce projet a soutenu le développement d’un cadre de calcul ponctuel non interactif qui peut être utilisé pour traiter de grandes données avec des fonctions d’analyse géométrique ou statistique personnalisées. Dans le cadre de la composante éducation et sensibilisation de ce projet, une interface permettant d’écrire des fonctions de traitement ponctuel dans le langage de programmation Python a été ajoutée pour permettre aux chercheurs en sciences de la Terre qui n’ont pas une connaissance approfondie du langage de programmation C++ d’écrire leurs propres fonctions d’analyse spécifiques à un problème.
• 3D Visualizerest une application VR pour l’exploration interactive de données volumétriques 3D, telles que celles produites par un scanner volumétrique 3D (CAT, MRI, etc.) ou un calcul numérique. Ce projet a soutenu le développement d’un composant de collaboration, reliant 3D Visualizer au cadre de télé-collaboration de Vrui pour l’analyse de données partagées à distance.
• Crusta est une application de globe virtuel VR similaire à Google Earth, mais axée sur les sciences de la Terre : les utilisateurs importent leurs propres données topographiques et images haute résolution et créent des cartes géologiques en dessinant directement sur la surface topographique. Crusta a été développé par un étudiant alors en doctorat du département d’informatique de l’UC Davis, en étroite collaboration avec des étudiants diplômés, des post-docs et des chercheurs en géologie.
• Vroom est un cadre de programmation de haut niveau pour le développement d’applications immersives de réalité virtuelle. Il est écrit en python et utilise la bibliothèque Vrui (Virtual Reality User-Interface). L’objectif de vroom est de faciliter la visualisation et l’interaction avec les données et les simulations 3D. Il est disponible sur Github.

Une liste sélectionnée de publications produites sur ou avec l’utilisation de la technologie KeckCAVES est disponible ici. Nous cherchons toujours à mettre à jour notre liste ; n’hésitez pas à nous faire part de nouvelles publications et de nouveaux produits.

Le moteur de recherche des bourses de la NSF montre les publications résultant directement de cette bourse.

Doc-Ok.org Le point de vue d’un développeur sur l’infographie 3D immersive

Le blog d’Oskin sur le tremblement de terre de 2014 à Napa

Bac à sable de réalité augmentée

Réponse rapide au tremblement de terre de 2010 en Haïti à l’aide de données LIDAR – ce tremblement de terre est antérieur au prix CI-TEAM mais permet de comprendre comment nous avons appris à réagir.

Centre des sciences de la complexité

Twitter :

• @keckcaves – Le compte officiel du KeckCAVES, y compris le projet CI-TEAM.
• @arsandbox – Le bac à sable de la réalité augmentée
• @okreylos – L’informaticien Oliver Kreylos parle de la construction de holodecks pour gagner sa vie.
• @sumnerd – La géologue Dawn Sumner parle de ses recherches en Antarctique et sur Mars, des tapis microbiens, de la science non linéaire et de sa vie de scientifique.
• @mikeoskin – Le géologue Mike Oskin explore la physique des tremblements de terre et des paysages.
• @louisekellogg – La géophysicienne Louise Kellogg parle de la recherche en géophysique computationnelle et de la visualisation scientifique.
• @TTremblingEarth – Austin Elliot, ancien élève de l’université KeckCAVES de Davis, parle des tremblements de terre et de la science qui s’y rapporte.

Chaînes YouTube :

• UC Davis KeckCAVES
• Oliver Kreylos
• Dawn Sumner

Membres et anciens membres du CI-TEAM UC Davis KeckCAVES : Nous mettons continuellement à jour nos connexions. Faites-nous savoir si vous souhaitez que nous ajoutions votre présence sur les médias sociaux à cette page.

Ce projet a été soutenu par la bourse OAC-1135588 de la NSF : CI-TEAM Dynamic Interdisciplinary Research Environment to Engage and Develop a Cyber-Ready Workforce in the Geosciences, Social Sciences, and Computer Sciences (Environnement dynamique de recherche interdisciplinaire CI-TEAM pour mobiliser et développer une main-d’œuvre cybernétique dans les géosciences, les sciences sociales et les sciences informatiques)

Les travaux antérieurs ont été soutenus par la bourse NSF OAC-0753407 CI-TEAM : Enabling Interactive Visual Exploration and Remote Collaboration for the Geosciences and Physical Sciences.