1. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
GRUPO DE INVESTIGACIÓN METIS
DISEÑO DE HERRAMIENTAS VIRTUALES HACIENDO USO DE
LA REALIDAD VIRTUAL
Lely A. Luengas (1), Giovanni Sánchez (2,) Juan Carlos Guevara (3)
Grupo de investigación METIS (1), (2), (3), Universidad Distrital Francisco José de Caldas (1), (2), (3).
Facultad Tecnológica, Bogotá-Colombia(1), (2), (3). laluengasc@udistrital.edu.co (1),
jcguevarab@udistrital.edu.co (2), giosanpri@hotmail.com (3)
Resumen
La elaboración de herramientas didácticas basadas en realidad virtual requieren el diseño y desarrollo de tres
componentes básicos: un dispositivo de interacción (traje, guante, casco u otro componente que le permita al
usuario realizar movimientos), un dispositivo de captura de movimiento (dispositivo electrónico que recibe las
señales de los movimientos del usuario y las transmite al computador) y una aplicación de software (mundo
virtual) que contiene un escenario en tercera dimensión con los elementos del mundo real simulado, para ser
manipulados con las señales recibidas desde el dispositivo de captura de movimiento. Adicionalmente, el
componente de software debe contemplar el modelo pedagógico y didáctico que facilite el proceso de enseñanza
aprendizaje del estudiante. En este artículo se presenta el desarrollo de una herramienta hardware-software que
impactará en la estrategias de enseñanza del área de química, ayudando a desarrollar habilidades y actitudes en
los estudiantes, reforzando el proceso de autoformación, manejo de tiempos, autoevaluación, entre otros. Este
instrumento se basa en las bondades de la realidad virtual, pues se presenta un laboratorio de química virtual al
cual se accede por medio de un guante que adicionalmente permite interactuar con el laboratorio y sus elementos.
La propuesta de este desarrollo se realiza al interior del grupo de investigación Metis perteneciente a la Facultad
Tecnológica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, en Bogotá, Colombia.
Palabras Claves: Laboratorio virtual, realidad virtual, software de simulación.
Abstract
Day after day the research designing and developing didactic tools that supported the teaching and learning
process of students, it has been developing by economical and academicals supported, principally for the impact
that Technologies of the information and communication have been having in education. In this point, it is
necessary that the educational material be at the same level with these technologies, offers interactive and
innovators scenes that catch the student’s attention and supports the contemporary teaching theories.
Being in this context, we can lay the virtual laboratories, as a new alternative simulators and educative games,
which counts whit a scenery in third dimension with some components that conform the laboratory, an interactive
device (glove, helmet, dress), which permit to the student get into a virtual world and a movement device that
receives the students movement signs inside the virtual world and then give the sign to the computer to be process.
Key words: Virtual laboratory, virtual reality, simulation software.

2. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
GRUPO DE INVESTIGACIÓN METIS
1. Introducción punto, es necesario que el material educativo esté en
el mismo nivel con estas tecnologías, ofreciendo
Las TIC constituyen las herramientas a emplear en escenas interactivas e innovadoras que capturen la
diferentes ámbitos en nuestros días debido a la atención del estudiante y apoyen las teorías actuales
versatilidad y accesibilidad que ofrecen, por ello se de enseñanza.
están empleando en los procesos educativos, pues le
En este contexto, se pueden establecer los
proporcionan al estudiante ambientes interactivos con
laboratorios virtuales, como alternativas nuevas de
diferentes instrumentos que ayudan en su aprendizaje.
simulación o juegos educativos, los cuales cuentan
Un ambiente que emplea las tecnologías de la
con un escenario en tercera dimensión con algunos
información y tiene aplicación en el sector educativo
componentes que conforman el laboratorio, un
es la realidad virtual, donde a través de mundos
dispositivo interactivo (guantes, casco, vestimenta),
virtuales se pueden realizar prácticas de laboratorio
que permiten al estudiante entrar en un mundo virtual
que no requerirían equipos ni materiales físicos,
y un dispositivo de movimiento que recibe las señales
buscando de esa forma minimizar el costo de
de movimiento de los estudiantes dentro del mundo
laboratorios, incrementar el acceso de estudiantes en
virtual y luego dar la señal a la computadora para
la realización de prácticas de laboratorio y ofrecer
realizar un proceso.
seguridad en la realización de las prácticas. Además,
en un ambiente virtual, se puede tener acceso a Si nos acercamos a una parte importante de la
recursos bibliográficos del tema a tratar en la práctica resolución de problemas, se observa un fenómeno que
y de todos los temas de la asignatura, reforzando así la ocurre muy a menudo y no sólo en las ciencias, y es
aprehensión de conocimientos impartidos durante el que los alumnos se limitan a la búsqueda de
curso. ecuaciones generales para resolver los problemas de
siempre, o simplemente se limitan a esperar que el
La educación y/o formación es algo complejo para
profesor resuelva el problema, este fenómeno crea el
muchos de los estudiantes al no poseer las
hecho que por haber pasado el tiempo es complicado
herramientas suficientes, por falta de alguien o algo
de eliminar y la realización mecánica de los
que los motive y guíe continuamente para que se
problemas lleva a no entender el proceso, objetivo
formen en un área. Así también existen personas que
buscado. Algunos de los factores que aún se perdieron
se ven sometidas a ritmos de estudio inapropiados
el actual proceso de aprendizaje por parte de los
para sus habilidades y aptitudes en el proceso de
estudiantes son: identificación y definición del
aprendizaje en esta área. Estos factores provocan
problema, proponer procedimientos, compilación e
inconformidad en un grupo específico que desea
interpretación de resultados y toma de decisiones.
trabajar y así mismo, espera una solución.
Por todo lo anterior se requieren herramientas que
Al mismo tiempo, se observa en nuestra sociedad
guíen a los estudiantes para acercarse a nuevos
la necesidad de desarrollar herramientas de enseñanza
problemas de una manera sistemática, creando hábitos
de forma tecnológica e interactiva con modelos más
deseables en el estudiante en un mundo como la
eficaces y llamativos, haciendo el proceso de
ciencia.
aprendizaje más agradable, por este motivo se
propone una metodología para desarrollar Con todos estos antecedentes, se ha propuesto una
herramientas educativas virtuales, la cual promueve la metodología de diseño de herramientas virtuales para
formación de espacios virtuales de enseñanza para la educación con el fin de apoyar el proceso de
llenar los espacios vacíos que deja la educación enseñanza.
presencial. Esta propuesta se basa en una
Toda herramienta virtual debe contar con tres
investigación realizada en temáticas como realidad
elementos principales:
virtual, educación virtual, laboratorios virtuales y
diseño de sistemas virtuales de enseñanza.  Un dispositivo de interacción, compuesto por un
elemento que percibe los movimientos a ser
2. Herramientas virtuales detectados.
 Un dispositivo de captura de movimiento,
Día tras día, la investigación del diseño y compuesto por dispositivos que permiten detectar
desarrollo de herramientas didácticas que apoyan el y capturar los movimientos y luego los enviará a
proceso de enseñanza y aprendizaje de los estudiantes, una interfaz electrónica, a cargo de recibir la
se ha venido dando por la presencia de necesidades información y enviarla a la computadora.
económicas y académicas, principalmente por el  Un software de aplicación (mundo virtual), donde
impacto que las tecnologías de la información y la se percibe el entorno del laboratorio. La aplicación
comunicación han tenido en la educación. En este se integra al desarrollo de software para la

3. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
GRUPO DE INVESTIGACIÓN METIS
construcción de entornos virtuales, los programas sustento a la investigación se debe tener un estado del
con los procedimientos especiales y los agentes arte, para ello se desarrolla el marco de referencia y se
inteligentes que permiten ofrecer un entorno revisan las estructuras teóricas y experiencias
interactivo para los usuarios. existentes mundialmente. Solo queda por establecer el
diseño metodológico a seguir, considerando que la
3. Propuesta metodológica ejecución del proyecto involucra tres fases:
construcción del dispositivo de interacción, diseño del
Para llegar a la obtención de herramientas virtuales sistema de comunicación y la interface del software
didácticas se requiere del desarrollo de una que contiene el mundo virtual del laboratorio.
metodología, el grupo de investigación propone
realizar un procedimiento que consta El desarrollo del Desarrollo del dispositivo de interacción
proyecto involucra la combinación de varias El desarrollo del dispositivo de interacción
metodologías: una para el desarrollo del proceso involucra la planeación y organización de las
investigativo, una para el diseño e implementación del actividades a realizar, las características del grupo de
dispositivo de interacción, una para el sistema de trabajo, los elementos del dispositivo y las
comunicación y una para el diseño y desarrollo del herramientas hardware-software. Se estipulan los
mundo virtual. A continuación se propone cada una de requerimientos y se fijan las particularidades del
ellas para los diferentes componentes de los sistema, con el fin de establecer los componentes a
laboratorios virtuales. utilizar, la estructura física que los debe soportar y la
tecnología a utilizar. Esta información permite el
Desarrollo del proceso investigativo diseño del dispositivo para conseguir un prototipo del
La investigación se lleva a cabo a través de seis dispositivo sensórico, de la adecuación de la señal y
pasos fundamentales, los cuales se muestran en la de la transmisión; la verificación del funcionamiento
figura 1. es a través de pruebas haciendo uso de software de
simulación electrónico, si no se cumplen las
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA características requeridas, se realiza un nuevo diseño y
se vuelve a simular, esto se debe hacer tantas veces
como sea necesario hasta conseguir un sistema que
funcione como se requiere. Una vez obtenido el
correcto funcionamiento se llega al desarrollo y
construcción y se realizan las pruebas finales, donde
se comprueba que el dispositivo de interacción
DEFINICIÓN DE OBJETIVOS JUSTIFICACIÓN
desarrolla las tareas propuestas. La figura 2 muestra el
diagrama para la obtención del dispositivo de
interacción.
PLANEACIÓN Y REQUERIMIENTOS
ORGANIZACIÓN
DESARROLLO DEL MARCO DE DEFINICIÓN DEL DISEÑO
REFERENCIA METODOLÓGICO
DISEÑO DEL DISPOSITIVO ANÁLISIS
Figura 1. Metodología descrita para el desarrollo del
proceso investigativo.
DESARROLLO Y PRUEBAS FINALES
Se debe partir de la descripción del sistema para CONSTRUCCIÓN
establecer el área o campo de investigación de forma
clara y meticulosa, para así llegar a la especificación
Figura 2. Metodología propuesta y aplicada para el
del problema de forma detallada y establecer tanto los
Desarrollo del dispositivo de interacción.
límites del problema como la justificación, resaltando
las motivaciones existentes que permiten el desarrollo
y la ejecución del proyecto. Todo esto lleva a la Desarrollo del sistema de comunicación
definición de los objetivos, para determinar qué se va El sistema de comunicación es el que transmite los
hacer teniendo en cuenta los resultados esperados y el comandos del dispositivo de interacción hacia el
ámbito donde se situará el desarrollo. Para darle computador, para su diseño se sugiere seguir los pasos
que se muestran en la figura 3.

4. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
GRUPO DE INVESTIGACIÓN METIS
ANÁLISIS DISEÑO pruebas de integración y de sistema de cada uno de los
sub-sistemas que conforman el mundo virtual.
El desarrollo del mundo virtual se logra con la
secuencia mostrada en la figura 4.
IMPLEMENTA-CIÓN SIMULACIÓN
MODELO DE NEGOCIO REQUERIMIENTOS DEL
MUNDO VIRTUAL
PRUEBAS
DISEÑO ANÁLISIS
Figura 3. Metodología del Desarrollo del sistema de
comunicación.
Se debe iniciar con un análisis para determinar las
DESARROLLO PRUEBAS
características del sistema de transmisión y recepción,
deben estar acorde con el dispositivo de captura, el
ambiente donde se encuentra, el tiempo de respuesta
requerido y la aplicación. Luego se realiza el diseño,
Figura 4. Metodología propuesta para el Desarrollo
obteniendo el prototipo del sistema de comunicación a
del mundo virtual.
partir de cálculos matemáticos y estudio de posibles
elementos electrónicos que provean la solución
requerida. La comprobación del prototipo se realiza 5 Conclusiones
con la simulación, una vez se tenga el funcionamiento
correcto se implementa, construyendo el hardware y el Se observa que la unión ciencia - tecnología
software que realizan la comunicación. Finalmente se constituye uno de los pilares para la innovación de
realizan las pruebas de interconexión con el herramientas educativas. Así, el desarrollo de una
dispositivo de interacción. serie de disciplinas tales como la electrónica y los
sistemas, que involucran los campos de sensórica,
Desarrollo del mundo virtual transmisión de datos, informática, sistemas digitales,
El diseño y desarrollo del mundo virtual se basa en entre otros, están permitiendo concebir y desarrollar
un modelo de negocio, donde se define el proceso una serie de soluciones tecnológicas para paliar las
principal que se realizará en la herramienta virtual, así deficiencias presentes en el ámbito formativo.
como las correspondientes gráficas de procesos, se fija
el modelo de dominio y se establece un glosario de El diseño y desarrollo de laboratorios virtuales,
términos, luego se establecen las necesidades, se listan empleando dispositivos de captura de datos,
los casos de uso, se depuran, se propone el modelo de orientados al sector educativo, podrán aportar
casos de uso y se designan los documentos de cada elementos valiosos en nuevos modelos educativos que
caso de uso. Esta información permite realizar una motivan al estudiante al desarrollo de prácticas de
vista conceptual del mundo virtual, para lo cual se laboratorio.
realizan diagramas de secuencia, colaboración y de Agradecimientos
actividad por cada caso de uso, el diagrama de estados
y el modelo de análisis. Para el desarrollo de este proyecto de
investigación se contó con el apoyo del Centro de
Con los datos obtenidos se realiza una
Investigación y desarrollo científico (CIDC) de la
programación previa del mundo virtual, teniendo en
Universidad Distrital Francisco José de Caldas, a
cuenta las tablas CRC para establecer las
quienes se agradece por toda la colaboración prestada,
responsabilidades de los objetos, el modelo de
así mismo se agradece a la Facultad Tecnológica y al
interfaz, el modelo lógico, el modelo físico y el
proyecto curricular de Tecnología Electrónica por su
diccionario de datos. A continuación se programan los
interés y apoyo al desarrollar herramientas
diferentes sistemas que conforman el mundo virtual,
tecnológicas de soporte a la educación.
haciendo uso de diagramas de despliegue, paquetes y
componentes y el código de cada uno de los 6 Referencias
subsistemas. Para culminar con la ejecución de
[1] Aldrich, C. Learning by Doing: A

5. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
GRUPO DE INVESTIGACIÓN METIS
Comprehensive Guide to Simulations,
Computer Games, and Pedagogy in e-
Learning and Other Educational Experiences.
John Wiley and Sons: Pfeiffer, 2005
[2] Burdea, G. (1996). Tecnologías de la realidad
virtual (1996). Barcelona, España
[3] Cerda, H. Los elementos de la investigación,
Segunda reimpresión. Editorial El Búho:
Bogotá, Colombia, 2000.
[4] Galvis A. Ingeniería de software educativo.
Bogotá, Colombia. Ed. Ediciones Uniandes,
1997.
[5] Johnston, W. & D. Agawal, The Virtual
Laboratory: Using Networks to enable
Widely Distributed Collaboratory Science.
Ernest Orlando Lawrence Berkeley National
Laboratory, University of California, 1995
[6] Ledesma M. (2006). Introducción a la
Realidad Virtual.
<http://insn.die.upm.es/docs/VR0304.pdf>
[7] Lerma, H. Metodología de la investigación:
Propuesta, Anteproyecto y Proyecto,
Segunda Edición, Ecoe Ediciones: Bogotá,
Colombia, 2005.
[8] Luengas L & Guevara J & Sánchez G. Cómo
desarrollar un Laboratorio Virtual?
Metodología de Diseño. TISE, 2009.
[9] Martí, J. & Martí, A. Laboratorios Virtuales
en Educación. Tomado de <http://
fbio.uh.cu/educacion_distancia/laboratorios_
virtuales/> consultado el 20 de julio del
2008
[10] Méndez, C. Metodología. Diseño y
desarrollo del proceso de investigación,
Tercera Edición, Mc Graw Hill: Colombia,
2001.
[11]Moran C. y Echeverría, G. (2001). USB.
<http://www.monografias.com/trabajos11/us
bmem/usbmem.shtml>
[12] Robins, K. & Webster, F. The virtual
university?, Knowledge, Markets, and
Management, Oxford University Press: New
York, 2002, p. 106
[13] Rodrigo, V. & Ferrando, M. (2000) Virtual
Instrumentation: First step towards a virtual
laboratory”, IEEE International workshop on
virtual and intelligent measurement systems.
Annapolis, Maryland