Jeu VR innovant pour enseigner la simulation d'énergie

Ces dernières années, la Réalité Virtuelle (VR) a commencé à être utilisée dans plein de domaines, pas seulement le divertissement. Un des domaines qui peut vraiment profiter de la VR, c'est l'éducation. Utiliser des méthodes basées sur des jeux dans l'apprentissage peut booster la motivation et l'implication. Cet article parle de la création d'un jeu d'évasion immersif en VR, conçu pour enseigner des sujets sur la simulation énergétique des bâtiments. Dans ce jeu, les joueurs doivent résoudre des énigmes, comme assembler des murs avec différents matériaux. Un système d'aide combine contenu éducatif, énigmes et indices pour aider les joueurs à comprendre les facteurs qui influencent l'efficacité énergétique, la résistance structurelle et les coûts. Un niveau tutoriel est inclus pour aider les nouveaux joueurs à apprendre à interagir avec le jeu.

#Évaluation de l'expérience utilisateur

Pour voir à quel point le jeu était plaisant, on a évalué à la fois le tutoriel et le jeu avec des experts en gaming et en VR. Onze experts ont testé les deux niveaux et répondu à deux séries de questionnaires. Le premier a été rempli après le tutoriel, et le deuxième après la section escape room. Le premier questionnaire contenait des questions NASA-TLX et System Usability Scale (SUS), tandis que le deuxième incluait NASA-TLX, User Engagement Scale Short Form (UESSF) et Player Experience Inventory (PXI). Les résultats ont montré que le niveau tutoriel était bien utilisable et pas trop exigeant. Le niveau escape room offrait un espace d'apprentissage intéressant et attrayant, engageant les joueurs à travers le gameplay. Cet environnement peut évoluer avec des mises à jour futures contenant de nouveaux contenus éducatifs.

#Changement dans les approches éducatives

Récemment, il y a eu un intérêt grandissant pour des méthodes d'apprentissage interactives qui se concentrent sur les élèves plutôt que sur les profs. Les étudiants d'aujourd'hui ont des attentes différentes sur la façon dont ils devraient apprendre. Ils préfèrent être actifs dans leurs expériences d'apprentissage plutôt que de simplement écouter. Mélanger jeux et éducation est une façon de répondre à ce besoin d'interactivité. Cette combinaison peut augmenter l'engagement et la motivation en suscitant des sentiments de plaisir pendant le jeu. Les jeux conçus pour des fins éducatives sont appelés des "serious games". Ces jeux visent non seulement à divertir, mais aussi à éduquer.

De nombreuses approches de serious gaming ont été utilisées dans des domaines comme la formation médicale et l'éducation en architecture. Des études ont montré que les serious games ont un impact positif sur l'implication des utilisateurs et les compétences cognitives tout en aidant les joueurs à garder une attitude positive.

#Jeux d'évasion dans l'éducation

Les jeux d'évasion sont une méthode de jeu éducatif. Les joueurs dans ces jeux doivent résoudre des énigmes pour atteindre un objectif, comme s'échapper d'une pièce dans un temps imparti. Ces jeux nécessitent souvent un travail d'équipe, où les joueurs collaborent pour trouver des indices et résoudre des énigmes.

Bien que beaucoup de jeux d'évasion soient faits pour le fun, ils ont aussi été utilisés dans l'éducation, dans des matières comme les maths, la santé, l'informatique et la chimie, permettant aux étudiants de s'engager avec les sujets de manière interactive. Dans l'éducation, les jeux d'évasion favorisent le travail d'équipe, la pensée critique, la créativité et simulent des scénarios de la vie réelle tout en gardant l'apprentissage agréable.

Cependant, les escape rooms éducatives traditionnelles ont des limites. Elles nécessitent des installations spécifiques, ce qui peut coûter cher et demande beaucoup de planification. Pour y remédier, des jeux d'évasion numériques ont été créés. La recherche montre que les escape rooms numériques peuvent aider efficacement les étudiants à comprendre des sujets scientifiques tout en favorisant l'indépendance et la créativité.

#Réalité virtuelle dans l'éducation

Un type d'escape room numérique utilise la VR pour immerger les joueurs avec des casques. Au fil des ans, les dispositifs VR ont été utilisés pour diverses applications, allant du divertissement aux usages industriels et à l'apprentissage. Utiliser la VR à des fins éducatives a plusieurs avantages, surtout pour des situations difficiles à reproduire ou potentiellement dangereuses dans le monde réel. De plus, la VR peut accroître la motivation chez les apprenants. Un aspect unique de l'éducation en VR est l'utilisation de jeux d'évasion.

Par exemple, une escape room VR consistait en des énigmes de maths et de motifs, en se concentrant sur la façon dont la téléportation influence le mal des transports. Un autre jeu VR à deux joueurs nécessitait que les joueurs résolvent des énigmes sans communication verbale ou textuelle, menant à des manières innovantes d’interagir.

Un autre exemple comprenait une escape room VR avec deux niveaux, où les participants résolvaient différentes énigmes de mémoire et de logique. Un autre jeu d'évasion VR présentait des énigmes à résoudre en séquence. Certaines escape rooms éducatives ont des joueurs s'échappant de décors fictifs tout en apprenant.

Bien qu'il existe quelques exemples d'escape rooms éducatives pour divers sujets, nous n'avons trouvé aucun jeu axé sur les étudiants en génie civil. Notre objectif est de combler cette lacune avec un jeu d'évasion VR centré sur les simulations énergétiques des bâtiments et la construction de murs.

#Concept éducatif

Le contenu éducatif de notre jeu tourne autour des simulations énergétiques des bâtiments et des méthodes de construction. Les joueurs se retrouvent enfermés dans une pièce et doivent résoudre diverses énigmes pour s'échapper. Les défis sont liés à des problèmes fréquents que les étudiants rencontrent, comme négliger l'orientation du bâtiment et assembler incorrectement les couches de mur. En abordant ces obstacles dans un jeu, on espère que les étudiants saisiront mieux les concepts et feront moins d'erreurs de conception à l'avenir.

Le jeu connecte des indices visuels et audio avec des quêtes et des outils qui montrent les résultats de simulations. Chaque quête explore un sujet différent, comme prendre en compte l'heure de la journée, le mois et l'emplacement du bâtiment lors de la planification ou de l'assemblage correct des constructions murales.

Pour chaque sujet, les joueurs apprennent d'abord le problème général et reçoivent des informations éducatives via des indices. Ensuite, ils doivent trouver des éléments pour les aider à résoudre les tâches. Des retours d'information sont fournis pour informer les joueurs de leur progression.

L'assemblage des murs est plus complexe, où les joueurs équilibrent plusieurs résultats de simulations et affinent leurs conceptions de murs. Par exemple, un mur solide pourrait coûter plus cher, tandis qu'un mur avec moins d'isolation pourrait économiser de l'argent mais conduire à d'autres problèmes comme des moisissures. Cela permet aux joueurs d'apprendre ces relations et de prendre des décisions éclairées basées sur des retours d'information continus.

#Développement du jeu

Nous avons créé notre expérience VR en utilisant Unreal Engine 5 (UE), ce qui nous a aidés à construire un environnement réaliste pour une meilleure expérience VR. Pour les interactions en VR, nous avons utilisé le plugin OpenXR pour supporter divers dispositifs VR.

Pour permettre les fonctions de gameplay nécessaires, nous avons créé un personnage personnalisé supportant deux modes de mouvement : téléportation et mouvement fluide. Les joueurs peuvent choisir comment ils veulent se déplacer. La téléportation aide à éviter le mal des transports mais peut être désorientante, tandis que le mouvement fluide est plus simple mais peut causer un certain inconfort.

Pour garantir une expérience de jeu complète, nous avons mis en place différents systèmes d'interaction, principalement centrés sur la saisie et le placement d'objets. Les joueurs peuvent utiliser une ou deux mains selon l'objet. Nous avons aussi inclus des objets qui dépendent de la pression et des interactions de survol.

#Niveau tutoriel

Pour aider les joueurs à s'habituer à l'environnement VR, nous avons inclus un niveau tutoriel. Cela aidera les joueurs à ne pas se sentir submergés par la recherche d'indices et la résolution d'énigmes tout en apprenant à se déplacer et à interagir en VR. Les joueurs peuvent choisir d'atteindre ou non ce niveau tutoriel.

Dans le tutoriel, on passe en revue les interactions, les systèmes de mouvement, la saisie d'objets, et la manipulation d'éléments rotatifs. On utilise différents symboles et indicateurs pour expliquer comment interagir avec le jeu.

#Système de quêtes et d'indices

Un bon système d'aide est essentiel pour inclure le contenu éducatif et aider les joueurs à comprendre leur progression. Ainsi, nous avons développé un système de quêtes et d'indices tout au long du jeu. Chaque quête contient des indices, et les joueurs peuvent trouver ces indices sous forme de notes avec du texte et des illustrations. Pour faciliter la lecture, surtout en VR, nous avons aussi inclus des voix-off pour décrire les indices de manière plus approfondie.

Les joueurs peuvent passer en revue les indices après les avoir collectés en utilisant deux dispositifs dans le jeu. Un dispositif projette des indices pour une lecture plus facile, tandis qu'un lecteur de cassettes permet aux joueurs de rejouer la voix off pour chaque indice.

Les indices apparaissent quand une quête commence, s'assurant que seuls les indices pertinents sont visibles en fonction de la progression du joueur. À la fin d'une quête, les joueurs reçoivent un retour audio et visuel pour signifier leur réussite.

#Structure de la pièce et machines

L'escape room est divisée en quatre zones principales : revue des indices, bureau de simulation de construction, assemblage de mur et visualisation des résultats. La zone de projection visualise les indices, tandis que le bureau de simulation de construction est le cœur du jeu. Il consiste en des couches qui peuvent être tournées pour changer différents paramètres pendant le jeu. Les joueurs commencent avec un modèle de bâtiment et représentent ensuite une salle de bureau pour tester l'utilisation d'énergie.

La zone d'assemblage des murs a trois dispositifs : un centre d'information montrant l'ordre des couches de mur, un générateur de sections pour les réglages d'épaisseur, et un dispositif d'assemblage de murs pour mettre ensemble les couches selon les exigences.

Enfin, la zone de visualisation des résultats montre les résultats basés sur la simulation énergétique du bâtiment et des indicateurs de performance.

#API de simulation

Le modèle de la pièce est basé sur un bureau à l'Université de Technologie de Graz. Les choix des joueurs affectent les besoins énergétiques annuels pour le chauffage et le refroidissement. Un modèle d'apprentissage machine entraîné sur 12 000 simulations énergétiques permet des calculs rapides dans l'environnement VR.

Les calculs sont réalisés sur un serveur qui fournit l'interface pour démarrer les tests et obtenir les résultats. Après avoir récupéré les résultats, plusieurs outils affichent des évaluations de l'assemblage des murs et des réglages de simulation.

#Évaluation

Pour valider notre jeu, nous avons mené une étude avec des experts en VR et en développement de jeux pour évaluer l'utilisabilité générale. L'étude comprenait un pré-questionnaire sur l'expérience VR précédente et deux post-questionnaires sur les niveaux tutoriel et escape room.

Les résultats ont indiqué que le niveau tutoriel avait une bonne utilisabilité, facilitant l'apprentissage du système. Les participants ont également réussi leurs tâches avec un minimum d'effort et de frustration. En revanche, le niveau escape room était plus exigeant, demandant un effort mental plus élevé pour résoudre les énigmes.

Malgré ce défi accru, les retours des utilisateurs étaient positifs, soulignant le potentiel d'engagement du jeu. Des scores élevés en attention soutenue ont suggéré que les joueurs étaient absorbés par l'expérience, perdant la notion du temps tout en appréciant l'environnement visuellement attrayant.

#Discussion

Cette étude visait à évaluer l'environnement VR et son système éducatif. Nous voulions vérifier si notre niveau d'introduction assurait l'utilisabilité tout en gardant les tâches gérables. Les retours du niveau tutoriel ont montré qu'il était facile à utiliser et que les joueurs se sentaient confiants dans leur capacité à s'en servir.

D'un autre côté, l'escape room demandait aux joueurs de réfléchir activement et de résoudre des défis, entraînant des niveaux de demande plus élevés. Bien que la charge de travail dans cette section était élevée, les retours des utilisateurs sont restés positifs, indiquant que notre environnement réussissait à créer une expérience d'apprentissage engageante.

#Limitations et travaux futurs

Cette étude présente plusieurs limites, notamment un nombre réduit de participants et un focus sur des experts en gaming plutôt que sur de véritables étudiants en génie civil. Évaluer les résultats d'apprentissage serait également une étape importante à suivre.

De plus, pendant l'étude, les participants ont suggéré qu'une expérience coopérative pourrait alléger la charge mentale. Nous prévoyons d'explorer cette idée en concevant une version coopérative du jeu, permettant à chaque joueur d'aider à résoudre des énigmes sous différents angles.

Globalement, le cadre que nous avons créé a un potentiel d'expansion pour inclure d'autres sujets éducatifs. Comparer les expériences et les résultats des utilisateurs avec divers sujets pourrait donner des résultats intéressants.

#Conclusion

Nous avons conçu et développé un jeu d'évasion immersif en VR qui enseigne des sujets sur les simulations énergétiques des bâtiments. Cette expérience éducative combine indices visuels et auditifs avec des énigmes, créant un environnement engageant. Un niveau tutoriel initie les joueurs aux mécaniques du jeu. Une étude utilisateur avec des experts a indiqué un bon engagement et une bonne utilisabilité, confirmant que ce jeu VR peut stimuler la curiosité et offrir des expériences d'apprentissage significatives. Malgré des retours positifs, nous avons trouvé le niveau d'escape room assez exigeant, suggérant que de futures améliorations par le biais de gameplay coopératif pourraient améliorer l'expérience.