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An@tomy2020

anat2020

Fort du constat que les mouvements du corps peuvent faciliter l’apprentissage en enrichissant les traces mnésiques, An@tomy2020 est dédié au développement d’un outil éducatif innovant pour l’apprentissage de l’anatomie fonctionnelle.

L' embodiment* parait en effet tout à fait pertinent pour l’apprentissage de l’anatomie fonctionnelle : en permettant à l'apprenant de relier ses propres expériences corporelles aux connaissances à acquérir, on va ainsi pouvoir favoriser la construction des représentations de l’apprenant tout en renforçant ses capacités visuo-spatiales.

An@tomy2020 a pour ambition de faciliter ce lien grâce à une plateforme intégrant l’animation d’un modèle anatomiquement réaliste de l’apprenant à partir d’une capture de ses mouvements, l’utilisation de bases de connaissances anatomiques liées à ces actions, et la mise en œuvre de nouveaux modes d’interaction.
Seront intégrés à cet outil les travaux les plus récents en matière de modélisation, de graphique et d’interaction humain-machine avec les avancées des sciences cognitives et de l’éducation permettant de tester des scénarios concrets pour l’apprentissage de l’anatomie ; le projet contribuera également à l’avancée de ces domaines.

* L'embodiment (ou cognition incarnée) est un concept issu de la psychologie cognitive, qui fait référence aux pensées (cognition), aux sentiments (émotion) et aux comportements (corps) basés sur nos expériences sensorielles et sur nos positions corporelles. Dans la pratique, il est utilisé pour penser des aspects généralement associés à notre vie quotidienne, tels que notre façon de bouger, de parler et de se développer. (Source Wikipedia)

 

 

 


Six partenaires participent à ce projet interdisciplinaire financé par l’Agence Nationale pour la Recherche (ANR-16-CE38-0011) :
 

Partenaires

 

 
 

An@tomy2020 vise le développement d’un outil éducatif innovant pour l’apprentissage de l’anatomie fonctionnelle, qui intégrera les travaux les plus récents en matière de modélisation, de graphique et d’interaction humain-machine avec les avancées des sciences cognitives et de l’éducation , et permettra de tester des scénarios pour l’apprentissage de l’anatomie.

L’approche s’appuie sur l’idée que les mouvements du corps peuvent faciliter l’apprentissage en enrichissant les traces mnésiques ; cet « embodiment » parait tout à fait pertinent pour l’apprentissage de l’anatomie fonctionnelle puisque les connaissances à acquérir pourront être reliées à des expériences corporelles de l’apprenant.

An@tomy2020 a pour ambition de faciliter ce lien ; cet objectif pédagogique soulève des questions scientifiques et techniques. L’animation d’un modèle anatomiquement réaliste de l’apprenant à partir d’une capture de ses mouvements, l’utilisation de connaissances liées à ces actions, et la mise en œuvre de nouveaux modes d’interaction sont autant de composants pour favoriser la construction des représentations de l’apprenant en renforçant ces capacités visuo-spatiales.

   >>>   Consulter la page du projet sur le site de l'ANR   ANR

 

 

 

Les trois principaux axes de recherche     up


 

BULLET Le premier axe concerne la capture robuste des mouvements de l’apprenant et le transfert et l’animation d’un modèle anatomique se superposant au corps de l’apprenant.

Une première étape de ces travaux a consisté à choisir des caméras RGB-D permettant de capter les mouvements d’un apprenant. Ce choix repose sur des tests de caractérisation de précision et de répétabilité de dispositifs du commerce. Un banc d’essai et une méthode d’étalonnage utilisant un objet de géométrie connue ont permis de réaliser ces tests. Ce travail a été publié dans une conférence IEEE (ICARCV’2018).  Par ailleurs, un objectif est de combiner plusieurs vues de caméras éventuellement hétérogènes. Une méthode de calibration de ces caméras l’une par rapport à l’autre est en cours d’évaluation.

Une seconde composante importante de ce projet consiste à animer un modèle complexe du corps (intégrant os, organes, muscles, etc.) sur la base des mouvements de l’apprenant. Des méthodes de transfert d’anatomie couplant animation graphique et simulation biomécanique ont été développées. Le défi est le temps réel. Un prototype est d’ores et déjà opérationnel.

 

précision
Caractérisation de la précision d’une caméra utilisant un objet de référence
déplacé sur une table de translation haute précision
modele1 modele2 Modèle3
  Modèle anatomique  

 

BULLET Le second axe vise le développement de techniques d’interaction précises et efficaces en réalité augmentée. Des évaluations seront menées de façon à mettre en évidence l’impact de ces modes d’interaction sur la mémorisation.

Nous évaluons différentes formes d'interaction homme-machine innovantes pour la présentation d'objets 3D complexes à des étudiants (e.g. des objets anatomiques). Nous expérimentons aussi bien avec des dispositifs d'affichage standards tels que moniteurs informatiques ou tablettes, qu'avec des dispositifs qui permettent un rendu 3D plus réaliste tels que les casques de Réalité Virtuelle ou des volumes physiques dans lesquelles nous donnons l'illusion de la présence de la forme 3D.
Nos expérimentations permettent de montrer et de quantifier le bénéfice d'un rendu réaliste pour l'apprentissage.

 

techn interaction
Différents dispositifs permettant l'interaction

 

Intercations2
Suivi du regard de l'apprenant


 

BULLET  Le troisième axe du projet concerne la définition du contenu pédagogique et la quantification de l’apport d’An@tomy2020 dans l’amélioration de l’apprentissage. La plateforme développée est testée sur des étudiants de médecine et de STAPS. Elle permettra de jeter les bases d’une future intégration aux cursus universitaires correspondants.

Dans le cadre du WP3 les objectifs pédagogiques de l’apprentissage de l’anatomie ont été identifiés pour des étudiants de STAPS et de Médecine.
Ainsi en STAPS il s'agit de savoir : comment se construisent les coordinations motrices, comment proposer une activité physique adaptée à différents publics et comment prévenir les principales blessures correspondantes. A l’issue de ce travail, l’ensemble des connaissances anatomiques à acquérir en STAPS ont été répertoriées (ex : insertions et trajectoire d’un ligament donné) pour être ensuite regroupées en blocs de compétences spécifiques à l’anatomie fonctionnelle (ex : visualiser la trajectoire du ligament et sa réaction lors des mouvements) et blocs de compétences professionnelles (ex : corriger techniquement un mouvement afin de prévenir les blessures du ligament en question).
Une approche similaire a été entreprise pour le cas des étudiants en médecine.

Dans un deuxième temps le scénario pédagogique du premier prototype d’An@tomy2020 autour du complexe articulaire du genou a été fourni à l’ensemble des partenaires. Ce scénario sert aujourd’hui de feuille de route pour le développement du premier prototype incluant toutes les fonctionnalités nécessaires pour apprendre l’anatomie fonctionnelle du genou. Ce scénario permet une interaction entre l’apprenant et l’outil et un apprentissage de l’anatomie par le mouvement (principe de l’embodiment).

Finalement, en parallèle à ce travail pédagogique, dans le cadre de formations d'étudiants en STAPS de Lyon faites par un des partenaires (LIBM), un premier protocole expérimental exploratoire a été conduit en situation écologique autour de l’effet des exercices d’anatomie fonctionnelle (apprentissage par le mouvement) sur l’acquisition et la restitution des connaissances anatomiques.

Les résultats préliminaires en faveur de l’embodiment sont présentés dans la figure ci-dessous :

results

 

 

 

 

 

 

Les partenaires de An@tomy2020     up


   

 

La startup Anatoscope s'est spécialisée dans le transfert d’anatomie et l’animation temps réel, avec la conception de maquettes anatomiques personnalisées et simulables physiquement. Elle contribue à la modélisation du corps de l’apprenant et coordonne les travaux d’intégration.

 

Anatoscope
   
Gipsa

 

Le Gipsa-Lab, Laboratoire Grenoble Images Parole Signal Automatique, département "Parole et cognition", étudie les processus comportementaux et cognitifs dans les interactions de communications. Il doit évaluer les processus cognitifs de l’apprentissage avec embodiment via les nouveaux dispositifs d’interaction mis en place.

 

 

Le LIBM, Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité, apportera sa connaissance des processus cognitifs dans l’apprentissage de l’anatomie. Il coordonnera l’évaluation via la plateforme.

LIBM
   
LIG

 

Le LIG, Laboratoire d'Informatique de Grenoble, à travers son équipe Ingénierie de l’Interaction Humain-Machine, possède une très grande expérience de conception, développement et évaluation de techniques d’interaction.
Il coordonnera les taches liées à l’interaction en Réalité Augmentée.

 

   

Le LJK, Laboratoire Jean Kuntzmann, coordonnera les taches relatives au formatage et à l’accessibilité des connaissances anatomiques et au contenu pédagogique.

 

LJK
   
timc TIMC-IMAG, Laboratoire des techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, Mathématiques et Applications, et plus précisément l'équipe des Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur, spécialisé dans les technologies pour la santé, est coordinateur du projet. Elle s'intéresse en particulier à la modélisation du corps de l’apprenant.

 

 

 

Publications du projet An@tomy2020     up


 

 

  • Ortega M and  Stuerzlinger W. Pointing at 3D Wiggle displays, IEEE VR 2018, Reutlingen, Germany  
     <voir l'article>

 

  • Anxionnat A, Voros S and Troccaz J. Comparative study of RGB-D sensors based on controlled displacements of a ground-truth model. IEEE ICARCV conference, Singapore, nov. 2018