Via l’utilisation d’un casque immersif de réalité virtuelle, des étudiant·es de l’UMons découvrent désormais les systèmes internes des animaux grâce à des reconstructions bluffantes en 3D.

Le nez en l’air, les mains qui opèrent, un savant ballet dans le vide. Des élèves de biologie animale de l’UMons, des lunettes de réalité virtuelle vissées sur le nez, se plongent dans les arcanes corporelles de la mouche. Sur l’écran, iels la voient en grand. A l’aide de mouvements de leurs mains, l’avatar est tourné dans tous les sens pour en scruter le moindre détail. Comment respire-t-elle ? Pas de poumons chez la mouche, mais un réseau de trachées qui parcourt son corps. En sélectionnant “système respiratoire”, sa représentation en 3D s’affiche sur l’écran, accompagnée d’annotations distinguant les différents tronçons trachéaux. “La réalité virtuelle permet de mieux voir la disposition de certains organes par rapport à d’autres, c’est bien plus parlant qu’en 2D !”, s’exclame l’un des utilisateurices. “On peut tourner et retourner l’avatar dans tous les sens, c’est génial pour la compréhension”, ajoute une camarade. 

Cette innovation, dénommée MetaMorphos VR, est le fruit de travaux de Nathan Puozzo, développeur, sous l’impulsion d’Igor Eeckhout, directeur du laboratoire de Biologie des Organismes Marins et Biomimétisme de l’UMons. Elle s’adresse aux zoologistes, aux étudiant.e.s, aux naturalistes, et à toute personne désireuse de comprendre l’architecture animale. Et est accessible sur simple demande auprès du laboratoire. 

“L’application MetaMorphos est une réelle innovation qui a un impact positif dans l’enseignement de la zoologie en illustrant certaines notions théoriques vues pendant les cours. Ainsi, les modélisations permettent aux étudiant·es de mieux visualiser l’organisation des organes internes de divers animaux et montrent précisément comment chaque système (digestif, respiratoire, excréteur…) se distribue dans leur corps, résume Guillaume Caulier, professeur dans le Bachelier en Sciences biologiques. MetaMorphos est une alternative sérieuse aux dissections d’organismes et ouvre ainsi la voie à une pratique plus éthique de l’enseignement en biologie, même si elle ne permet pas encore de s’abroger complètement des dissections qui restent une compétence pratique essentielle dans l’apprentissage des biologistes.”

Des avatars modulables aux systèmes colorés 

Araignée, méduse, anémone, escargot. Pour l’instant , 15 animaux métazoaires (formés de plusieurs cellules) de petite taille sont visionnables dans l’application. Et l’équipe ne pense pas s’arrêter en si bon chemin. “Notre but est de modéliser deux nouveaux animaux chaque année”, précise Nathan Puozzo. 

“L’application permet d’analyser la morphologie externe des avatars ainsi que leur organisation systémique. Les systèmes organiques visualisés sont les systèmes digestif (jaune), excréteur (vert), nerveux (blanc), reproducteur (mauve), circulatoire (rouge) et respiratoire (bleu)”, mentionne le Pr Igor Eeckhout, à la genèse de ce projet. Le code couleur utilisé pour chaque système est identique pour tous les animaux modélisés. 

Un système organique peut être visualisé seul ou avec d’autres, en vue in toto (le corps de l’animal est alors translucide) ou sans représentation du corps translucide de l’animal. 

Manipulations spatiales

L’avatar peut être manipulé et orienté dans toutes les dimensions de l’espace et une fonction “zoom” permet de grossir la partie du corps en analyse. “Pour voir en dessous de l’animal, il faut le manipuler avec les deux manettes de réalité virtuelle ou les deux mains en même temps. Quand on pince l’index et le pouce, cela active le bouton de manipulation. Si on fait ce mouvement avec les deux mains en même temps, cela fait opérer une rotation à l’animal virtuel”, explique le développeur de l’application. 

“Chaque système est également manipulable individuellement. Par ailleurs, il y a une délimitation spatiale de chaque élément qui le constitue et une annotation. Par exemple, chez l’avatar de mouche, on distingue facilement l’estomac des intestins.”

Une version multijoueur déjà dans les cartons

Cette application, c’est un travail de longue haleine. Il a d’abord fallu modéliser les animaux un à un, en respectant l’emplacement des organes et les représenter à l’échelle. “Cela se fait via une collaboration en ping-pong : sur base de dessins, dissections, vidéo, schémas d’Internet, je réalise un premier jet en 3D de l’enveloppe externe de l’avatar de l’animal. Ensuite, les professeur·euses le commentent afin que je l’améliore. On avance pas à pas. Puis, on passe aux systèmes internes. Ce travail de va et vient dépend de la complexité de l’animal à modéliser, mais prend environ un mois par avatar”, explique Nathan Puozzo. Cela a tout d’abord donné une application utilisable exclusivement sur pc et disponible sur ce site.

Ensuite, le développeur a planché sur la transposition de l’application en réalité virtuelle. “Désormais, en parallèle de la modélisation de nouveaux animaux, on réfléchit à une nouvelle déclinaison de MetaMorphos. Actuellement, chaque utilisateurice peut manipuler les animaux en 3D, mais est isolé de son·sa voisin·e utilisateurice. Nous travaillons sur une vision unifiée de la vue, sur une version multijoueur·euse : lae professeur·euse pourra ainsi montrer tel élément de tel système et tous les utilisateurices des casques le verront en même temps. Cette évolution devrait renforcer encore l’intérêt pédagogique. La première version est déjà prête, les premiers retours arriveront en septembre”, poursuit-il.  

Un intérêt pédagogique croissant

Depuis quelques semaines, l’application MetaMorphos VR est présentée lors de salons et de conférences. Et on peut dire qu’elle conquit son public. Elle a ainsi obtenu le prix coup de cœur au concours Mind & Market et celui de l’innovation pédagogique à visée académique lors de la Journée des Enseignants 2023.

“L’intérêt va grandissant. D’autres professeur·euses de l’université, notamment en cristallographie, m’ont contacté, car iels aimeraient utiliser la réalité virtuelle pour leurs cours, adapter le concept à leur domaine.”

Si les étudiant·es du supérieur semblent mordu·es, il en est de même pour les plus petit·es. “Une institutrice stagiaire du service de recherche en pédagogie a emmené l’outil dans sa classe de première primaire. Elle a d’abord demandé aux élèves de dessiner une mouche : leurs dessins ressemblaient à des sortes de patates en 2D. Puis, elle leur a fait chausser les lunettes de réalité virtuelle, visionner l’enveloppe externe de la mouche en 3D, et manipuler l’avatar. Résultat ? Après avoir déposé les lunettes de réalité virtuelle, les dessins de mouche des enfants étaient bien plus précis et davantage en 3D par rapport à leur première esquisse”, se réjouit Nathan Puozzo. Il est à parier que le concept qu’il a développé sera un must-have des salles de cours des prochaines années.

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