Fantastic voyage: an augmented reality approach to anatomical education for the general public

Abstract

The purpose of this master thesis is the development of a mobile, anatomical education application for the general public, which shifts the passive, unthoughtful mobile device usage to a more active, teaching usage by utilizing macroscopic and regional anatomy. The new, immersive learning experience with interactive, Three Dimensional (3D), Augmented Reality (AR) anatomy models synchronizes the models in realtime with the users face. Individuals of the general public can digitally dissect their own facial anatomy to learn geometrical, spatial, and textual anatomy features. Immanent features of the created learning process are self-directed anatomy learning,less cognitive load, a motivation-, attention-, concentration increase, longer preserved satisfaction, new anatomical knowledge, and better spatial abilities compared to traditional learning. The high complexity of the human anatomy restricts the synchronized anatomy models to the head. Notwithstanding, all human anatomy models can be viewed as Two Dimensional (2D) or AR 3D renderings, whereby only the head anatomy is synchronized with the users head. The answered research questions are “How can interactive AR be used in anatomical education for the general public?” and “How much and what anatomy can be learned in which time with the developed application compared to state of the art works?”. Head Pose Estimation (HPE) links AR managed by the framework ARCore with 3D anatomy models from Body Parts 3D (BP3D) and anatomy information from Foundational Model of Anatomy (FMA) to educate the general public in anatomy. Recommended requirements from professional literature are fulfilled by the developed mobile application named ARnatomy, which is a jointed, anatomical, interactive learning experience. The development result has been evaluated in an informal study with eight participants, which showed that mobile AR can be used for the anatomical education of the general public. Seven of eight participants gained anatomical knowledge in a geometrical, spatial, and textual form.

Der Zweck dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung einer mobilen, anatomischen Bildungsanwendung für die breite Öffentlichkeit, welche die passive, unüberlegte Mobilgerätnutzung zu einer aktiveren, lehrenden Nutzung mittels makroskopischer und regionaler Anatomie verlagert. Die neue, immersive Lernerfahrung mit interaktiven, 3D, Augmented Reality(AR) Anatomiemodellen synchronisiert diese in Echtzeit mit dem Gesicht des Benutzers. Individuen der breiten Öffentlichkeit können durch das digitale Sezieren ihrer eigenen Gesichtsanatomie geometrische, räumliche und textliche Anatomieeigenschaften lernen. Immanente Eigenschaften des erstellten Lernprozesses sind selbst-gelenktes Anatomie-lernen, weniger geistige Belastung, ein Motivations-, Aufmerksamkeits-, Konzentrations-anstieg, länger erhalten bleibende Zufriedenheit, neues anatomisches Wissen, bessere räumliche Fähigkeiten und ein kurzfristiger Leistungsgewinn verglichen mit traditionellem Lernen. Die hohe Komplexität der menschlichen Anatomie beschränkt die synchronisierten Anatomiemodelle auf den Kopf. Nichtsdestotrotz können alle menschlichen Anatomiemodelle als Zwei-Dimensional (2D) oder AR Drei-Dimensional (3D) Darstellungen betrachtet werden, jedoch ist nur die Kopfanatomie mit dem Kopf des Benutzers synchronisiert. Die beantworteten Forschungsfragen sind “Wie kann interaktive AR zur anatomischen Bildung der breiten Öffentlichkeit genutzt werden?” und “Wie viel und welche Anatomie kann in welcher Zeit mit der entwickelten Anwendung erlernt werden im Vergleich zu Arbeiten die am neuesten, technischen Stand sind?”. Head Pose Estimation (HPE) verbindet AR verwaltet durch das Framework ARCore mit 3D Anatomiemodellen von Body Parts 3D (BP3D) und anatomischen Informationen von Foundational Model of Anatomy (FMA), um die breite Öffentlichkeit in der Anatomie zu bilden. Empfohlene Anforderungen aus der Fachliteratur werden erfüllt in der entwickelten Anwendung namens ARnatomy, welche eine zusammengefügte, anatomische, interaktive Lernerfahrung ist. Das Entwicklungsergebnis wurde in einer informellen Studie mit acht Teilnehmern evaluiert, welche zeigte, dass mobile AR zur anatomischen Bildung der breiten Öffentlichkeit genutzt werden kann.