Aplicación didáctica de modelos 3D para la observación de las formas del terreno ligadas a su dinámica superficial. Implementación de resultados de modelos dinámicos reales (flumes) y topografía LiDAR en software SIG e impresoras 3D

Este proyecto de innovación docente (Proyecto INNOVA-Docencia 2020/21 - Nº 301), continuación del proyecto INNOVA-Docencia 2019/20 - Nº 38, tiene dos grandes objetivos: a) enseñanza de formas y procesos geomorfológicos y b), el aprendizaje de técnicas de obtención de datos, fundamentales en el ámbito laboral. a) El primero de los objetivos, una vez el modelo a escala de río (flume) fue construido en el proyecto INNOVA-Docencia 2019/20 - Nº 38, ha sido mostrar a los alumnos el funcionamiento de la dinámica fluvial como medio efectivo de transformación de la superficie del terreno (debido a los procesos de erosión y sedimentación fluvial) y modelación del paisaje. Para lograr este objetivo, se proponen varias configuraciones iniciales de un tramo de cauce (modificando principalmente el grado de sinuosidad inicial del cauce, y su pendiente longitudinal). b) Para lograr el segundo de los objetivos, se introducirá a los alumnos en el técnica de la fotogrametría digital de detalle, también denominada SfM (del término en inglés “Structure from Motion”), en la que a partir de la toma de fotogramas digitales y mediante el uso de programas de fotogrametría, se generarán modelos digitales del terreno que permitirán la comparación de la superficie del flume en diferentes instantes temporales de las simulaciones (instantes inicial – medio – final). De tal forma que posteriormente esos modelos digitales del terreno (MDT) se implementarán dentro de un entorno SIG (Sistemas de Información Geográfica) para la estimación y delimitación espacial de las zonas modificadas a lo largo de la simulación (zonas de predominio de los procesos de erosión o de sedimentación fluvial). Los objetivos planteados se desarrollan a partir de una idea central, que es que la enseñanza y aprendizaje de la geomorfología y sus procesos asociados requiere de una notable visión tridimensional y espacial. Sin embargo, en muchos casos no es sencillo trasladar el conocimiento geomorfológico a través de gráficos tradicionales (2D) o fotografías, pues en ellos se pierde la componente tridimensional de las formas en la naturaleza, así como una posible cuarta componente ligada al tiempo. En ocasiones, y aunque el alumno llega a comprender los conceptos teóricos, es difícil para el docente abordar la aplicación real o práctica de dicha teoría. Sin duda, el trabajo en las salidas de campo es un buen momento para tratar de observar los procesos geomorfológicos, pero con sólo dos excursiones por asignatura no hay posibilidad de analizar la multitud de casos reales que se imparten en clase. Además, la duración de las salidas de campo (de uno o varios días) es ínfimo desde un punto de vista geológico, pues la duración o el tiempo en que tienen lugar la formación de elementos asociados a la dinámica superficial de la tierra es infinitamente mayor (de ahí la incapacidad de abordar esa cuarta componente temporal de los procesos geomorfológicos); aun siendo aquellos ligados a la dinámica fluvial (migración lateral de un cauce, el estrangulamiento de un meandro o los procesos de erosión en las cabeceras fluviales) posiblemente de los más rápidos en su formación, pero siempre a una escala de tiempo no asumible. En definitiva, la posibilidad de observar de manera directa los procesos de erosión – transporte – sedimentación fluvial, que dan lugar a la formación de morfologías erosivas o sedimentarias, es realmente complicada. Sin embargo, a través de la utilización de un flume y en una escala de tiempo real, se puede modelizar la dinámica de un tramo de río modificando las variables principales que controlan un sistema fluvial real, esto es: gradiente, caudal líquido, carga sólida, tamaño de sedimento, etc. Permitiendo al docente enseñar la dinámica fluvial en tiempo real: procesos de formación, modificación y destrucción de estructuras morfológicas, y de las formas resultantes que sí podemos observar en la naturaleza de manera estática. Además, como parte del aprendizaje, se incorporará a las Prácticas de Laboratorio de las asignaturas del Área de Geodinámica Externa el manejo del flume y de los registros cualitativos y cuantitativos resultantes del mismo: a) fotografías y videos de los procesos y formas ligadas a la dinámica fluvial; b) la generación de modelos digitales del terreno mediante fotogrametría digital de detalle y su posterior análisis en un entorno SIG (herramienta fundamental para un geólogo y cualquier profesional que se dedique a la evaluación de impacto, ordenación del territorio y análisis de riesgos geológicos). En este caso particular, la combinación de un modelo a escala con las técnicas de captura de datos comentadas permitirá la generación de modelos digitales del terreno seriados en el tiempo (ej. Situación inicial – Intermedia – Final), de tal forma que se podrá analizar la evolución de las formas en conjunto: fase inicial o embrionaria, fase de desarrollo, fase de madurez, y fase de erosión o desmantelamiento. Para esos análisis, y dentro del entorno SIG, la utilización de la herramienta GCD (Geomorphic Change Detection) permite simplificar estos análisis a la vez que proporciona unas salidas gráficas estandarizadas de fácil asimilación por los alumnos. Los alumnos serán guiados por los profesores en todos los pasos del proceso, desde la adquisición de fotografías digitales de detalle encaminadas a la generación de modelos 3D, pasando por la elaboración de los Modelos Digitales del Terreno a partir de la técnica fotogramétrica, y finalmente el análisis cuantitativo de estos MDTs y de sus diferencias. Por último, la impresión 3D de los modelos (MDTs) añade un valor visual considerable al trabajo, además de servir de material didáctico para las clases. Un modelo 3D impreso permite visualizar desde todos los ángulos las variaciones topográficas ocurridas entre los distintos modelos, y por tanto seguir y “tocar” dichas modificaciones. Por último, y en la medida de lo posible, se generaran videos time-lapse de las metodologías utilizadas, lo cuales serán añadidos a los canales de difusión más utilizados por el alumnado, como son las redes sociales