Innan de kan börja på sin fältplats - en gigantisk grotta översållad med stalaktiter, stalagmiter och mänskliga artefakter – 15 studenter måste ta reda på hur de ska använda sina virtuella händer och verktyg. De måste också lära sig att teleportera.

Det här är ANTH 399, en kurs utformad för att ge den arkeologiska fältskolan erfarenhet till studenter som aldrig lämnar campus. Designad av professorer vid University of Illinois och doktorander i datavetenskap, kursen uppfyller fältskolans krav för dem som bedriver en arkeologiexamen i Illinois.

"Fältskola är ett krav för de flesta arkeologiska program över hela landet, " sa Illinois antropologiprofessor Laura Shackelford, som ledde utvecklingen av klassen med U. of I. utbildningspolitik, organisation och ledarskap professor Wenhao David Huang och datavetenskap doktorand Cameron Merrill. "Men att resa till en fältskola kan kosta allt från $500 till $5, 000."

Detta, och det faktum att traditionella fältskoleexpeditioner ofta är schemalagda under raster, gör det svårt eller omöjligt för många studenter att närvara – vilket helt och hållet avskärmar dem från arkeologistudier.

"Denna klass gör det möjligt för många fler studenter att utbilda sig eller utforska en karriär inom arkeologi, ", sa Shackelford. Klassen är också tillgänglig för studenter med fysiska begränsningar som inte kan resa till eller navigera på en fältplats.

Den virtuella grottan är delvis modellerad efter en riktig grotta som grävdes ut på 1930-talet. Den innehåller både gamla och nyare mänskliga artefakter, som alla är tillgängliga för studenter som gräver på rätt plats.

Eleverna lär sig de arkeologiska tekniker som krävs vid varje utgrävning. De sätter upp ett forskningsnät på grottgolvet och lokaliserar och registrerar systematiskt alla artefakter som de hittar på ytan. De ritar en karta med alla ytdetaljer och bestämmer sedan var de ska gräva. De tar foton av speciella funktioner eller fynd. De gräver. De samlar artefakter. De gör laboratorieanalyser. De håller koll på sina framsteg i en fältanteckningsbok.

Alla dessa uppgifter utförs i den virtuella världen.

Att bygga denna virtuella arkeologiska upplevelse är en beräkningsmässig och kreativ utmaning, sa datavetenskapsstudenten Merrill, den ledande programmeraren i projektet. Denna klass är hans doktorsavhandling.

"Du kan inte bara importera föreläsningar till VR och förvänta dig att få bra resultat, ", sa Merrill. "Vi skapar inte en 3D-modellvisare för att titta på artefakter eller för att besöka en befintlig webbplats. Vi försöker bygga en uppslukande pedagogisk upplevelse."

Eleverna måste känna att de faktiskt är engagerade i att gräva en grotta, han sa. Det är också viktigt för dem att använda realistiska verktyg för att utföra uppgifterna.

Men att designa virtuella verktyg för en arkeologisk utgrävning är knepigt, sa Merrill.

"Mycket av utmaningen har att göra med avvägningen mellan att göra något så realistiskt som möjligt kontra att göra något mer tillgängligt för människor, " sa han. Till exempel, formgivarna skapade ett virtuellt måttband som kräver två händer för att manövrera. Men att läsa små mätningar i den virtuella världen är problematiskt, så en popup-skärm visar användaren avläsningen på bandet.

Virtuell grävning var en annan utmaning.

"Vi behövde simulera smuts som eleverna kan modifiera i realtid, Merrill sa. "Men att simulera något som jord är väldigt komplicerat beräkningsmässigt."

Teamet kom fram till en lösning som gör att eleverna kan extrahera smutsen i bitar som reflekterar ljuset på ett realistiskt sätt. Designen innehåller också haptisk feedback, så att eleverna kan "känna" fastheten och strukturen i smutsen när de får kontakt.

Teamet använder insikter från speldesign för att engagera eleverna, sa Shackelford.

"Vi ger dem mindre instruktion och tillhandahåller flera scenarier, ", sa hon. "Och så det är möjligt att olika team av studenter kommer att uppleva olika saker."

Eleverna väljer var de ska gräva, som påverkar informationen de samlar in – eller missar, sa Shackelford. Och det finns risker, för. Gräv för långt in i en vägg och den kan kollapsa.

I den första upprepningen av klassen som hölls förra året, studenterna gav formgivarna omedelbar feedback om hur verktygen fungerade eller inte fungerade, låter Merrill och hans kollegor justera dem. Han och hans kollegor har skapat mer än 110 artefakter, många av dem är virtuella versioner av verkliga reliker i universitetets samlingar.

"När vi vill att de ska lära sig hur man gör lite keramisk analys och sortering, vi tar med de riktiga sakerna till klassen och de kommer att gå fram och tillbaka mellan den verkliga och virtuella världen, " sa Shackelford.

Eleverna arbetar i par, turas om i den virtuella världen medan deras partner guidar dem, följa deras framsteg på en datorskärm och hindra dem från att stöta på några verkliga objekt. Utgrävningarna leder till laboratoriearbete, som också förekommer i den virtuella sfären, sa Shackelford.

"Det finns ett labb för faunaanalys, det finns ett labb för pollenanalys, " sa hon. "De håller på med keramisk sortering och identifiering. De gör serier, som sätter saker i rätt kronologisk ordning."

De lär sig också stratigrafi, konsten att läsa hur lager av jord avsattes över tid.

"Mönstret och tidpunkten för den avsättningen av jord säger oss mycket om hur en plats bildades, sa Shackelford.

Teamet utvärderar programmets effektivitet för att avgöra om de färdigheter som eleverna lär sig är likvärdiga med de som erhållits i en verklig utgrävning. I den tidigare versionen av klassen, professorer tog studenterna till en verklig "mock excavation"-plats nära campus i slutet av terminen. Denna webbplats gjorde det möjligt för eleverna att gräva i riktig smuts, testa sina VR-förvärvade färdigheter och förståelse.

"Vi upptäckte att många saker som var frustrerande för studenter i den virtuella verkligheten var lika frustrerande i den verkliga världen, " sa Shackelford. "Och med lite övning och självkorrigering, de kunde göra allt som vi bad dem om."

Forskarna presenterade VRchaeology för en publik av antropologer vid mötet 2020 för Society for Historical Archaeology i Boston. Shackelford är också professor vid Carle Illinois College of Medicine.