Virtual and augmented reality lessons for crystallography classes

Crystals are very widespread in nature. Practically any material that can be considered as solid tends to crystallize if the temperature is sufficiently low. Based on the arrangement and properties of the atoms composing them, crystals can present themselves in different configurations that can be very simple or very complicated. For this reason, one may find it difficult to visualize the crystal’s structure and understand its properties just by looking at two-dimensional representations such as those provided in books. This is where three-dimensional virtual environments can make a big difference. In this thesis we designed, developed, and validated an educational application in Virtual and Augmented Reality, that allows people to explore the internal structure of crystals. The application provides support for lectures of the "Solid State Physics" course of Engineering Physics at Politecnico di Milano, but can be also used by students at home.

I cristalli sono molto diffusi in natura. Pressoché ogni materiale che può essere considerato come solido tende a cristallizzarsi se la temperatura è abbastanza bassa. A seconda della disposizione e delle proprietà degli atomi che li compongono, i cristalli si possono presentare in diverse configurazioni che possono essere molto semplici o molto complesse. Per questa ragione, potrebbe risultare difficile farsi un'idea della struttura del cristallo e comprenderne le proprietà solo osservando rappresentazioni in due dimensioni come quelle mostrate nei libri. Qui è dove ambienti virtuali in tre dimensioni possono fare la differenza. In questa tesi abbiamo progettato, sviluppato e valutato un'applicazione educativa in realtà virtuale e aumentata, che permette di esplorare la struttura interna dei cristalli. L'applicazione mira a offrire supporto alle lezioni del corso di "Fisica dello stato solido" insegnato alla facoltà di Ingegneria Fisica al Politecnico di Milano, ma può essere utilizzata anche dagli studenti a casa.