Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει τη συμβολή των ψηφιακών τεχνολογιών και της επαυξημένης πραγματικότητας στη διδασκαλία της Βιολογίας στη Δευτεροβάθμια
Εκπαίδευση, μέσω της δημιουργίας και αξιοποίησης τρισδιάστατων μοντέλων. Οι
τεχνολογικές εξελίξεις σε συνδυασμό με την τεχνική της φωτογραμμετρίας και
ανακατασκευής 3D αντικειμένων, προσφέρουν νέες δυνατότητες στην οπτικοποίηση
αφηρημένων εννοιών στο πεδίο της Βιολογίας και ενισχύουν τη μαθησιακή εμπειρία.

Στόχος της εργασίας είναι η μελέτη και αξιολόγηση των τεχνικών ανακατασκευής και
επεξεργασίας τρισδιάστατων μοντέλων, με έμφαση στις τεχνικές της ρετοπολογίας, της
φωτογραμμετρίας και του Gaussian splatting. Η ερευνητική διαδικασία περιλαμβάνει
πειραματική εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων σε μοντέλα που παραχωρήθηκαν από την ερευνητική ομάδα βιολόγων του Ανοικτού Πανεπιστημίου Κύπρου, στο πλαίσιο του έργου Virtual Butterfly Exhibition. Ωστόσο, μεγαλύτερη έμφαση δίνεται στη διαδικασία της ρετοπολογίας, καθώς τα μοντέλα που προέκυψαν από τη σάρωση παρουσιάζουν
προβλήματα τοπολογίας και γεωμετρίας, τα οποία δυσκολεύουν την περαιτέρω
επεξεργασία και αξιοποίησή τους από εφαρμογές AR. Στην προκειμένη περίπτωση, τα
μοντέλα απαιτούν εκτενή επεξεργασία και καθαρισμό, προκειμένου να αποδίδουν τον
ρεαλισμό και τη λεπτομέρεια που χρειάζεται για την μετ’ έπειτα χρήση τους από εφαρμογή επαυξημένης πραγματικότητας.

Παράλληλα, διεξάγεται ποιοτική έρευνα με ειδικούς του χώρου που αφορούν τις τεχνικές δυσκολίες και τις βέλτιστες πρακτικές επεξεργασίας τρισδιάστατων μοντέλων.
Επιπροσθέτως, εξετάζονται διεθνείς μελέτες που αφορούν τη χρήση εφαρμογών
επαυξημένης πραγματικότητας στην εκμάθηση της Βιολογίας, σε διάφορες βαθμίδες
εκπαίδευσης. Τα ευρήματα καταδεικνύουν πως η οπτικοποίηση σύνθετων βιολογικών
διεργασιών που συντελούνται στη φύση και η διαδραστική μάθηση μπορούν να ενισχύσουν το ενδιαφέρον, την κατανόηση και την αφομοίωση της γνώσης από τους μαθητές.

Η φωτογραμμετρία και οι σχετικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία
τρισδιάστατων αναπαραστάσεων στο μάθημα της Βιολογίας, μπορούν να ενισχύσουν τη
δημιουργικότητα, το κίνητρο και την κριτική σκέψη των μαθητών. Κατ’ αυτό τον τρόπο,
τα μαθησιακά αποτελέσματα βελτιώνονται περισσότερο, απ’ ό,τι στις παραδοσιακές μεθόδους διδασκαλίας, και οι δεξιότητες του μαθητή αναπτύσσονται ολιστικά. Κατά
συνέπεια, η εφαρμογή της προσέγγισης αυτής κρίνεται απαραίτητη στο εκπαιδευτικό
σύστημα της Κύπρου και της Ελλάδας, το οποίο οφείλει να ανταποκρίνεται στις
τεχνολογικές απαιτήσεις του 21ου αιώνα.

This thesis examines the contribution of digital technologies and augmented reality to the lesson of Biology in the Secondary Education in Cyprus and Greece, through the  creation and utilization of three-dimensional models. Contemporary technological advancements, including photogrammetry, 3D reconstruction techniques, retopology and 3D Gaussian Splatting, provide new opportunities for the visualization of abstract biological concepts and the enhancement of the learning experience.

The aim of this study is to investigate and evaluate techniques for the reconstruction and processing of 3D models, with emphasis on photogrammetry, Gaussian Splatting, and
retopology methods. The research process includes the experimental application of these techniques on models provided by the research team of biologists at the University of Cyprus and the Open University of Cyprus, within the framework of the Virtual Butterflies Exhibition project. Particular emphasis is placed on the retopology process, as scanned models often present topological and geometrical issues that make processing and utilization difficult.

In parallel, qualitative research was conducted with experts in the field regarding technical challenges and best practices in 3D model processing. Furthermore, international studies concerning the use of augmented reality applications in Biology education across different educational levels were examined. The findings signify that the visualization of complex
biological processes, combined with interactive learning, can enhance students’ motivation, understanding, and knowledge retention. 

The use of alternative tools, such as 3D models and AR applications, created by specialized
techniques, such as photogrammetry, can contribute to the modernization of science
education by offering new approaches to experiential and interactive learning. Three
dimensional representations in Biology class can enhance students’ creativity, critical
thinking and motivation skills. Consequently, the implementation of this approach is
considered essential within the educational system of Cyprus an Greece, which must
respond to the technological demands of the 21st century.