09 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

任課教師專業(yè)日期年月日教學(xué)課題虛擬現(xiàn)實技術(shù)課時4課時所選教材《數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)班級一、教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解虛擬現(xiàn)實的特征、發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢；（2）熟悉虛擬現(xiàn)實相關(guān)的三維建模設(shè)備、立體顯示設(shè)備、交互設(shè)備；（3）掌握虛擬現(xiàn)實關(guān)鍵技術(shù)的原理和實現(xiàn)方式；（4）熟悉虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域。2.素養(yǎng)目標(biāo)（1）避免過度沉浸虛擬現(xiàn)實而忽略現(xiàn)實世界，影響身心健康；（2）在開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用與設(shè)備時，要設(shè)置適宜、健康的內(nèi)容，對青少年進(jìn)行積極正向的引導(dǎo)。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）虛擬現(xiàn)實的特征和發(fā)展趨勢；（2）三維建模設(shè)備、立體顯示設(shè)備、交互設(shè)備；（3）三維建模技術(shù)、實時三維圖形繪制技術(shù)；（4）立體顯示和傳感器技術(shù)。2.教學(xué)難點(diǎn)三維建模技術(shù)、實時三維圖形繪制技術(shù)、立體顯示和傳感器技術(shù)。三、教學(xué)方法（1）講授與互動：結(jié)合理論講解和實例分析，引導(dǎo)學(xué)生參與討論和思考。（2）案例分析：提供數(shù)字媒體技術(shù)的相關(guān)案例，讓學(xué)生分析其應(yīng)用和影響。（3）小組討論：組織小組討論，讓學(xué)生分享對數(shù)字媒體技術(shù)的看法和體驗。（4）多媒體展示：利用多媒體技術(shù)展示數(shù)字媒體的實際應(yīng)用和發(fā)展趨勢。四、教學(xué)資源教材、多媒體資料、在線網(wǎng)站、行業(yè)案例、社交媒體等。五、教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容互動設(shè)計一、理論講解（3課時）1.虛擬現(xiàn)實概述（1）虛擬現(xiàn)實的特征虛擬現(xiàn)實借助計算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，建立了具備高度真實感的虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是通過計算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型，能夠給人身臨其境的感覺，其特征主要包括沉浸性、交互性、想象性、多感知性。（2）虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷史虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展歷程大致可以分為四個階段：蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實技術(shù)思想的階段（20世紀(jì)60年代之前）、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的萌芽階段（20世紀(jì)60年代~20世紀(jì)70年代）、虛擬現(xiàn)實技術(shù)概念的產(chǎn)生和理論初步形成階段（20世紀(jì)70年代~20世紀(jì)80年代）；虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論的完善和應(yīng)用階段（20世紀(jì)90年代至今）。（3）虛擬現(xiàn)實的發(fā)展趨勢虛擬現(xiàn)實技術(shù)帶給人們無限可能，具有廣闊的發(fā)展前景。它的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在產(chǎn)品成本下降、應(yīng)用更普及，應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，互動體驗更真實，多平臺化方向發(fā)展。2.虛擬現(xiàn)實的設(shè)備（1）三維建模設(shè)備①3D攝像機(jī)。3D攝像機(jī)又稱為立體攝像機(jī)，它是利用人眼的雙眼視差效應(yīng)拍攝景物的設(shè)備，可以通過獲取物體的形狀、大小、深度、色彩等信息生成類似人眼所見的、具有真實感的三維圖像。②3D掃描儀3D掃描儀是指將真實世界環(huán)境快速建立成三維模型的工具，它通過3D掃描的方式將真實環(huán)境、人物和物體的立體信息（空間坐標(biāo)）轉(zhuǎn)化成計算機(jī)可以直接處理的數(shù)字模型。3D掃描儀有多種類型，總體上可大致分為接觸式3D掃描儀和非接觸式3D掃描儀兩類。（2）立體顯示設(shè)備①移動端頭顯人們一般將移動端頭顯稱為“VR眼鏡盒”或“VR眼鏡盒子”。它以手機(jī)為運(yùn)算、顯示和儲存設(shè)備，用戶在使用該類設(shè)備時，需要將手機(jī)嵌入設(shè)備中，即將手機(jī)放入設(shè)備的“盒子”組件中，然后通過設(shè)備的鏡頭觀看手機(jī)的播放內(nèi)容，以獲得三維圖像效果。②外接式頭顯外接式頭顯自帶顯示屏幕，但需要使用線纜或采用無線方式（如WIFI、藍(lán)牙）連接計算機(jī)或手機(jī)使用，將計算機(jī)或手機(jī)作為它的計算單元，由計算機(jī)或手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與傳輸，驅(qū)動頭顯生成三維立體圖像。③一體式頭顯一體式頭顯即指VR一體機(jī)，內(nèi)置處理器和存儲器，集成顯示、交互、計算等功能于一體，使用時無需外接計算機(jī)或手機(jī)。（3）交互設(shè)備虛擬現(xiàn)實交互設(shè)備主要是指用于輸入信號，與虛擬環(huán)境產(chǎn)生交互的輸入設(shè)備。常見的交互設(shè)備有VR手柄、數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣、VR跑步機(jī)。3.虛擬現(xiàn)實的關(guān)鍵技術(shù)（1）三維建模技術(shù)①軟件建模三維建模需要專業(yè)建模工具的支撐，特別是在完成復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實場景的模擬建模時，研究中廣泛地使用了專業(yè)的三維建模軟件，如3dMax、SketchUp、AutoCAD、Maya、Cinema4D、Modo、CATIA等。②三維建模設(shè)備輔助建模三維建模設(shè)備輔助建模是指使用3D攝像機(jī)或3D掃描儀輔助軟件建模。其中，3D掃描儀掃描得到的是三維數(shù)字模型，適宜于對小范圍內(nèi)的場景或單個物體進(jìn)行靜態(tài)的三維建模。（2）實時三維圖形繪制技術(shù)①基于圖形的實時繪制技術(shù)基于圖形的實時繪制技術(shù)以計算機(jī)圖形與三維建模技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)通過不同的方法提高繪制速度，實現(xiàn)方法主要有場景分塊、可見性剔除、多細(xì)節(jié)層次等。②基于圖像的實時繪制技術(shù)基于圖像的實時繪制技術(shù)的一種方式是以攝像機(jī)拍攝的實景圖像為樣本，利用圖像處理技術(shù)和計算機(jī)視覺計算的方法，直接構(gòu)建三維虛擬場景。（3）三維虛擬聲音技術(shù)①三維虛擬聲音概念與作用三維虛擬聲音是來自圍繞聽者雙耳的一個球形空間中的任何地方，即聲音出現(xiàn)在聽者頭部的上方、后方或前方。在虛擬現(xiàn)實中，視覺和聽覺一起作用能充分表達(dá)信息內(nèi)容，借助三維虛擬聲音可以襯托視覺效果，即使用戶閉上眼睛，也能“聽聲辯位”，知道聲音來自哪里，增強(qiáng)人們在虛擬世界中的沉浸感、真實感。②三維虛擬聲音的關(guān)鍵技術(shù)三維虛擬聲音技術(shù)使聲音在平面聲場的基礎(chǔ)上增加了高度感，更接近人耳的真實體驗，使用戶感覺自己被“移入”虛擬場景中。在虛擬現(xiàn)實中，創(chuàng)建三維虛擬聲音的關(guān)鍵技術(shù)包括基于對象的音頻技術(shù)、聲音定位技術(shù)。（4）立體顯示和傳感器技術(shù)①立體顯示技術(shù)立體顯示技術(shù)就是利用一系列光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差，從而在同一場景觀看到兩幅略有不同的影像，在大腦中形成立體效果的技術(shù)。②傳感器技術(shù)傳感器是指借助檢測元件將一種形式的信息轉(zhuǎn)換成另一種信息的器件或裝置。傳感器的種類非常多，用于虛擬現(xiàn)實中的傳感器主要有磁感應(yīng)傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器、光敏傳感器、力覺傳感器。（5）系統(tǒng)集成技術(shù)虛擬現(xiàn)實的硬件系統(tǒng)以高性能計算機(jī)為核心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以頭顯為核心的視覺系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)衣等交互設(shè)備為主體信息反饋系統(tǒng)等系統(tǒng)構(gòu)成。應(yīng)用系統(tǒng)集成是系統(tǒng)集成的核心，它以系統(tǒng)的高度為用戶需求提供應(yīng)用的具體技術(shù)解決方案和運(yùn)作方案，即為用戶提供一個全面的系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。4.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，它在沉浸式影視娛樂、沉浸式教育培訓(xùn)、虛擬旅游、虛擬醫(yī)療、模擬軍事、虛擬航天航空等領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。1.老師講解理論知識，學(xué)生聽講并做好筆記2.老師在課堂講解的過程中，展示一些案例，讓學(xué)生更易理解知識3.老師拓展講解知識“雙眼視差”，拓展學(xué)生知識面，學(xué)生認(rèn)真聽講，有疑問及時解答4.學(xué)生開展討論活動：討論其他知道或見過的VR交互設(shè)備，并說出它的作用和使用場景，老師從旁進(jìn)行指導(dǎo)5.老師在課堂講解的過程中，展示一些案例，讓學(xué)生更易理解知識二、實踐訓(xùn)練——VR觀影實踐體驗（1課時）1．實訓(xùn)要求登錄愛奇藝的VR頻道并觀看視頻，然后下載愛奇藝VRApp，通過VR眼鏡盒和VR一體機(jī)觀看視頻，進(jìn)行VR觀影實踐體驗。2．操作思路（1）登錄愛奇藝網(wǎng)站，進(jìn)入VR頻道，如圖9-36所示，觀看VR視頻后，說出此類視頻有何特點(diǎn)？并從真實感、沉浸感及畫面質(zhì)量和加載速度等方面說說你的觀看體驗。（2）在手機(jī)中下載安裝愛奇藝VRApp，安裝完成后，將手機(jī)放入VR眼鏡盒中，使用VR手柄操作或使用VR設(shè)備自帶的按鍵操作，播放VR視頻。觀看視頻后，請說出自己的觀影感受，以及你認(rèn)為有待改善的地方。（3）使用VR一體機(jī)下載安裝愛奇藝VRApp或其他VR播放器，完成后，通過VR播放器播放VR視頻，也可以將VR視頻上傳到VR