09 虚拟现实技术

任课教师专业日期年月日教学课题虚拟现实技术课时4课时所选教材《数字媒体技术导论》教学班级一、教学目标1.学习目标（1）了解虚拟现实的特征、发展历史与发展趋势；（2）熟悉虚拟现实相关的三维建模设备、立体显示设备、交互设备；（3）掌握虚拟现实关键技术的原理和实现方式；（4）熟悉虚拟现实的应用领域。2.素养目标（1）避免过度沉浸虚拟现实而忽略现实世界，影响身心健康；（2）在开发虚拟现实应用与设备时，要设置适宜、健康的内容，对青少年进行积极正向的引导。二、教学重难点1.教学重点（1）虚拟现实的特征和发展趋势；（2）三维建模设备、立体显示设备、交互设备；（3）三维建模技术、实时三维图形绘制技术；（4）立体显示和传感器技术。2.教学难点三维建模技术、实时三维图形绘制技术、立体显示和传感器技术。三、教学方法（1）讲授与互动：结合理论讲解和实例分析，引导学生参与讨论和思考。（2）案例分析：提供数字媒体技术的相关案例，让学生分析其应用和影响。（3）小组讨论：组织小组讨论，让学生分享对数字媒体技术的看法和体验。（4）多媒体展示：利用多媒体技术展示数字媒体的实际应用和发展趋势。四、教学资源教材、多媒体资料、在线网站、行业案例、社交媒体等。五、教学过程教学内容互动设计一、理论讲解（3课时）1.虚拟现实概述（1）虚拟现实的特征虚拟现实借助计算机技术及硬件设备，建立了具备高度真实感的虚拟环境，这种虚拟环境是通过计算机图形构成的三维数字模型，能够给人身临其境的感觉，其特征主要包括沉浸性、交互性、想象性、多感知性。（2）虚拟现实的发展历史虚拟现实技术的发展历程大致可以分为四个阶段：蕴涵虚拟现实技术思想的阶段（20世纪60年代之前）、虚拟现实技术的萌芽阶段（20世纪60年代~20世纪70年代）、虚拟现实技术概念的产生和理论初步形成阶段（20世纪70年代~20世纪80年代）；虚拟现实技术理论的完善和应用阶段（20世纪90年代至今）。（3）虚拟现实的发展趋势虚拟现实技术带给人们无限可能，具有广阔的发展前景。它的发展趋势主要体现在产品成本下降、应用更普及，应用领域更广泛，互动体验更真实，多平台化方向发展。2.虚拟现实的设备（1）三维建模设备①3D摄像机。3D摄像机又称为立体摄像机，它是利用人眼的双眼视差效应拍摄景物的设备，可以通过获取物体的形状、大小、深度、色彩等信息生成类似人眼所见的、具有真实感的三维图像。②3D扫描仪3D扫描仪是指将真实世界环境快速建立成三维模型的工具，它通过3D扫描的方式将真实环境、人物和物体的立体信息（空间坐标）转化成计算机可以直接处理的数字模型。3D扫描仪有多种类型，总体上可大致分为接触式3D扫描仪和非接触式3D扫描仪两类。（2）立体显示设备①移动端头显人们一般将移动端头显称为“VR眼镜盒”或“VR眼镜盒子”。它以手机为运算、显示和储存设备，用户在使用该类设备时，需要将手机嵌入设备中，即将手机放入设备的“盒子”组件中，然后通过设备的镜头观看手机的播放内容，以获得三维图像效果。②外接式头显外接式头显自带显示屏幕，但需要使用线缆或采用无线方式（如WIFI、蓝牙）连接计算机或手机使用，将计算机或手机作为它的计算单元，由计算机或手机进行数据运算与传输，驱动头显生成三维立体图像。③一体式头显一体式头显即指VR一体机，内置处理器和存储器，集成显示、交互、计算等功能于一体，使用时无需外接计算机或手机。（3）交互设备虚拟现实交互设备主要是指用于输入信号，与虚拟环境产生交互的输入设备。常见的交互设备有VR手柄、数据手套、数据衣、VR跑步机。3.虚拟现实的关键技术（1）三维建模技术①软件建模三维建模需要专业建模工具的支撑，特别是在完成复杂的虚拟现实场景的模拟建模时，研究中广泛地使用了专业的三维建模软件，如3dMax、SketchUp、AutoCAD、Maya、Cinema4D、Modo、CATIA等。②三维建模设备辅助建模三维建模设备辅助建模是指使用3D摄像机或3D扫描仪辅助软件建模。其中，3D扫描仪扫描得到的是三维数字模型，适宜于对小范围内的场景或单个物体进行静态的三维建模。（2）实时三维图形绘制技术①基于图形的实时绘制技术基于图形的实时绘制技术以计算机图形与三维建模技术为基础，强调通过不同的方法提高绘制速度，实现方法主要有场景分块、可见性剔除、多细节层次等。②基于图像的实时绘制技术基于图像的实时绘制技术的一种方式是以摄像机拍摄的实景图像为样本，利用图像处理技术和计算机视觉计算的方法，直接构建三维虚拟场景。（3）三维虚拟声音技术①三维虚拟声音概念与作用三维虚拟声音是来自围绕听者双耳的一个球形空间中的任何地方，即声音出现在听者头部的上方、后方或前方。在虚拟现实中，视觉和听觉一起作用能充分表达信息内容，借助三维虚拟声音可以衬托视觉效果，即使用户闭上眼睛，也能“听声辩位”，知道声音来自哪里，增强人们在虚拟世界中的沉浸感、真实感。②三维虚拟声音的关键技术三维虚拟声音技术使声音在平面声场的基础上增加了高度感，更接近人耳的真实体验，使用户感觉自己被“移入”虚拟场景中。在虚拟现实中，创建三维虚拟声音的关键技术包括基于对象的音频技术、声音定位技术。（4）立体显示和传感器技术①立体显示技术立体显示技术就是利用一系列光学方法使人左右眼产生视差，从而在同一场景观看到两幅略有不同的影像，在大脑中形成立体效果的技术。②传感器技术传感器是指借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的器件或装置。传感器的种类非常多，用于虚拟现实中的传感器主要有磁感应传感器、加速度传感器、角速度传感器、光敏传感器、力觉传感器。（5）系统集成技术虚拟现实的硬件系统以高性能计算机为核心的数据处理系统，以头显为核心的视觉系统，以数据手套、数据衣等交互设备为主体信息反馈系统等系统构成。应用系统集成是系统集成的核心，它以系统的高度为用户需求提供应用的具体技术解决方案和运作方案，即为用户提供一个全面的系统应用解决方案。4.虚拟现实技术的应用虚拟现实技术具有很强的应用性，它在沉浸式影视娱乐、沉浸式教育培训、虚拟旅游、虚拟医疗、模拟军事、虚拟航天航空等领域都发挥了重要作用。1.老师讲解理论知识，学生听讲并做好笔记2.老师在课堂讲解的过程中，展示一些案例，让学生更易理解知识3.老师拓展讲解知识“双眼视差”，拓展学生知识面，学生认真听讲，有疑问及时解答4.学生开展讨论活动：讨论其他知道或见过的VR交互设备，并说出它的作用和使用场景，老师从旁进行指导5.老师在课堂讲解的过程中，展示一些案例，让学生更易理解知识二、实践训练——VR观影实践体验（1课时）1．实训要求登录爱奇艺的VR频道并观看视频，然后下载爱奇艺VRApp，通过VR眼镜盒和VR一体机观看视频，进行VR观影实践体验。2．操作思路（1）登录爱奇艺网站，进入VR频道，如图9-36所示，观看VR视频后，说出此类视频有何特点？并从真实感、沉浸感及画面质量和加载速度等方面说说你的观看体验。（2）在手机中下载安装爱奇艺VRApp，安装完成后，将手机放入VR眼镜盒中，使用VR手柄操作或使用VR设备自带的按键操作，播放VR视频。观看视频后，请说出自己的观影感受，以及你认为有待改善的地方。（3）使用VR一体机下载安装爱奇艺VRApp或其他VR播放器，完成后，通过VR播放器播放VR视频，也可以将VR视频上传到VR