09 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

任課教師專(zhuān)業(yè)日期年月日教學(xué)課題虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課時(shí)4課時(shí)所選教材《數(shù)字媒體技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)班級(jí)一、教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）了解虛擬現(xiàn)實(shí)的特征、發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢(shì)；（2）熟悉虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)關(guān)鍵技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方式；（4）熟悉虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域。2.素養(yǎng)目標(biāo)（1）避免過(guò)度沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)而忽略現(xiàn)實(shí)世界，影響身心健康；（2）在開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用與設(shè)備時(shí)，要設(shè)置適宜、健康的內(nèi)容，對(duì)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(shí)的特征和發(fā)展趨勢(shì)；（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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)：結(jié)合理論講解和實(shí)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(duì)數(shù)字媒體技術(shù)的看法和體驗(yàn)。（4）多媒體展示：利用多媒體技術(shù)展示數(shù)字媒體的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)。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(guò)程教學(xué)內(nèi)容互動(dòng)設(shè)計(jì)一、理論講解（3課時(shí)）1.虛擬現(xiàn)實(shí)概述（1）虛擬現(xiàn)實(shí)的特征虛擬現(xiàn)實(shí)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)及硬件設(shè)備，建立了具備高度真實(shí)感的虛擬環(huán)境，這種虛擬環(huán)境是通過(guò)計(jì)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(jué)，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(shí)的發(fā)展歷史虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展歷程大致可以分為四個(gè)階段：蘊(yùn)涵虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)思想的階段（20世紀(jì)60年代之前）、虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的發(fā)展趨勢(shì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)帶給人們無(wú)限可能，具有廣闊的發(fā)展前景。它的發(fā)展趨勢(shì)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(dòng)體驗(yàn)更真實(shí)，多平臺(tái)化方向發(fā)展。2.虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)備（1）三維建模設(shè)備①3D攝像機(jī)。3D攝像機(jī)又稱(chēng)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(guò)獲取物體的形狀、大小、深度、色彩等信息生成類(lèi)似人眼所見(jiàn)的、具有真實(shí)感的三維圖像。②3D掃描儀3D掃描儀是指將真實(shí)世界環(huán)境快速建立成三維模型的工具，它通過(guò)3D掃描的方式將真實(shí)環(huán)境、人物和物體的立體信息（空間坐標(biāo)）轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可以直接處理的數(shù)字模型。3D掃描儀有多種類(lèi)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(lèi)。（2）立體顯示設(shè)備①移動(dòng)端頭顯人們一般將移動(dòng)端頭顯稱(chēng)為“VR眼鏡盒”或“VR眼鏡盒子”。它以手機(jī)為運(yùn)算、顯示和儲(chǔ)存設(shè)備，用戶(hù)在使用該類(lèi)設(shè)備時(shí)，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(guò)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(wú)線方式（如WIFI、藍(lán)牙）連接計(jì)算機(jī)或手機(jī)使用，將計(jì)算機(jī)或手機(jī)作為它的計(jì)算單元，由計(jì)算機(jī)或手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與傳輸，驅(qū)動(dòng)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(chǔ)器，集成顯示、交互、計(jì)算等功能于一體，使用時(shí)無(wú)需外接計(jì)算機(jī)或手機(jī)。（3）交互設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)備主要是指用于輸入信號(hào)，與虛擬環(huán)境產(chǎn)生交互的輸入設(shè)備。常見(jiàn)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(shí)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(zhuān)業(yè)建模工具的支撐，特別是在完成復(fù)雜的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的模擬建模時(shí)，研究中廣泛地使用了專(zhuān)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(duì)小范圍內(nèi)的場(chǎng)景或單個(gè)物體進(jìn)行靜態(tài)的三維建模。（2）實(shí)時(shí)三維圖形繪制技術(shù)①基于圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)基于圖形的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)以計(jì)算機(jī)圖形與三維建模技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)不同的方法提高繪制速度，實(shí)現(xiàn)方法主要有場(chǎng)景分塊、可見(jiàn)性剔除、多細(xì)節(jié)層次等。②基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)基于圖像的實(shí)時(shí)繪制技術(shù)的一種方式是以攝像機(jī)拍攝的實(shí)景圖像為樣本，利用圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)計(jì)算的方法，直接構(gòu)建三維虛擬場(chǎng)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(lái)自圍繞聽(tīng)者雙耳的一個(gè)球形空間中的任何地方，即聲音出現(xiàn)在聽(tīng)者頭部的上方、后方或前方。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)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(jué)效果，即使用戶(hù)閉上眼睛，也能“聽(tīng)聲辯位”，知道聲音來(lái)自哪里，增強(qiáng)人們?cè)谔摂M世界中的沉浸感、真實(shí)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(chǎng)的基礎(chǔ)上增加了高度感，更接近人耳的真實(shí)體驗(yàn)，使用戶(hù)感覺(jué)自己被“移入”虛擬場(chǎng)景中。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，創(chuàng)建三維虛擬聲音的關(guān)鍵技術(shù)包括基于對(duì)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(chǎng)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(cè)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(lèi)非常多，用于虛擬現(xiàn)實(shí)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(jué)傳感器。（5）系統(tǒng)集成技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)的硬件系統(tǒng)以高性能計(jì)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(jué)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(hù)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(hù)提供一個(gè)全面的系統(tǒng)應(yīng)用解決方案。4.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，它在沉浸式影視娛樂(lè)、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(shí)，學(xué)生聽(tīng)講并做好筆記2.老師在課堂講解的過(guò)程中，展示一些案例，讓學(xué)生更易理解知識(shí)3.老師拓展講解知識(shí)“雙眼視差”，拓展學(xué)生知識(shí)面，學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講，有疑問(wèn)及時(shí)解答4.學(xué)生開(kāi)展討論活動(dòng)：討論其他知道或見(jiàn)過(guò)的VR交互設(shè)備，并說(shuō)出它的作用和使用場(chǎng)景，老師從旁進(jìn)行指導(dǎo)5.老師在課堂講解的過(guò)程中，展示一些案例，讓學(xué)生更易理解知識(shí)二、實(shí)踐訓(xùn)練——VR觀影實(shí)踐體驗(yàn)（1課時(shí)）1．實(shí)訓(xùn)要求登錄愛(ài)奇藝的VR頻道并觀看視頻，然后下載愛(ài)奇藝VRApp，通過(guò)VR眼鏡盒和VR一體機(jī)觀看視頻，進(jìn)行VR觀影實(shí)踐體驗(yàn)。2．操作思路（1）登錄愛(ài)奇藝網(wǎng)站，進(jìn)入VR頻道，如圖9-36所示，觀看VR視頻后，說(shuō)出此類(lèi)視頻有何特點(diǎn)？并從真實(shí)感、沉浸感及畫(huà)面質(zhì)量和加載速度等方面說(shuō)說(shuō)你的觀看體驗(yàn)。（2）在手機(jī)中下載安裝愛(ài)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(qǐng)說(shuō)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(ài)奇藝VRApp或其他VR播放器，完成后，通過(guò)VR播放器播放VR視頻，也可以將VR視頻上傳到VR