《增強現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)用》教學(xué)大綱

《增強現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)用》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：08150851課程性質(zhì)：專業(yè)選修課程學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時：48學(xué)時（理論32學(xué)時，實驗16學(xué)時）先修課程：游戲引擎應(yīng)用與開發(fā)后續(xù)課程：無適用專業(yè)：數(shù)字媒體技術(shù)開課單位：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、課程說明本課程是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，使學(xué)生掌握增強現(xiàn)實的基本理論、技術(shù)、方法，并從典型增強現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)的角度，綜合選擇、運用合適的增強現(xiàn)實技術(shù)，解決具有中等復(fù)雜度的增強現(xiàn)實仿真系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)等實際問題，對于提高學(xué)生綜合運用知識的能力和未來在增強現(xiàn)實相關(guān)行業(yè)從事創(chuàng)新性工作等方面有著積極的作用。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，將使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo):課程目標(biāo)1：了解增強現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)流程和要求。理解現(xiàn)有增強現(xiàn)實系統(tǒng)中各模塊的功能和實現(xiàn)方法。通過實踐案例，學(xué)生將掌握增強現(xiàn)實技術(shù)中AR場景開發(fā)、AR視頻開發(fā)、AR動畫與AR交互開發(fā)。具備在實際項目中進(jìn)行增強現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)的能力。課程目標(biāo)2：能夠應(yīng)用強現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計實際領(lǐng)域的解決方案。理解國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。掌握AR技術(shù)的基本理論和核心知識，并了解如何將增強現(xiàn)實開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于不同領(lǐng)域，能夠?qū)R技術(shù)與實際業(yè)務(wù)場景相結(jié)合，為解決實際問題提供創(chuàng)新的、高效的解決方案；課程目標(biāo)3：掌握團隊合作開發(fā)方法，增強團隊意識，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)，進(jìn)行團隊合作開發(fā)。掌握如何協(xié)同設(shè)計、開發(fā)、測試和部署綜合應(yīng)用程序，通過分工合作、溝通協(xié)調(diào)，實現(xiàn)高效的軟件開發(fā)。同時，了解軟件開發(fā)在多個領(lǐng)域的應(yīng)用，為實際項目開發(fā)提供靈活的解決方案。通過團隊項目，掌握團隊協(xié)作、解決問題的能力，為未來的工作和技術(shù)發(fā)展做好準(zhǔn)備。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《增強現(xiàn)實技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)目標(biāo)對數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)支撐強度3.設(shè)計/開發(fā)解決方案3.3能夠在數(shù)字媒體及其相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、測試等環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神，并能綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境因素的影響。課程目標(biāo)2：能夠應(yīng)用強現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計實際領(lǐng)域的解決方案。理解國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范。掌握AR技術(shù)的基本理論和核心知識，并了解如何將增強現(xiàn)實開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于不同領(lǐng)域，能夠?qū)R技術(shù)與實際業(yè)務(wù)場景相結(jié)合，為解決實際問題提供創(chuàng)新的、高效的解決方案。H5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠開發(fā)、選擇與使用現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具對復(fù)雜數(shù)字媒體技術(shù)工程問題進(jìn)行輔助設(shè)計、預(yù)測和模擬，并理解其局限性。課程目標(biāo)1：了解增強現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)流程和要求。理解現(xiàn)有增強現(xiàn)實系統(tǒng)中各模塊的功能和實現(xiàn)方法。通過實踐案例，學(xué)生將掌握增強現(xiàn)實技術(shù)中AR場景開發(fā)、AR視頻開發(fā)、AR動畫與AR交互開發(fā)。具備在實際項目中進(jìn)行增強現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)的能力。H9.個人和團隊9.2能夠在團隊中擔(dān)任負(fù)責(zé)人，具有組織和協(xié)調(diào)團隊開展工作的能力，并有效實現(xiàn)目標(biāo)。課程目標(biāo)3：掌握團隊合作開發(fā)方法，增強團隊意識，應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)，進(jìn)行團隊合作開發(fā)。掌握如何協(xié)同設(shè)計、開發(fā)、測試和部署綜合應(yīng)用程序，通過分工合作、溝通協(xié)調(diào)，實現(xiàn)高效的軟件開發(fā)。同時，了解軟件開發(fā)在多個領(lǐng)域的應(yīng)用，為實際項目開發(fā)提供靈活的解決方案。通過團隊項目，掌握團隊協(xié)作、解決問題的能力，為未來的工作和技術(shù)發(fā)展做好準(zhǔn)備。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點理論學(xué)時實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.增強現(xiàn)實技術(shù)概述1.1增強現(xiàn)實技術(shù)簡介1.2增強現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展歷史1.3增強現(xiàn)實開發(fā)平臺1.4增強現(xiàn)實硬件設(shè)備1.5增強現(xiàn)實應(yīng)用與未來前景教學(xué)要求：使學(xué)生掌握增強現(xiàn)實的定義、基本原理，讓學(xué)生了解常用的增強現(xiàn)實開發(fā)平臺和工具，如Unity3D、Vuforia等工具。重點：增強現(xiàn)實開發(fā)平臺，增強現(xiàn)實硬件設(shè)備。難點：增強現(xiàn)實開發(fā)平臺。21、22.AR開發(fā)概述2.1Vuforia開發(fā)概述2.2Vuforia開發(fā)SDK應(yīng)用2.3基于Unity的基礎(chǔ)識別教學(xué)要求：使學(xué)生掌握Vuforia增強現(xiàn)實開發(fā)平臺的特點和功能，能夠應(yīng)用VuforiaSDK創(chuàng)建增強現(xiàn)實應(yīng)用，掌握在Unity中使用Vuforia實現(xiàn)基礎(chǔ)識別功能的步驟和方法重點：Vuforia開發(fā)SDK應(yīng)用，基于Unity的基礎(chǔ)識別。難點：Vuforia開發(fā)SDK應(yīng)用421、23.AR界面開發(fā)3.1AR應(yīng)用中界面顯示與交互方式3.2基于UGUI進(jìn)行AR界面搭建教學(xué)要求：使學(xué)生掌握增強現(xiàn)實應(yīng)用中的界面顯示和用戶交互方式，掌握使用Unity的UGUI系統(tǒng)創(chuàng)建增強現(xiàn)實應(yīng)用中的用戶界面，并添加交互功能重點：AR應(yīng)用中界面顯示與交互方式，基于UGUI進(jìn)行AR界面搭建。難點：AR應(yīng)用中界面顯示與交互方式421、24.AR場景開發(fā)4.1AR場景開發(fā)概述4.2Unity3D場景創(chuàng)建4.3環(huán)境特效4.4光影系統(tǒng)4.5AR游戲場景搭建教學(xué)要求：使學(xué)生掌握AR場景開發(fā)的基本概念和流程，掌握使用Unity3D創(chuàng)建AR場景的步驟和技巧，掌握在AR場景中添加環(huán)境特效的方法、光影系統(tǒng)創(chuàng)建真實感的方法，使用Unity創(chuàng)建增強現(xiàn)實游戲場景，包括游戲?qū)ο蟮脑O(shè)置和交互設(shè)計。重點：環(huán)境特效、光影系統(tǒng)、AR游戲場景搭建。難點：環(huán)境特效、光影系統(tǒng)、AR游戲場景搭建。441、2、35AR視頻開發(fā)5.1Unity3D聲音系統(tǒng)5.2AR視頻應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生能夠Unity3D中的聲音系統(tǒng)，用于在AR應(yīng)用中添加音效和音樂，能夠在AR應(yīng)用中嵌入和控制視頻內(nèi)容，并實現(xiàn)與虛擬對象的交互。重點：Unity3D聲音系統(tǒng)，AR視頻應(yīng)用難點：AR視頻應(yīng)用。421、26AR動畫開發(fā)6.1AR動畫概述6.2Mecanim動畫系統(tǒng)6.3Mecanim工作流程6.4AR角色動畫開發(fā)6.5AR交互動畫開發(fā)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握增強現(xiàn)實應(yīng)用中實現(xiàn)動畫效果的基本概念和方法，掌握Unity的Mecanim動畫系統(tǒng)的特點和使用方法，理解使用Mecanim創(chuàng)建和控制動畫的工作流程。重點：Mecanim工作流程，AR角色動畫開發(fā)難點：AR交互動畫開發(fā)。421、27AR交互開發(fā)7.1AR交互概述7.2AR交互分類7.3模型旋轉(zhuǎn)交互實現(xiàn)7.4模型縮放交互實現(xiàn)7.5動態(tài)加載AR模型教學(xué)要求：使學(xué)生理解增強現(xiàn)實應(yīng)用中的交互概念和分類，能夠?qū)崿F(xiàn)實現(xiàn)在AR應(yīng)用中旋轉(zhuǎn)模型的交互功能，能夠?qū)崿F(xiàn)在AR應(yīng)用中縮放模型的交互功能，能夠AR應(yīng)用中動態(tài)加載和顯示模型，實現(xiàn)模型的交互和替換。重點：模型旋轉(zhuǎn)交互實現(xiàn)，模型縮放交互實現(xiàn)，動態(tài)加載AR模型難點：動態(tài)加載AR模型。621、28AR特效開發(fā)8.1粒子特效系統(tǒng)8.2粒子特效開發(fā)8.3AR角色特效開發(fā)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握使用Unity的粒子特效系統(tǒng)創(chuàng)建增強現(xiàn)實應(yīng)用中的特效效果，能夠在AR應(yīng)用中創(chuàng)建和控制粒子特效，能夠在AR應(yīng)用中的角色添加特效效果，增強真實感和視覺效果。重點：粒子特效開發(fā)，AR角色特效開發(fā)難點：粒子特效開發(fā)，AR角色特效開發(fā)。421、2、3合計32162.實驗部分實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)AR展示視頻播放實驗實驗內(nèi)容：要求學(xué)習(xí)者根據(jù)需求文檔，完成AR視頻播放功能。41、2實驗要求：能夠正確設(shè)計并按照需求實現(xiàn)程序的功能。增強現(xiàn)實動畫開發(fā)實驗內(nèi)容：要求學(xué)習(xí)者根據(jù)需求文檔，完成增強現(xiàn)實動畫設(shè)計與實現(xiàn)41、2實驗要求：能夠正確設(shè)計并按照需求實現(xiàn)程序的功能。AR角色特效開發(fā)實驗內(nèi)容：要求學(xué)習(xí)者根據(jù)需求文檔，完成AR角色特效設(shè)計與實現(xiàn)41、2實驗要求：能夠正確設(shè)計并按照需求實現(xiàn)程序的功能。AR游戲開發(fā)實驗內(nèi)容：要求學(xué)習(xí)者根據(jù)需求文檔，完成AR游戲設(shè)計、場景設(shè)計并實現(xiàn)41、2、3實驗要求：能夠正確設(shè)計并按照需求實現(xiàn)程序的功能。合計16五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解增強現(xiàn)實開發(fā)技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識。六、課程資源1.推薦教材：（1）李婷婷，余慶軍，劉石，仲于姍.UnityAR增強現(xiàn)實開發(fā)實戰(zhàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社.2020.（2）吳哲夫.Unity3D增強現(xiàn)實開發(fā)實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社.2019.2.參考書：（1）鮑虎軍，章國鋒，秦學(xué)英.增強現(xiàn)實：原理、算法與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社.2019.（2）[奧]迪特爾·施馬爾斯蒂格（DieterSchmalstieg）著，劉越.增強現(xiàn)實：原理與實踐.[M].北京:機械工業(yè)出版社.2020.3.期刊：（1）周忠,周頤,肖江劍.虛擬現(xiàn)實增強技術(shù)綜述[J].中國科學(xué):信息科學(xué),2015,45(2):157-180.（2）胡天宇,張權(quán)福,沈永捷,等.增強現(xiàn)實技術(shù)綜述[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)版,2017,13(12):3（3）秦承運,朱云龍,戴海波,等.基于VuforiaSDK與模型追蹤技術(shù)的PC端AR技術(shù)開發(fā)[J].信息與電腦,2018(3):3.（4）侯穎,許威威.增強現(xiàn)實技術(shù)綜述[J].計算機測量與控制,2017,25(2):8（5）周世明,李依紋.VR與AR技術(shù)對數(shù)字媒體藝術(shù)的影響[J].電腦迷,2018.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）Vuforia官網(wǎng)（2）unity3dDocumentation/cn/current/Manual/UnityManual.html七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過過程性考核課學(xué)習(xí)態(tài)度10（1）主要考核學(xué)生學(xué)習(xí)紀(jì)律和答疑情況。（2）教師根據(jù)課堂整體表現(xiàn)情況評分?！獭獭?42實實驗報告20（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?84作作業(yè)評價20（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)評價成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?84期末考核50（1）采用原創(chuàng)作品大作業(yè)的方式。（2）將大作業(yè)的成績作為期末考核成績?！獭獭?02010合計：100分404020八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以學(xué)習(xí)態(tài)度、實驗報告、作業(yè)評價、期末考核等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┐笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：期末大作業(yè)成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；學(xué)習(xí)態(tài)度、實驗報告、作業(yè)評價等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和期末考核分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60學(xué)習(xí)態(tài)度20學(xué)習(xí)認(rèn)真、態(tài)度端正，遵守紀(jì)律,表現(xiàn)優(yōu)秀。學(xué)習(xí)認(rèn)真、態(tài)度端正，遵守紀(jì)律,表現(xiàn)良好。遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)態(tài)度良好，表現(xiàn)中等。遵守紀(jì)律，學(xué)習(xí)態(tài)度一般，表現(xiàn)一般。學(xué)習(xí)紀(jì)律較差，表現(xiàn)較差。實驗40實驗預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果詳實、結(jié)論清晰、討論合理。實驗前有預(yù)習(xí)，能夠掌握方法與步驟，實驗操作