Виртуална реалност и анаглифна стереоскопична технология

Строителни материали (за всеки екип)

Необходими материали

• 3D очила (по 1 на екип): както зелено/червено, така и червено/циан
• За да направите свои собствени 3D очила, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 листа за прозрачност
• 2 листа бяла хартия
• Постоянни маркери в червено, зелено и циан (или синьо, ако циан не е наличен).
• Непостоянен черен маркер
• Ножици
• Владетел

Design Challenge

Вие сте екип от инженери, на които е дадено предизвикателството да изпълни 4 дейности и 1 предизвикателство. Ще научите за виртуалната реалност, 3D изображенията и анаглифните технологии. Ще проведете дискусии с класа относно вашите открития.

Критерии

• Изпълнете 4 дейности.
• Изпълнете 1 предизвикателство.
• Обсъдете класа.

Ограничения

• Използвайте само предоставените материали.

1. Раздайте работния лист за виртуална реалност, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
2. Използвайте връзките в раздела „Копаене по -дълбоко“, за да проучите VR технологиите и очилата за анаглиф. Споделете следното: Компютърните науки са наука и като такива използват научни резултати за създаване на технологии. Систематичните експерименти преди изграждането на технологиите са съществена част от дизайна. Разбирането на това как работи един природен феномен се случва само когато са постигнати добри резултати от експеримент. Този урок предоставя на учениците вкус как дизайнерите на VR слушалки са направили избор при проектирането на своята технология. Слушалките за виртуална реалност проектират две различни изображения, по едно за всяко око. Някои технологии смесват действителния фон с техника за 3D изобразяване, аналогична на „анаглифи“. Учениците експериментират с анаглифни очила, за да започнат да разбират сложността на изчисленията, свързани с изобразяването на 3D изображение в слушалките.
3. Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите.
4. Обяснете на учениците, че ще изпълнят 4 дейности и след това предизвикателство. (1 час се препоръчва за всеки)
5. Дейност 1: Гледайте видеоклипа за кариерата на IEEE с учениците си.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Обсъдете следните важни моменти във видеото.
     - Какво е необходимо за създаването на VR?
     - Как е тази компютърна наука?
     - Как научните резултати влияят на дизайна?
     - От VR технологиите, показани във видеоклиповете, които бяха най -впечатляващи и защо?
6. Дейност 2: Разпространявайте 3D очила и разглеждайте уебсайта чрез 3D очила
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. Дейност 3: Изберете някои 3D примерни изображения, като търсите онлайн. Внимавайте избраните от вас изображения да са подходящи за вашата класна стая и училищната култура. Накарайте вашите ученици да експериментират и да водят бележки:
   • Можете ли да видите зелени/червени изображения с червени/циан очила?
   • Коя технология изглежда работи по -добре?
   • Какво се случва, ако поставите очилата с главата надолу? Още ли работят?
   • Защо е зелено/червено и червено/циан? Има ли значение редът на цвета?
8. Дейност 4: Разделете учениците си на малки екипи от по 3 или 4 ученика на екип и ги накарайте да отговорят на въпросите в Ученическия работен лист 1. Оставете достатъчно време в края, за да може един член от всяка група да даде „светкавичен разговор“ от най -много 3 минути обобщаване техните констатации. Оставете време за обобщен анализ на всички презентации.
9. Обяснете на учениците, че сега те трябва да завършат a Предизвикателство да научат анаглифни техники. (Препоръчително 1 час). Подкрепете, че през първия час те изследваха, а през този час те правят официални експерименти.
10. Разделете учениците си на екипи (максимум по четирима ученици всеки). Не забравяйте да оставите поне 10 минути в края на сесията, за да обсъдите резултатите.
11. Разпределете работен лист 2 и материалите.
12. Работен лист 2 моли учениците да нарисуват просто изображение. Проба от червено и зелено е предоставена по -долу. Споделете ги с учениците си или създайте свои собствени мостри.
13. Кажете на учениците да измерят и маркират центъра на изображението. Поговорете накратко какво означава това.
14. Можете да им дадете определение или да ги съгласите с едно. Обикновено ще трябва да дефинирате „център“ на изображението. Можете да създадете „ограничаваща кутия“ около изображението, да намерите средните точки на хоризонталните и вертикалните ръбове и да поставите малка дискретна точка в пресечната точка на линиите, начертани от съответните вертикални и хоризонтални ръбове. (С други думи, създайте прозорец с четири стъкла, но маркирайте само центъра, а не пресичащите се линии.)
15. Инструктирайте учениците да изпълнят следните стъпки (очертани в студентския работен лист):
    ● Поставете прозрачен лист върху чертежа и с помощта на един от постоянните маркери накарайте член на екипа да копира чертежа.
    ● Използвайки чертежа за хартия и току -що създадения върху прозрачно фолио, нарисувайте още две копия във всеки от останалите цветове. Когато приключите, трябва да имате черно изображение на бяла хартия и дублирани изображения на прозрачни фолиа, по едно от червено, зелено и циан (или синьо). Оставете черната рисунка настрана.
    ● Поставете празния лист хартия върху бюрото или масата. Поставете две от трите прозрачни изображения отгоре, така че да се припокриват точно. Погледнете изображението през 3D очилата със същите цветове. Например, ако сте избрали зелените и червените изображения, използвайте зелените/червените очила.
    ● Внимателно раздалечете изображенията, като следите кога 3D изображението „изскача“. В каква посока трябва да ги преместите? Когато изображенията изскачат, измерете разстоянието между изображенията.
    ● Повторете стъпки 3 и 4 за другите комбинации, така че да имате данни за „зелено/червено“, „червено/циан“. Ако имате време, опитайте да комбинирате циан със зелено, като използвате и двата комплекта очила и запишете резултатите. Членовете на екипа трябва да посочат комбинацията, която работи най -добре за тях. Забележете колко хора биха могли да видят 3D ефекта за всяка комбинация. Забележете разстоянието, на което изображението се появи за всеки човек.
    ● Запишете резултатите си на масата, която вашият учител предоставя, за да може целият клас да прави заключения. Бъдете готови да внесете заключенията си в крайния анализ.
16. Докато учениците работят, създайте решетка на дъската (или на флипчарт), където първата колона идентифицира всеки екип. Етикетите за останалите колони трябва да бъдат:
    • предпочитана технология
    • най -доброто разстояние за зелено/червено
    • най -доброто разстояние за червено/циан
    • най -доброто разстояние за циан/зелено

    Напомнете на учениците си да въведат данните си, преди да приключат с работното си пространство.

17. По време на обобщението обсъдете резултатите, както и разликата между изследователските и експерименталните дейности. Помолете учениците си да направят изводи от съвместното си събиране на данни. Предизвикайте ги как индустрията може да продължи въз основа на техните резултати.
18. За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.

Урокът може да бъде направен само за 1 клас за по -големите ученици. Въпреки това, за да помогнете на учениците да не се чувстват прибързани и да осигурят успех на учениците (особено за по -малките ученици), разделете урока на два периода, като дадете на учениците повече време за мозъчна атака, тестване на идеи и финализиране на техния дизайн. Проведете тестването и разбора през следващия учебен период.

Интернет връзки

• Изграждане на светове във виртуалната реалност: Проучване на кариерата в инженерството и технологиите. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

VR технология

• Окулус: https://www.youtube.com/user/oculusvr намлява https://www.oculus.com
• HTC Vive: https://www.youtube.com/watch?v=qYfNzhLXYGc намлява https://www.vive.com
• Хололенс: https://www.microsoft.com/microsoft-hololens
• VR оборудване: https://www.youtube.com/watch?v=o1MK-zkM3qk намлява http://www.samsung.com/us/mobile/virtual-reality/
• Playstation VR: https://www.youtube.com/watch?v=cw6x80Qdzak намлява https://www.playstation.com/en-us/explore/playstation-vr/

Играйте с анаглифни очила:

• Как работят 3D очилата? - Instant Egghead #22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Уебсайт за разглеждане чрез 3D очила: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Направи си сам очила: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Видеоклипове за гледане в 3D

• 3D зелено/червено: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D зелено/червено: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D червено/циан: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D червено/циан: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Препоръчителна четене

• Прост преглед на анаглифите - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Човешкото око - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Възприятие за дълбочина - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Стереоскопия - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Дисплеи, монтирани на главата- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Анаглиф 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Писателска дейност

Напишете своите открития относно анаглифната технология. Този урок се фокусира върху зелено/червено и червено/циан. Кое работи по -добре за вас и защо? Това не са единствените алтернативи за 3D очила. Проучете онлайн какви други алтернативи съществуват. Направете случай за предпочитаната от вас технология: дава ли по -добро изживяване, по -евтино ли е? Как играе филмовата/онлайн видео индустрията?

Привеждане в съответствие с учебните програми

Забележка: Всички учебни планове от тази поредица са приведени в съответствие със Стандартите за компютърни науки на Асоциацията на учителите по компютърни науки K-12, Общите основни държавни стандарти на САЩ за математика и, ако е приложимо, и с Принципите и стандартите на Националния съвет на учителите по математика за училище Математика, Стандартите на Международната технологична образователна асоциация за технологична грамотност и Националните стандарти за научно образование в САЩ, които са изготвени от Националния изследователски съвет.

Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)

СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии

В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват

• Разбиране за науката и технологиите 

Научни стандарти и практики от следващо поколение 6-8 клас (на възраст 11-14)

Практика 2: Генериране и използване на модели

• Разработете и/или използвайте модел за генериране на данни за тестване на идеи за явления в естествени или проектирани системи, включително тези, които представляват входове и изходи, и тези в незабележими мащаби.

Практика 5: Използване на математика и изчислително мислене

• Използвайте математически, изчислителни и/или алгоритмични представяния на явления или дизайнерски решения, за да опишете и/или подкрепите претенции и/или обяснения

Принципи и стандарти за училищна математика (за всички възрасти)

Представителства

• Използвайте представи за моделиране и интерпретиране на физически, социални и математически явления

Общи основни държавни практики и стандарти за училищна математика

• MATH.PRACTICE.MP4 Модел с математика.

Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти

         Природата на технологиите

• Стандарт 2: Студентите ще развият разбиране за основните концепции на технологията.

CSTA K-12 стандарти за компютърни науки 3-6 клас (на възраст 11-14)

5.1 Ниво 1: Компютърни науки и аз (L1)

Общностни, глобални и етични въздействия (CI)

2. Определете въздействието на технологиите (напр. Социални мрежи, кибер тормоз, мобилни компютри и комуникация, уеб технологии, киберсигурност и виртуализация) върху личния живот и обществото.

CSTA K-12 стандарти за компютърни науки 6-9 клас (на възраст 11-14)

5. 2 Ниво 2: Компютърни науки и общност (L2)

• Сътрудничество (CL)

3. Сътрудничество с връстници, експерти и други, като се използват съвместни практики, като програмиране по двойки, работа в екипи по проекти и участие в групови активни учебни дейности.

CSTA K-12 стандарти за компютърни науки 9-12 клас (на възраст 14-18)

5.3.A   Компютърни науки в съвременния свят (MWJ)

• Изчислително мислене (CT)

8. Използвайте моделиране и симулация за представяне и разбиране на природни явления.

CSTA K-12 стандарти за компютърни науки 9-12 клас (на възраст 14-18)

5.3.B Концепции и практики по компютърни науки

• Изчислително мислене (CT)

8. Използвайте модели и симулации, за да формулирате, усъвършенствате и проверите научните хипотези.

Студентски ресурс: Обобщение на наученото.

Вашият учител ви показа някои видеоклипове и уебсайтове за технологиите за виртуална реалност. На тази страница създайте свой собствен терминологичен ресурс. Работете със съотборниците си, за да уговорите отговорите, или използвайте Интернет, за да намерите информация, която не помните.

1. Накратко обяснете какво е виртуална реалност и как работи.

2. Стереоскопичните очила Anaglyph създават илюзията за „3D“. Защо работи - тоест как измами очите ви?

3. Технологията е обозначена със зелено/червено, червено/циан. Редът има значение. Защо?

4. Това е урок за „изчисляване“. Какво общо има това с компютрите?

Учебен работен лист 1:

Този работен лист ви води през изследването на 3D VR и Anaglyph Technology. Вашият учител е организирал вашия клас в екипи. Изпълнете това упражнение като екип и бъдете готови да накарате член на вашия екип да представи вашите открития. Тази дейност е неофициално проучване.

1. Като група попълнете страницата с ресурси. Ако не знаете отговора на нещо, попитайте хората от друга група. Ако никой в ​​класа не си спомня, отидете в интернет и намерете отговорите. Тази техника за намиране на подходящи ресурси е от решаващо значение за изчисленията. Когато технологиите са толкова нови и не често са добре документирани, възможността да се правят основни изследвания е от решаващо значение.
2. Следващата ви задача е да направите малко неофициално проучване. Вашият учител ще ви предостави някои изображения или на компютърен екран, или на хартия. Някои са предназначени като „зелено/червено“, други са „червено/циан“. В рамките на вашата група отговорете на следните въпроси, след което измислете свои собствени допълнителни въпроси.
   1. Могат ли всички във вашата група действително да получат 3D ефекта? Ако не защо?
   2. Можете ли да видите зелени/червени изображения с червени/циан очила?
   3. Коя технология изглежда работи по -добре? Защо? Всички ли сте съгласни?
   4. Какво се случва, ако поставите очилата с главата надолу? Още ли работят? Ако не, защо не?
3. В следващия час ще направите някои официални тестове с 3D очила. За да се подготвите, ще трябва да създадете просто 3D изображение. В рамките на вашата група вземете решение какво изображение да използвате за експеримента си. Ще трябва да нарисувате изображението в три цвята върху прозрачност. Ако имате време, можете да започнете да рисувате или просто да отбележите тук предложеното изображение. Или скицирайте изображението на гърба на хартията. Неща, които трябва да имате предвид: Нека бъде просто: ще трябва да нарисувате изображението четири пъти. Помислете какъв вид изображения ще дадат най -добър ефект.

Учебен работен лист 2:

Този работен лист ви води през експерименти с 3D очила. 

Материали:

• Две парчета бяла хартия.
• Три листа за прозрачност.
• Три постоянни маркера, по един от червено, зелено и циан.
• Владетел.
• Молив или химикалка за записване на резултатите на тази страница.
• Непостоянен маркер в черно за писане на хартия, за създаване на оригиналното изображение.
• 3D очила, поне по едно от зелено/червено и червено/циан.

Цели:

1. За събиране на данни за предпочитана технология, зелено/червено или червено/циан.
2. За да се определи оптималното разстояние за две изображения. (Вашият клас ще трябва да се съгласи какво означава „разстояние между две изображения“.

Задача:

1. Нека член на вашия екип нарисува много просто изображение върху лист хартия. (Може би сте подготвили това през първия час.) Маркирайте центъра на изображението, както е обсъдено от вашия учител. Вашият учител може да предостави примерни изображения.
   
2. Поставете прозрачен лист върху чертежа и използвайте един от постоянните маркери, накарайте член на вашия екип да копира чертежа.
3. Използвайки чертежа за хартия и току -що създадения върху прозрачност, нарисувайте още две копия във всеки от останалите цветове. Когато приключите, трябва да имате черно изображение на бяла хартия и дублирани изображения на прозрачни фолиа, по едно от червено, зелено и циан (или синьо). Оставете чертежа настрана в черно.
4. Поставете празния лист хартия на бюрото или масата. Поставете две от трите прозрачни изображения отгоре, така че да се припокриват точно. Погледнете изображението през 3D очилата със същите цветове. Например, ако сте избрали зелените и червените изображения, използвайте зелените/червените очила.
5. Внимателно раздалечете изображенията, като следите кога 3D изображението „изскача“. В каква посока трябва да ги преместите? Когато изображенията изскачат, измерете разстоянието между изображенията.
   
6. Повторете стъпки 4 и 5 за другите комбинации, така че да имате данни за „зелено/червено“, „червено/циан“. Ако имате време, опитайте да комбинирате циан със зелено, като използвате и двата комплекта очила и запишете резултатите. Членовете на екипа трябва да посочат комбинацията, която работи най -добре за тях. Забележете колко хора биха могли да видят 3D ефекта за всяка комбинация. Забележете разстоянието, на което изображението се появи за всеки човек.

Запишете резултатите си на масата, която вашият учител предоставя, за да може целият клас да направи заключения. Бъдете готови да внесете заключенията си в крайния анализ.