Stereoskopische Technologie für virtuelle Realität und Anaglyphen

Diese Lektion konzentriert sich auf Virtual-Reality-Technologien. Diese Displaytechnologien basieren auf künstlichen Stereobildern und bieten eine Ansicht mit Illusionen von 3D-Tiefe in virtuellen Umgebungen. Die Schüler führen eine Aktivität mit 3D-Brillen und 3D-Bildern durch.

  • Wie VR-Technologien die menschliche Tiefenwahrnehmung nutzen
  • Die Verwendung von Stereobildern, um die Illusion von 3D-Tiefe zu erzeugen
  • Verwenden Sie die wissenschaftliche Methode, um Anaglyphentechnologien zu vergleichen

Altersstufen: 11-14

Materialien & Vorbereitung

Baumaterialien (für jedes Team)

Benötigtes Material

  • 3D-Brille (1 pro Team): sowohl grün/rot als auch rot/cyan
  • Um Ihre eigene 3D-Brille herzustellen, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
  • 3 Transparentfolien
  • 2 Blatt weißes Papier
  • Permanentmarker in Rot, Grün und Cyan (oder Blau, wenn Cyan nicht verfügbar ist).
  • Nicht permanenter schwarzer Marker
  • Schere
  • Herrscher

Herausforderung Konstruktionsdesign

Design-Herausforderung

Sie sind ein Team von Ingenieuren vor der Herausforderung, 4 Aktivitäten und 1 Herausforderung zu bewältigen. Sie lernen Virtual Reality, 3D-Bilder und Anaglyphentechnologien kennen. Sie diskutieren mit der Klasse über Ihre Ergebnisse.

Eigenschaften

  • Schließe 4 Aktivitäten ab.
  • Schließe 1 Herausforderung ab.
  • Führen Sie eine Klassendiskussion.

Einschränkungen

  • Verwenden Sie nur die bereitgestellten Materialien.

Aktivitätsanweisungen und -verfahren

  1. Verteilen Sie das Virtual Reality-Arbeitsblatt sowie einige Blätter Papier zum Skizzieren von Designs.
  2. Verwenden Sie die Links im Abschnitt "Digging Deeper", um VR-Technologien und Anaglyphenbrillen zu erkunden. Teilen Sie Folgendes: Informatik ist eine Wissenschaft und verwendet als solche wissenschaftliche Ergebnisse, um Technologien zu entwickeln. Systematisches Experimentieren vor der Gebäudetechnik ist ein wesentlicher Bestandteil des Entwurfs. Die Funktionsweise eines natürlichen Phänomens lässt sich nur verstehen, wenn ein Experiment gute Ergebnisse liefert. Diese Lektion gibt den Schülern einen Vorgeschmack darauf, wie VR-Headset-Designer beim Design ihrer Technologie Entscheidungen getroffen haben. Virtual-Reality-Headsets projizieren zwei verschiedene Bilder, eines auf jedes Auge. Einige Technologien mischen den tatsächlichen Hintergrund mit einer 3D-Rendering-Technik analog zu 'Anaglyphen'. Die Schüler experimentieren mit Anaglyphenbrillen, um die Komplexität der Berechnungen beim Rendern eines 3D-Bildes im Headset zu verstehen.
  3. Überprüfen Sie den Konstruktionsprozess, die Konstruktionsherausforderung, die Kriterien, Einschränkungen und Materialien.
  4. Erklären Sie den Schülern, dass sie 4 Aktivitäten und dann eine Herausforderung absolvieren werden. (jeweils 1 Stunde empfohlen)
  5. Aktivität 1: Sehen Sie sich mit Ihren Schülern das IEEE-Karrierevideo an.
  6. Aktivität 2: Verteilen Sie 3D-Brillen und betrachten Sie die Website durch eine 3D-Brille
  7. Aktivität 3: Wählen Sie einige 3D-Beispielbilder aus, indem Sie online suchen. Achten Sie darauf, dass die von Ihnen ausgewählten Bilder zu Ihrem Klassenzimmer und Ihrer Schulkultur passen. Lassen Sie Ihre Schüler experimentieren und machen Sie sich Notizen:
    • Können Sie grün/rote Bilder mit einer Rot/Cyan-Brille sehen?
    • Welche Technologie scheint besser zu funktionieren?
    • Was passiert, wenn Sie die Brille verkehrt herum aufsetzen? Funktionieren sie noch?
    • Warum ist es grün/rot und rot/cyan? Spielt die Reihenfolge der Farbe eine Rolle?
  8. Aktivität 4: Teilen Sie Ihre Schüler in kleine Teams von 3 oder 4 Schülern pro Team auf und lassen Sie sie die Fragen auf Schülerarbeitsblatt 1 beantworten. Lassen Sie am Ende ausreichend Zeit für ein Mitglied jeder Gruppe, um einen „Aufhellungsvortrag“ von höchstens 3 Minuten zusammenzufassen ihre Erkenntnisse. Lassen Sie sich Zeit für eine zusammenfassende Analyse aller Präsentationen.
  9. Erklären Sie den Schülern, dass sie jetzt a . ausfüllen müssen Herausforderung Anaglyphentechniken zu erlernen. (1 Stunde empfohlen). Bekräftigen Sie, dass sie in der ersten Stunde ihre Erkundungen durchführten und in dieser Stunde formale Experimente durchführen.
  10. Teilen Sie Ihre Schüler in Teams auf (jeweils maximal vier Schüler). Stellen Sie sicher, dass Sie am Ende der Sitzung mindestens 10 Minuten Zeit haben, um die Ergebnisse zu besprechen.
  11. Verteilen Sie Arbeitsblatt 2 und die Materialien.
  12. Arbeitsblatt 2 fordert die Schüler auf, ein einfaches Bild zu zeichnen. Ein Beispiel für Rot und Grün finden Sie unten. Teilen Sie diese mit Ihren Schülern oder erstellen Sie Ihre eigenen Muster.
  13. Weisen Sie die Schüler an, die Mitte des Bildes zu messen und zu markieren. Besprechen Sie kurz, was das bedeutet.
  14. Sie können ihnen eine Definition geben oder sie einer zustimmen lassen. Normalerweise müssen Sie eine "Mitte" eines Bildes definieren. Sie können um das Bild einen „Begrenzungsrahmen“ erstellen, die Mittelpunkte der horizontalen und vertikalen Kanten festlegen und einen kleinen diskreten Punkt am Schnittpunkt der Linien platzieren, die von den jeweiligen vertikalen und horizontalen Kanten gezogen werden. (Mit anderen Worten, erstellen Sie ein Fenster mit vier Fenstern, markieren Sie jedoch nur die Mitte, nicht die sich schneidenden Linien.)
  15. Weisen Sie die Schüler an, die folgenden Schritte auszuführen (auf dem Schülerarbeitsblatt beschrieben):
    ● Legen Sie eine Transparentfolie über die Zeichnung und lassen Sie ein Mitglied des Teams die Zeichnung mit einem der Permanentmarker kopieren.
    ● Zeichnen Sie mit der Papierzeichnung und der gerade auf einer Folie erstellten Zeichnung zwei weitere Kopien in jeder der verbleibenden Farben. Wenn Sie fertig sind, sollten Sie ein schwarzes Bild auf weißem Papier haben und Bilder auf Transparentfolien duplizieren, jeweils eines in Rot, Grün und Cyan (oder Blau). Legen Sie die schwarze Zeichnung beiseite.
    ● Legen Sie das leere Blatt Papier auf den Schreibtisch oder Tisch. Legen Sie zwei der drei Transparenzbilder so darüber, dass sie sich genau überlappen. Betrachten Sie das Bild durch die 3D-Brille mit den gleichen Farben. Wenn Sie beispielsweise die grünen und roten Bilder gewählt haben, verwenden Sie die grün/rote Brille.
    ● Bewegen Sie die Bilder vorsichtig auseinander und achten Sie darauf, wann das 3D-Bild „knallt“. In welche Richtung muss man sie bewegen? Wenn die Bilder „knallen“, messen Sie den Abstand zwischen den Bildern.
    ● Wiederholen Sie die Schritte 3 und 4 für die anderen Kombinationen, damit Sie Daten zu 'grün/rot', 'rot/cyan' haben. Wenn Sie Zeit haben, versuchen Sie, Cyan mit Grün mit einer der beiden Brillen zu kombinieren und die Ergebnisse aufzuzeichnen. Die Teammitglieder sollten die Kombination angeben, die für sie am besten funktioniert hat. Beachten Sie, wie viele Personen den 3D-Effekt für jede Kombination sehen können. Beachten Sie die Entfernung, in der das Bild für jede Person aufgetaucht ist.
    ● Notieren Sie Ihre Ergebnisse auf der Tabelle, die Ihr Lehrer bereitstellt, damit die gesamte Klasse Schlussfolgerungen ziehen kann. Seien Sie bereit, Ihre Schlussfolgerungen in die endgültige Analyse einzubringen.
  16. Erstellen Sie während der Arbeit der Schüler ein Raster auf der Tafel (oder auf einem Flipchart), wobei die erste Spalte jedes Team identifiziert. Die Beschriftungen für die verbleibenden Spalten sollten wie folgt lauten:
    • bevorzugte Technologie
    • beste Distanz für Grün/Rot
    • beste Distanz für Rot/Cyan
    • bester Abstand für Cyan/Grün

    Erinnern Sie Ihre Schüler daran, ihre Daten einzugeben, bevor sie ihren Arbeitsplatz einräumen.

  17. Diskutieren Sie während der Zusammenfassung die Ergebnisse und diskutieren Sie auch den Unterschied zwischen den explorativen und experimentellen Aktivitäten. Bitten Sie Ihre Schüler, Schlussfolgerungen aus ihrer gemeinsamen Datensammlung zu ziehen. Fordern Sie sie heraus, wie die Branche basierend auf ihren Ergebnissen vorgehen könnte.
  18. Weitere Inhalte zum Thema finden Sie im Abschnitt „Tiefer graben“.

Zeitänderung

Der Unterricht kann für ältere Schüler in nur 1 Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Um den Schülern zu helfen, sich nicht gehetzt zu fühlen, und um den Erfolg der Schüler sicherzustellen (insbesondere für jüngere Schüler), teilen Sie die Lektion in zwei Abschnitte auf, damit die Schüler mehr Zeit für Brainstorming, Testideen und die Fertigstellung ihres Designs haben. Führen Sie die Tests und Nachbesprechungen in der nächsten Unterrichtsstunde durch.

Dig Deeper

Internetverbindungen

VR-Technologie

Spielen Sie mit Anaglyphenbrillen:

Videos zur Ansicht in 3D

Literatur-Empfehlungen

Aktivität schreiben

Schreiben Sie Ihre Erkenntnisse zur Anaglyphentechnologie auf. Diese Lektion konzentrierte sich auf Grün/Rot und Rot/Cyan. Was hat bei dir besser funktioniert und warum? Dies sind nicht die einzigen Alternativen für 3D-Brillen. Recherchieren Sie online, welche anderen Alternativen es gibt. Begründen Sie Ihre bevorzugte Technologie: Bietet sie eine bessere Erfahrung, ist sie billiger? Wie spielt die Film-/Online-Videoindustrie dabei mit?

Lehrplanausrichtung

Anpassung an Curriculum Frameworks

Hinweis: Alle Unterrichtspläne in dieser Reihe richten sich nach den K-12 Computer Science Standards der Computer Science Teachers Association, den Common Core State Standards für Mathematik in den USA und gegebenenfalls auch nach den Grundsätzen und Standards der National Council of Teachers of Mathematics für Mathematik Mathematik, die Standards der International Technology Education Association für technologische Kompetenz und die vom National Research Council erstellten US National Science Education Standards.

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 5-8 (Alter 10-14)

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

  • Verständnis für Wissenschaft und Technologie 

Wissenschaftliche Standards und Praktiken der nächsten Generation Klasse 6-8 (Alter 11-14)

Übung 2: Generieren und Verwenden von Modellen

  • Entwickeln und / oder verwenden Sie ein Modell, um Daten zu generieren, um Ideen zu Phänomenen in natürlichen oder entworfenen Systemen zu testen, einschließlich solcher, die Ein- und Ausgänge darstellen, und solcher in nicht beobachtbaren Maßstäben.

Übung 5: Verwenden von Mathematik und Computerdenken

  • Verwenden Sie mathematische, rechnergestützte und/oder algorithmische Darstellungen von Phänomenen oder Entwurfslösungen, um Ansprüche und/oder Erklärungen zu beschreiben und/oder zu unterstützen

Grundsätze und Standards für Schulmathematik (alle Altersgruppen)

Vertretungen

  • Verwenden Sie Darstellungen, um physikalische, soziale und mathematische Phänomene zu modellieren und zu interpretieren

Gemeinsame Kernpraktiken und Standards für die Schulmathematik

  • MATH.PRACTICE.MP4 Modell mit Mathematik.

Standards für technologische Kompetenz - alle Altersgruppen

         Die Natur der Technologie

  • Standard 2: Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für die Kernkonzepte der Technologie.

CSTA K-12 Informatikstandards Klasse 3-6 (Alter 11-14)

5.1 Stufe 1: Informatik und ich (L1)

Gemeinschaftliche, globale und ethische Auswirkungen (CI)

  1. Identifizieren Sie die Auswirkungen von Technologien (z. B. soziale Netzwerke, Cyber-Mobbing, mobile Computer und Kommunikation, Webtechnologien, Cybersicherheit und Virtualisierung) auf das persönliche Leben und die Gesellschaft.

CSTA K-12 Informatikstandards Klasse 6-9 (Alter 11-14)

  1. 2 Stufe 2: Informatik und Gemeinschaft (L2)
  • Zusammenarbeit (CL)
  1. Arbeiten Sie mit Kollegen, Experten und anderen zusammen, indem Sie kollaborative Methoden wie Paarprogrammierung anwenden, in Projektteams arbeiten und an aktiven Lernaktivitäten für Gruppen teilnehmen.

CSTA K-12 Informatikstandards Klasse 9-12 (Alter 14-18)

5.3.A   Informatik in der modernen Welt (MWJ)

  • Computergestütztes Denken (CT)
  1. Verwenden Sie Modellierung und Simulation, um natürliche Phänomene darzustellen und zu verstehen.

CSTA K-12 Informatikstandards Klasse 9-12 (Alter 14-18)

5.3.B Informatikkonzepte und -praktiken

  • Computergestütztes Denken (CT)

8. Verwenden Sie Modelle und Simulationen, um wissenschaftliche Hypothesen zu formulieren, zu verfeinern und zu testen.

Schülerarbeitsblatt

Schülerressourcen: Fassen Sie das Gelernte zusammen.

Ihr Lehrer hat Ihnen einige Videos und Websites zur Virtual-Reality-Technologie gezeigt. Erstellen Sie auf dieser Seite Ihre eigene Terminologieressource. Arbeiten Sie mit Ihren Teamkollegen zusammen, um die Antworten zu vereinbaren, oder verwenden Sie das Internet, um Informationen zu finden, an die Sie sich nicht erinnern.

  1. Erklären Sie kurz, was virtuelle Realität ist und wie sie funktioniert.

 

 

 

  1. Anaglyph Stereoskopische Brillen erzeugen die Illusion von '3D'. Warum funktioniert es – das heißt, wie täuscht es Ihre Augen?

 

 

 

  1. Die Technologie ist grün/rot, rot/cyan beschriftet. Die Reihenfolge zählt. Wieso den?

 

 

 

  1. Dies ist eine Versuchs-"Computer"-Lektion. Was hat das mit Computern zu tun?

 

 

Schülerarbeitsblatt 1:

Dieses Arbeitsblatt führt Sie durch die Erkundung von 3D VR und Anaglyph-Technologie. Ihr Lehrer hat Ihre Klasse in Teams organisiert. Führen Sie diese Übung als Team durch und bereiten Sie sich darauf vor, dass ein Mitglied Ihres Teams Ihre Ergebnisse präsentiert. Diese Aktivität ist eine informelle Erkundung.

  1. Füllen Sie als Gruppe die Ressourcenseite aus. Wenn Sie die Antwort auf etwas nicht wissen, fragen Sie Leute in einer anderen Gruppe. Wenn sich niemand in der Klasse daran erinnert, gehen Sie ins Internet und finden Sie die Antworten. Diese Technik zum Auffinden relevanter Ressourcen ist für die Datenverarbeitung von entscheidender Bedeutung. Wenn Technologien so neu und nicht oft gut dokumentiert sind, ist es entscheidend, Hintergrundforschung betreiben zu können.
  2. Ihre nächste Aufgabe besteht darin, einige informelle Erkundungen durchzuführen. Ihr Lehrer stellt Ihnen einige Bilder entweder auf einem Computerbildschirm oder auf Papier zur Verfügung. Einige sind als 'grün/rot' gedacht, andere als 'rot/cyan'. Beantworten Sie in Ihrer Gruppe die folgenden Fragen und stellen Sie dann Ihre eigenen zusätzlichen Fragen.
    1. Kann jeder in Ihrer Gruppe tatsächlich den 3D-Effekt erzielen? Wenn nicht warum?
    2. Können Sie grün/rote Bilder mit einer Rot/Cyan-Brille sehen?
    3. Welche Technologie scheint besser zu funktionieren? Wieso den? Sind Sie alle einverstanden?
    4. Was passiert, wenn Sie die Brille verkehrt herum aufsetzen? Funktionieren sie noch? Wenn nicht, warum nicht?
  3. In der nächsten Stunde werden Sie einige formale Tests mit 3D-Brillen durchführen. Zur Vorbereitung müssen Sie ein einfaches 3D-Bild erstellen. Entscheiden Sie in Ihrer Gruppe, welches Bild Sie für Ihr Experiment verwenden möchten. Sie müssen das Bild in drei Farben auf eine Transparenz zeichnen. Wenn Sie Zeit haben, können Sie mit den Zeichnungen beginnen oder einfach hier Ihr vorgeschlagenes Bild notieren. Oder skizzieren Sie das Bild auf der Rückseite des Papiers. Beachten Sie Folgendes: Halten Sie es einfach: Sie müssen das Bild viermal zeichnen. Überlegen Sie, welche Bilder den besten Effekt erzielen.

 

Schülerarbeitsblatt 2:

Dieses Arbeitsblatt führt Sie durch das Experimentieren mit 3D-Brillen. 

Materialien:

  • Zwei weiße Blätter.
  • Drei Transparentfolien.
  • Drei Permanentmarker, jeweils einer in Rot, Grün und Cyan.
  • Ein Lineal.
  • Ein Bleistift oder Kugelschreiber, um die Ergebnisse auf dieser Seite festzuhalten.
  • Ein nicht permanenter Marker in Schwarz zum Schreiben auf Papier, um das Originalbild zu erstellen.
  • 3D-Brille, mindestens je eine in Grün/Rot und Rot/Cyan.

Ziele:

  1. Um Daten darüber zu sammeln, welche Technologie bevorzugt wird, grün/rot oder rot/cyan.
  2. Um den optimalen Abstand für zwei Bilder zu bestimmen. (Ihre Klasse muss sich darauf einigen, was „Abstand zwischen zwei Bildern“ bedeutet.

Aufgabe:

  1. Lassen Sie ein Mitglied Ihres Teams ein sehr einfaches Bild auf ein Blatt Papier zeichnen. (Vielleicht haben Sie dies in der ersten Stunde vorbereitet.) Markieren Sie die Mitte des Bildes, wie von Ihrem Lehrer besprochen. Ihr Lehrer kann Ihnen Beispielbilder zur Verfügung stellen.
  2. Legen Sie ein Transparentblatt über die Zeichnung und lassen Sie ein Mitglied Ihres Teams die Zeichnung mit einem der Permanentmarker kopieren.
  3. Zeichnen Sie mit der Papierzeichnung und der gerade auf einer Transparenz erstellten Zeichnung zwei weitere Kopien in jeder der verbleibenden Farben. Wenn Sie fertig sind, sollten Sie ein schwarzes Bild auf weißem Papier haben und Bilder auf Transparentfolien duplizieren, jeweils eines in Rot, Grün und Cyan (oder Blau). Legen Sie die Zeichnung in Schwarz beiseite.
  4. Legen Sie das leere Blatt Papier auf den Schreibtisch oder Tisch. Legen Sie zwei der drei Transparenzbilder so darüber, dass sie sich genau überlappen. Betrachten Sie das Bild durch die 3D-Brille mit den gleichen Farben. Wenn Sie beispielsweise die grünen und roten Bilder gewählt haben, verwenden Sie die grün/rote Brille.
  5. Bewegen Sie die Bilder vorsichtig auseinander und achten Sie darauf, wann das 3D-Bild „knallt“. In welche Richtung muss man sie bewegen? Wenn die Bilder „knallen“, messen Sie den Abstand zwischen den Bildern.
  6. Wiederholen Sie die Schritte 4 und 5 für die anderen Kombinationen, damit Sie Daten zu 'grün/rot', 'rot/cyan' haben. Wenn Sie Zeit haben, versuchen Sie, Cyan mit Grün mit einer der beiden Brillen zu kombinieren und die Ergebnisse aufzuzeichnen. Die Teammitglieder sollten die Kombination angeben, die für sie am besten funktioniert hat. Beachten Sie, wie viele Personen den 3D-Effekt für jede Kombination sehen können. Beachten Sie die Entfernung, in der das Bild für jede Person aufgetaucht ist.

Notieren Sie Ihre Ergebnisse auf der Tabelle, die Ihr Lehrer bereitstellt, damit die gesamte Klasse Schlussfolgerungen ziehen kann. Seien Sie bereit, Ihre Schlussfolgerungen in die endgültige Analyse einzubringen.

Übersetzungen

Übersetzung des Unterrichtsplans

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