Virtuaalne reaalsus ja anaglüüfi stereoskoopiline tehnoloogia

Materjalide koostamine (iga meeskonna jaoks)

Nõutavad materjalid

• 3D -prillid (1 meeskonna kohta): nii roheline/punane kui ka punane/tsüaan
• 3D -prillide valmistamiseks http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 läbipaistvat lehte
• 2 lehte valget paberit
• Püsivad punase, rohelise ja tsüaansed markerid (või sinised, kui tsüaan pole saadaval).
• Mittepüsiv must marker
• Käärid
• Joonlaud

Design Challenge

Te olete inseneride meeskond, kelle ülesanne on täita 4 tegevust ja 1 väljakutse. Õpid tundma virtuaalreaalsust, 3D -pilte ja anaglüüftehnoloogiaid. Teil on klassiga arutelu oma tulemuste üle.

Kriteeriumid

• Tehke 4 tegevust.
• Täitke 1 väljakutse.
• Arutage klassis.

Piirangud

• Kasutage ainult kaasasolevaid materjale.

1. Jagage välja virtuaalse reaalsuse tööleht ja mõned paberilehed kujunduste visandamiseks.
2. Kasutage jaotises „Kaevamine sügavamal” olevaid linke, et uurida VR -tehnoloogiaid ja anaglüüfprille. Jagage järgmist: Arvutiteadus on teadus ja sellisena kasutab ta tehnoloogiate loomisel teaduslikke tulemusi. Süstemaatiline katsetamine enne ehitustehnoloogiat on disaini oluline osa. Loodusnähtuse toimimisest saab aru alles siis, kui katsega saavutatakse häid tulemusi. See õppetund annab õpilastele maitse, kuidas VR-peakomplektide disainerid tegid oma tehnoloogia kujundamisel valikuid. Virtuaalse reaalsusega peakomplektid projitseerivad kahte erinevat pilti, üks igale silmale. Mõned tehnoloogiad segavad tegelikku tausta 3D -renderdustehnikaga, mis on analoogne anaglüüfidega. Õpilased katsetavad anaglüüfprille, et mõista peakomplekti sees oleva 3D -kujutise esitamisega seotud arvutite keerukust.
3. Vaadake üle projekteerimise protsess, disaini väljakutse, kriteeriumid, piirangud ja materjalid.
4. Selgitage õpilastele, et nad täidavad 4 tegevust ja seejärel väljakutse. (Soovitatav 1 tund igaühe jaoks)
5. 1. tegevus: Vaadake oma õpilastega videot IEEE Career.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Arutage videos järgmisi olulisi punkte.
     - Mida on vaja VR -i loomiseks?
     - Kuidas see arvutiteadus läheb?
     - Kuidas mõjutavad teaduslikud tulemused disaini?
     - videotes näidatud VR -tehnoloogiatest, mis olid kõige muljetavaldavamad ja miks?
6. 2. tegevus: Jagage 3D -prille ja vaadake veebisaiti 3D -prillide kaudu
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. 3. tegevus: Valige veebist otsides 3D -näidispilte. Hoolitsege selle eest, et valitud pildid sobiksid teie klassiruumi ja koolikultuuriga. Laske oma õpilastel katsetada ja märkmeid teha:
   • Kas näete rohelisi/punaseid pilte punaste/tsüaanprillidega?
   • Milline tehnoloogia töötab paremini?
   • Mis juhtub, kui panete prillid tagurpidi? Kas nad ikka töötavad?
   • Miks on see roheline/punane ja punane/tsüaan? Kas värvi järjekord on oluline?
8. 4. tegevus: Jagage oma õpilased väikesteks meeskondadeks, kus on 3 või 4 õpilast meeskonna kohta, ja laske neil vastata õpilaste 1. töölehe küsimustele. Jätke iga rühma ühe liikme lõpus piisavalt aega, et teha vähemalt 3 -minutiline "kergendav vestlus" nende leiud. Jätke aega kõigi esitluste kokkuvõtlikuks analüüsiks.
9. Selgitage õpilastele, et nad peavad nüüd täitma a väljakutse õppida anaglüüfiatehnikat. (Soovitatav 1 tund). Kinnitage, et esimese tunni jooksul nad uurisid ja sel tunnil teevad nad ametlikke katseid.
10. Jagage oma õpilased meeskondadesse (maksimaalselt neli õpilast). Jätke seansi lõppedes tulemuste arutamiseks vähemalt 10 minutit.
11. Jagage töölehte 2 ja materjale.
12. Töölehel 2 palutakse õpilastel joonistada lihtne pilt. Allpool on toodud punase ja rohelise näidis. Jagage neid oma õpilastega või looge oma proovid.
13. Õpetage õpilasi mõõtma ja tähistama pildi keskpunkti. Arutage lühidalt, mida see tähendab.
14. Võite anda neile määratluse või lasta neil sellega nõustuda. Tavaliselt peate määratlema pildi keskpunkti. Saate luua pildi ümber „piirava kasti”, leida horisontaalsete ja vertikaalsete servade keskpunktid ning asetada väikese diskreetse punkti vastavate vertikaalsete ja horisontaalsete servade joonte ristumiskohta. (Teisisõnu looge nelja paaniga aken, kuid märkige ainult keskpunkt, mitte ristuvad jooned.)
15. Õpetage õpilasi täitma järgmised sammud (kirjeldatud õpilase töölehel):
    ● Asetage läbipaistvusleht joonise kohale ja kasutage üht püsimarkerit, laske meeskonnaliikmel joonis kopeerida.
    ● Kasutades paberjoonist ja äsja läbipaistvusele loodud joonistust, joonistage veel kaks koopiat kõigis ülejäänud värvides. Kui olete lõpetanud, peaksite valgel paberil olema must pilt ja lüümikutel korduvad pildid, üks punane, roheline ja tsüaan (või sinine). Pange must joonis kõrvale.
    ● Asetage tühi paberitükk lauale või lauale. Asetage kaks kolmest läbipaistvuspildist üles nii, et need kattuksid täpselt. Vaadake pilti läbi samade värvidega 3D -prillide. Näiteks kui valisite rohelise ja punase pildi, kasutage rohelisi/punaseid prille.
    ● Liigutage pilte õrnalt üksteisest eemale, jälgides, millal 3D -pilt „hüppab”. Millises suunas peate neid liigutama? Kui pildid hüppavad, mõõtke piltide vahelist kaugust.
    ● Korrake samme 3 ja 4 teiste kombinatsioonide puhul, nii et teil oleks andmeid rohelise/punase, punase/tsüaani kohta. Kui teil on aega, proovige kombineerida tsüaani rohelisega, kasutades kumbagi prillikomplekti, ja salvestage tulemused. Meeskonnaliikmed peaksid märkima kombinatsiooni, mis neile kõige paremini sobis. Pange tähele, kui palju inimesi nägi iga kombinatsiooni puhul 3D -efekti. Pange tähele, kui kaugele pilt iga inimese jaoks hüppas.
    ● Salvestage oma tulemused õpetaja esitatud tabelisse, et kogu klass saaks järeldusi teha. Ole valmis panustama oma järeldustega lõppanalüüsi.
16. Kui õpilased töötavad, looge tahvlile (või pabertahvlile) ruudustik, kus esimene veerg identifitseerib iga meeskonna. Ülejäänud veergude sildid peaksid olema järgmised:
    • eelistatud tehnoloogia
    • parim vahemaa rohelise/punase jaoks
    • parim kaugus punase/tsüaani jaoks
    • parim vahemaa tsüaani/rohelise jaoks

    Tuletage õpilastele meelde, et nad sisestaksid oma andmed enne, kui nad oma tööruumi kokku panevad.

17. Kokkuvõtte ajal arutage tulemusi ja arutage ka uurimusliku ja eksperimentaalse tegevuse erinevust. Paluge oma õpilastel teha järeldusi oma ühisest andmete kogumisest. Esitage neile väljakutse, kuidas tööstus nende tulemuste põhjal edasi minna.
18. Lisateavet selle teema kohta leiate jaotisest „Kaevamine sügavamale“.

Tundi saab teha vanemate õpilaste jaoks juba 1 tunni jooksul. Kuid selleks, et aidata õpilastel kiirustada ja tagada õpilaste edu (eriti nooremate õpilaste jaoks), jagage tund kaheks perioodiks, andes õpilastele rohkem aega ajurünnakuteks, ideede testimiseks ja nende kujunduse viimistlemiseks. Tehke testimine ja ülevaade järgmisel klassiperioodil.

Interneti-ühendused

• Maailmade loomine virtuaalreaalsuses: karjääri uurimine inseneriteaduses ja tehnoloogias. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

VR tehnoloogia

• Oculus: https://www.youtube.com/user/oculusvr ja https://www.oculus.com
• HTC Vive: https://www.youtube.com/watch?v=qYfNzhLXYGc ja https://www.vive.com
• Hololenid: https://www.microsoft.com/microsoft-hololens
• VR käik: https://www.youtube.com/watch?v=o1MK-zkM3qk ja http://www.samsung.com/us/mobile/virtual-reality/
• PlayStation VR: https://www.youtube.com/watch?v=cw6x80Qdzak ja https://www.playstation.com/en-us/explore/playstation-vr/

Mängi anaglüüfprillidega:

• Kuidas 3D -prillid töötavad? - Instant munapea #22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Veebisait 3D -prillide kaudu vaatamiseks: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Tehke prillid ise: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Videod 3D -vormingus vaatamiseks

• 3D roheline/punane: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D roheline/punane: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D punane/tsüaan: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D punane/tsüaan: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Soovituslik kirjandus

• Anaglüfide lihtne ülevaade - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Inimese silm - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Sügavuse tajumine - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Stereoskoopia - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Pea külge kinnitatavad kuvarid- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Anaglyph 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Kirjutustegevus

Kirjutage oma järeldused anaglüüftehnoloogia kohta. See tund keskendus rohelisele/punasele ja punasele/tsüaanile. Milline töötas teie jaoks paremini ja miks? Need pole ainsad 3D -prillide alternatiivid. Uurige Internetist, milliseid muid alternatiive on olemas. Tehke oma eelistatud tehnoloogia jaoks ümbris: kas see annab parema kogemuse, kas see on odavam? Kuidas filmi-/veebivideotööstus sellesse mängib?

Vastavusse viimine õppekava raamistikuga

Märkus: kõik selle seeria tunniplaanid on kooskõlas arvutiteaduse õpetajate assotsiatsiooni K-12 arvutiteaduse standarditega, USA matemaatika üldiste põhiõigusstandarditega ning vajaduse korral ka riikliku matemaatikaõpetajate nõukogu põhimõtete ja koolistandarditega. Matemaatika, Rahvusvahelise Tehnoloogiahariduse Assotsiatsiooni tehnilise kirjaoskuse standardid ja USA riiklikud teadushariduse standardid, mille koostas Riiklik Teadusnõukogu.

Riiklikud teadushariduse standardid 5. – 8. Klass (vanuses 10–14)

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Arusaam teadusest ja tehnoloogiast 

Järgmise põlvkonna teaduse standardid ja tavad 6. – 8. Klass (vanuses 11–14)

Harjutus 2: mudelite genereerimine ja kasutamine

• Arendage ja / või kasutage andmete genereerimiseks mudelit, et katsetada ideid looduslike või kavandatud süsteemide nähtuste kohta, sealhulgas sisendite ja väljundite ning jälgimatu ulatusega nähtuste kohta.

5. praktika: matemaatika ja arvutusliku mõtlemise kasutamine

• Kasutage väidete ja/või selgituste kirjeldamiseks ja/või toetamiseks nähtuste või disainilahenduste matemaatilisi, arvutuslikke ja/või algoritmilisi esitusviise

Koolimatemaatika põhimõtted ja standardid (igas vanuses)

Esindused

• Kasutage kujutisi füüsiliste, sotsiaalsete ja matemaatiliste nähtuste modelleerimiseks ja tõlgendamiseks

Koolimatemaatika ühised põhipraktikad ja -standardid

• MATH.PRACTICE.MP4 Mudel matemaatikaga.

Tehnoloogilise kirjaoskuse standardid - igas vanuses

         Tehnoloogia olemus

• Standard 2: Õpilased arendavad arusaama tehnoloogia põhimõistetest.

CSTA K-12 arvutiteaduse klassid 3–6 (vanuses 11–14)

5.1 1. tase: arvutiteadus ja mina (L1)

Ühenduse, ülemaailmne ja eetiline mõju (CI)

2. Tehke kindlaks tehnoloogia (nt suhtlusvõrgustikud, küberkiusamine, mobiilne andmetöötlus ja kommunikatsioon, veebitehnoloogiad, küberturvalisus ja virtualiseerimine) mõju isiklikule elule ja ühiskonnale.

CSTA K-12 arvutiteaduse klassid 6–9 (vanuses 11–14)

5. 2 2. tase: arvutiteadus ja kogukond (L2)

• Koostöö (CL)

3. Tehke koostööd eakaaslaste, ekspertide ja teistega, kasutades selliseid koostööpraktikaid nagu paaride programmeerimine, projektimeeskondades töötamine ja grupi aktiivses õppetegevuses osalemine.

CSTA K-12 arvutiteaduse klassid 9–12 (vanuses 14–18)

5.3.A   Arvutiteadus kaasaegses maailmas (MWJ)

• Arvutuslik mõtlemine (CT)

8. Loodusnähtuste kujutamiseks ja mõistmiseks kasutage modelleerimist ja simulatsiooni.

CSTA K-12 arvutiteaduse klassid 9–12 (vanuses 14–18)

5.3.B Arvutiteaduse kontseptsioonid ja tavad

• Arvutuslik mõtlemine (CT)

8. Kasutage mudeleid ja simulatsioone teaduslike hüpoteeside sõnastamiseks, täpsustamiseks ja testimiseks.

Õpilase ressurss: tehke kokkuvõte sellest, mida olete õppinud.

Teie õpetaja näitas teile mõnda videot ja veebisaiti virtuaalreaalsuse tehnoloogia kohta. Sellel lehel looge oma terminoloogiaressurss. Tehke koos meeskonnakaaslastega vastused kokku leppimiseks või kasutage Internetti teabe leidmiseks, mida te ei mäleta.

1. Selgitage lühidalt, mis on virtuaalne reaalsus ja kuidas see toimib.

2. Anaglyph Stereoskoopilised prillid loovad illusiooni 3D -st. Miks see töötab - see tähendab, kuidas see teie silmi petab?

3. Tehnoloogia on märgistatud roheliseks/punaseks, punaseks/tsüaaniks. Järjekord on oluline. Miks?

4. See on arvutiõpetuse õppetund. Mis pistmist sellel on arvutamisega?

Õpilase tööleht 1:

See tööleht juhendab teid 3D VR -i ja Anaglyph -tehnoloogia uurimisel. Teie õpetaja on korraldanud teie klassi meeskondadeks. Täitke see harjutus meeskonnana ja olge valmis laskma oma meeskonna liikmel oma leiud tutvustada. See tegevus on mitteametlik uurimine.

1. Täitke rühmana ressursside leht. Kui te ei tea millelegi vastust, küsige mõne teise grupi inimestelt. Kui keegi klassist ei mäleta, minge Internetti ja leidke vastused. See asjakohaste ressursside leidmise tehnika on andmetöötluse jaoks ülioluline. Kui tehnoloogiad on nii uued ja sageli mitte hästi dokumenteeritud, on taustauuringute tegemine ülioluline.
2. Teie järgmine ülesanne on teha mitteametlik uurimine. Õpetaja annab teile mõned pildid kas arvutiekraanil või paberil. Mõned on mõeldud roheliseks/punaseks, mõned punaseks/tsüaaniks. Vastake oma rühmas järgmistele küsimustele ja seejärel esitage oma lisaküsimused.
   1. Kas kõik teie rühmas saavad tegelikult 3D -efekti? Kui ei, siis miks?
   2. Kas näete rohelisi/punaseid pilte punaste/tsüaanprillidega?
   3. Milline tehnoloogia töötab paremini? Miks? Kas olete kõik nõus?
   4. Mis juhtub, kui panete prillid tagurpidi? Kas nad ikka töötavad? Kui ei, siis miks mitte?
3. Järgmise tunni jooksul teete mõned formaalsed testid 3D -prillidega. Ettevalmistamiseks peate looma lihtsa 3D -pildi. Tehke oma grupis otsus, millist pilti oma katse jaoks kasutada. Läbipaistvuse jaoks peate joonistama pildi kolmes värvitoonis. Kui teil on aega, võite hakata joonistama või lihtsalt märkida siia oma kavandatud pilt. Või visandage pilt paberi tagaküljele. Asjad, mida meeles pidada: olge lihtne: peate pildi joonistama neli korda. Mõelge, millised pildid annavad parima efekti.

Õpilase tööleht 2:

See tööleht juhendab teid 3D -prillidega katsetamisel. 

Materjalid:

• Kaks tükki valget paberit.
• Kolm läbipaistvat lehte.
• Kolm püsivat markerit, üks punane, roheline ja tsüaan.
• Joonlaud.
• Pliiats või pliiats tulemuste salvestamiseks sellel lehel.
• Musta värvi mittepüsiv marker paberile kirjutamiseks, algse pildi loomiseks.
• 3D -prillid, vähemalt üks roheline/punane ja punane/tsüaan.

Eesmärgid:

1. Andmete kogumiseks selle kohta, milline tehnoloogia on eelistatud, roheline/punane või punane/tsüaan.
2. Kahe pildi jaoks optimaalse kauguse määramine. (Teie klass peab kokku leppima, mida tähendab kahe pildi vaheline kaugus.

Ülesanne:

1. Laske oma meeskonnaliikmel joonistada paberile väga lihtne pilt. (Võib -olla valmistasite selle ette esimesel tunnil.) Märkige pildi keskosa nii, nagu õpetaja seda arutas. Teie õpetaja võib pakkuda näidispilte.
   
2. Asetage läbipaistvusleht joonise kohale ja kasutage üht püsimarkerit, laske oma meeskonnaliikmel joonistus kopeerida.
3. Kasutades paberjoonist ja äsja läbipaistvusele loodud joonistust, joonistage veel kaks koopiat kõigis ülejäänud värvides. Kui olete lõpetanud, peaksite valgel paberil olema must pilt ja lüümikutel korduvad pildid, üks punane, roheline ja tsüaan (või sinine). Pange must joonistus kõrvale.
4. Asetage tühi paberitükk lauale või lauale. Asetage kaks kolmest läbipaistvuspildist üles nii, et need kattuksid täpselt. Vaadake pilti samade värvidega 3D -prillide kaudu. Näiteks kui valisite rohelise ja punase pildi, kasutage rohelisi/punaseid prille.
5. Liigutage pilte õrnalt teineteisest eemale, jälgides, millal 3D -pilt „hüppab”. Millises suunas peate neid liigutama? Kui pildid hüppavad, mõõtke piltide vahelist kaugust.
   
6. Korrake samme 4 ja 5 teiste kombinatsioonide puhul, nii et teil oleks andmeid rohelise/punase, punase/tsüaani kohta. Kui teil on aega, proovige kombineerida tsüaani rohelisega, kasutades kummagi prillikomplekti, ja salvestage tulemused. Meeskonnaliikmed peaksid märkima kombinatsiooni, mis neile kõige paremini sobis. Pange tähele, kui palju inimesi nägi iga kombinatsiooni puhul 3D -efekti. Pange tähele, kui kaugele pilt iga inimese jaoks hüppas.

Salvestage oma tulemused õpetaja esitatud tabelisse, et kogu klass saaks järeldusi teha. Ole valmis panustama oma järeldustega lõppanalüüsi.