Virtuālā realitāte un anaglifa stereoskopiskā tehnoloģija

Materiālu veidošana (katrai komandai)

Nepieciešamie materiāli

• 3D brilles (1 komandai): gan zaļas/sarkanas, gan sarkanas/ciāna krāsas
• Lai pats izveidotu 3D brilles, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 caurspīdīgas loksnes
• 2 baltas papīra lapas
• Pastāvīgi marķieri sarkanā, zaļā un ciāna krāsā (vai zilā krāsā, ja ciāna krāsa nav pieejama).
• Nepastāvīgs melns marķieris
• Šķēres
• lineāls

Dizains izaicinājums

Jūs esat inženieru komanda, ņemot vērā uzdevumu pabeigt 4 aktivitātes un 1 izaicinājumu. Jūs uzzināsit par virtuālo realitāti, 3D attēliem un anaglifu tehnoloģijām. Jums būs diskusijas ar klasi par saviem atklājumiem.

Kritēriji

• Pabeigt 4 aktivitātes.
• Pabeigt 1 izaicinājumu.
• Veiciet klases diskusiju.

Ierobežojumi

• Izmantojiet tikai komplektācijā iekļautos materiālus.

1. Sniedziet virtuālās realitātes darblapu, kā arī dažas papīra lapas dizainu ieskicēšanai.
2. Izmantojiet saites sadaļā “Rakšana dziļāk”, lai izpētītu VR tehnoloģijas un anaglifu brilles. Kopīgojiet sekojošo: Datorzinātne ir zinātne, un tāpēc tā izmanto zinātniskos rezultātus, lai radītu tehnoloģijas. Sistemātiski eksperimenti pirms būvniecības tehnoloģijas ir būtiska dizaina sastāvdaļa. Izpratne par to, kā darbojas dabas parādība, rodas tikai tad, ja ar eksperimentu tiek sasniegti labi rezultāti. Šī nodarbība sniedz studentiem priekšstatu par to, kā VR austiņu dizaineri izdarīja izvēli, izstrādājot savu tehnoloģiju. Virtuālās realitātes austiņas projicē divus dažādus attēlus, pa vienam katrai acij. Dažas tehnoloģijas apvieno faktisko fonu ar 3D atveidošanas tehniku, kas ir analoga “anaglifiem”. Studenti eksperimentē ar anaglifu brillēm, lai sāktu saprast skaitļošanas sarežģītību, kas saistīta ar 3D attēla atveidošanu austiņās.
3. Pārskatiet projektēšanas procesu, projektēšanas izaicinājumu, kritērijus, ierobežojumus un materiālus.
4. Paskaidrojiet studentiem, ka viņi veiks 4 aktivitātes un pēc tam izaicinājumu. (Katram ieteicams 1 stunda)
5. 1. darbība: Noskatieties IEEE karjeras video kopā ar saviem studentiem.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Apspriediet šādus svarīgus videoklipa punktus.
     - Kas nepieciešams, lai izveidotu VR?
     - Kāda ir šī datorzinātne?
     - Kā zinātniskie rezultāti ietekmē dizainu?
     - No videoklipos redzamajām VR tehnoloģijām, kas bija visiespaidīgākās un kāpēc?
6. 2. darbība: Izplatiet 3D brilles un apskatiet vietni, izmantojot 3D brilles
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. 3. darbība: Izvēlieties dažus 3D parauga attēlus, meklējot tiešsaistē. Rūpējieties, lai izvēlētie attēli atbilstu jūsu klases un skolas kultūrai. Ļaujiet saviem skolēniem eksperimentēt un pierakstīt:
   • Vai jūs varat redzēt zaļus/sarkanus attēlus ar sarkanām/ciānbrillēm?
   • Kura tehnoloģija, šķiet, darbojas labāk?
   • Kas notiek, ja uzliekat brilles otrādi? Vai viņi joprojām strādā?
   • Kāpēc tas ir zaļš/sarkans un sarkans/ciāns? Vai krāsu secībai ir nozīme?
8. 4. darbība: Sadaliet savus studentus nelielās komandās pa 3 vai 4 skolēniem katrā komandā un lūdziet viņiem atbildēt uz 1. studenta darba lapas jautājumiem. Beigās atstājiet pietiekami daudz laika, lai viens katras grupas dalībnieks varētu sniegt ne mazāk kā 3 minūšu garu „apkopojošu sarunu” viņu atklājumus. Atstājiet laiku visu prezentāciju kopsavilkuma analīzei.
9. Paskaidrojiet studentiem, ka viņiem tagad ir jāaizpilda a izaicinājums apgūt anaglifu tehnikas. (Ieteicams 1 stunda). Pastipriniet, ka pirmās stundas laikā viņi pētīja, un šajā stundā viņi veic oficiālus eksperimentus.
10. Sadaliet savus studentus komandās (ne vairāk kā četri studenti katrā). Sesijas beigās noteikti atstājiet vismaz 10 minūtes, lai apspriestu rezultātus.
11. Izplatiet 2. darblapu un materiālus.
12. 2. darblapā skolēni tiek aicināti uzzīmēt vienkāršu attēlu. Zemāk ir sniegts sarkanās un zaļās krāsas paraugs. Kopīgojiet tos ar saviem studentiem vai izveidojiet savus paraugus.
13. Uzdodiet studentiem izmērīt un atzīmēt attēla centru. Īsi apspriediet, ko tas nozīmē.
14. Jūs varat dot viņiem definīciju vai likt viņiem piekrist kādai definīcijai. Parasti jums ir jānosaka attēla “centrs”. Jūs varat izveidot “ierobežojošu lodziņu” ap attēlu, atrast horizontālo un vertikālo malu viduspunktus un novietot nelielu diskrētu punktu līniju krustojumā, kas novilkta no attiecīgajām vertikālajām un horizontālajām malām. (Citiem vārdiem sakot, izveidojiet četru rūtju logu, bet atzīmējiet tikai centru, nevis krustojošās līnijas.)
15. Uzdodiet studentiem veikt šādas darbības (izklāstītas studentu darba lapā):
    ● Novietojiet caurspīdīgo lapu virs zīmējuma un, izmantojot vienu no pastāvīgajiem marķieriem, lūdziet komandas loceklim nokopēt zīmējumu.
    ● Izmantojot papīra zīmējumu un tikko izveidoto uz caurspīdīgā materiāla, uzzīmējiet vēl divus eksemplārus katrā atlikušajā krāsā. Kad esat pabeidzis, jums vajadzētu būt melnam attēlam uz balta papīra un dublētiem attēliem uz caurspīdīgajām plēvēm, pa vienam sarkanam, zaļam un ciānam (vai zilam). Nolieciet malā melno zīmējumu.
    ● Novietojiet tukšo papīra lapu uz galda vai galda. Novietojiet divus no trim caurspīdīgajiem attēliem tā, lai tie precīzi pārklājas. Paskatieties uz attēlu caur 3D brillēm ar vienādām krāsām. Piemēram, ja izvēlējāties zaļo un sarkano attēlu, izmantojiet zaļās/sarkanās brilles.
    ● Viegli pārvietojiet attēlus viens no otra, vērojot, kad 3D attēls “uznirs”. Kurā virzienā jums tie jāpārvieto? Kad attēli parādās, izmēriet attālumu starp attēliem.
    ● Atkārtojiet 3. un 4. darbību citām kombinācijām, lai jums būtu dati par “zaļu/sarkanu”, “sarkanu/ciānu”. Ja jums ir laiks, mēģiniet apvienot ciāna krāsu ar zaļu, izmantojot jebkuru brilles komplektu, un ierakstiet rezultātus. Komandas locekļiem jānorāda kombinācija, kas viņiem vislabāk darbojās. Ņemiet vērā, cik daudz cilvēku varēja redzēt 3D efektu katrai kombinācijai. Ievērojiet attālumu, kādā attēls parādījās katrai personai.
    ● Pierakstiet savus rezultātus uz skolotāja sniegtā galda, lai visa klase varētu izdarīt secinājumus. Esiet gatavs sniegt savus secinājumus galīgajai analīzei.
16. Kamēr studenti strādā, izveidojiet režģi uz tāfeles (vai flip chart), kur pirmajā slejā ir norādīta katra komanda. Atlikušo kolonnu etiķetēm jābūt šādām:
    • vēlamā tehnoloģija
    • labākais attālums zaļai/sarkanai krāsai
    • labākais attālums sarkanā/ciāna krāsā
    • labākais attālums ciānam/zaļam

    Atgādiniet saviem skolēniem, lai viņi ievadītu savus datus, pirms viņi iesaiņo savu darba vietu.

17. Apkopošanas laikā apspriediet rezultātus, kā arī apspriediet atšķirību starp izpētes un eksperimentālajām darbībām. Palūdziet saviem studentiem izdarīt secinājumus no viņu kopīgās datu vākšanas. Izaiciniet viņus par to, kā nozare varētu rīkoties, pamatojoties uz viņu rezultātiem.
18. Lai iegūtu vairāk satura par šo tēmu, skatiet sadaļu “Rakšana dziļāk”.

Nodarbību var veikt tikai 1 klases periodā vecākiem skolēniem. Tomēr, lai palīdzētu studentiem nejusties sasteigtiem un nodrošinātu studentu panākumus (īpaši jaunākiem skolēniem), sadaliet stundu divos periodos, dodot studentiem vairāk laika domāt par idejām, pārbaudīt idejas un pabeigt to noformējumu. Veiciet pārbaudi un pārskatu nākamajā klases periodā.

Interneta savienojumi

• Pasaules veidošana virtuālajā realitātē: karjeras izpēte inženierzinātnēs un tehnoloģijās. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

VR tehnoloģija

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

Spēlējiet ar anaglifu brillēm:

• Kā darbojas 3D brilles? - Instant Egghead #22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Vietne, ko skatīt, izmantojot 3D brilles: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Pagatavojiet brilles pats: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Video, ko skatīt 3D formātā

• 3D zaļa/sarkana: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D zaļa/sarkana: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D sarkans/ciāns: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D sarkans/ciāns: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Ieteicamais Reading

• Vienkāršs anaglifu pārskats - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Cilvēka acs - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Dziļuma uztvere - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Stereoskopija - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Uz galvas uzstādīti displeji- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Anaglyph 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Rakstīšanas aktivitāte

Uzrakstiet savus secinājumus par anaglifu tehnoloģiju. Šī nodarbība bija vērsta uz zaļo/sarkano un sarkano/ciāna krāsu. Kas jums izdevās labāk un kāpēc? Šīs nav vienīgās alternatīvas 3D brillēm. Izpētiet tiešsaistē, kādas ir citas alternatīvas. Izveidojiet futrāli savai vēlamajai tehnoloģijai: vai tā sniedz labāku pieredzi, vai tā ir lētāka? Kā tajā piedalās filmu/tiešsaistes video industrija?

Pielāgošana mācību programmas ietvariem

Piezīme. Visi šīs sērijas nodarbību plāni ir saskaņoti ar Datorzinātņu skolotāju asociācijas K-12 Datorzinātņu standartiem, ASV kopējiem valsts matemātikas pamatstandartiem un, ja piemērojami, arī Nacionālajai matemātikas skolotāju padomes principiem un standartiem skolai. Matemātika, Starptautiskās tehnoloģiju izglītības asociācijas tehnoloģiskās pratības standarti un ASV Nacionālie zinātnes izglītības standarti, kurus izstrādājusi Nacionālā pētniecības padome.

Nacionālie zinātnes izglītības standarti 5. – 8. Klase (vecumā no 10 līdz 14 gadiem)

E SATURA STANDARTS: Zinātne un tehnoloģija

Aktivitāšu rezultātā visiem studentiem vajadzētu attīstīties

• Izpratne par zinātni un tehnoloģiju 

Nākamās paaudzes zinātnes standarti un prakse, 6.-8. Klase (vecumā no 11 līdz 14 gadiem)

2. prakse: modeļu ģenerēšana un izmantošana

• Izstrādājiet un / vai izmantojiet modeli, lai ģenerētu datus, lai pārbaudītu idejas par parādībām dabiskās vai projektētās sistēmās, ieskaitot tās, kas atspoguļo ievadi un izvadi, un tām, kuras nav novērojamas.

5. prakse: matemātikas un skaitļošanas domāšanas izmantošana

• Izmantojiet parādību vai dizaina risinājumu matemātiskus, skaitļošanas un/vai algoritmiskus attēlojumus, lai aprakstītu un/vai atbalstītu apgalvojumus un/vai skaidrojumus

Skolas matemātikas principi un standarti (visās vecuma grupās)

Pārstāvības

• Izmantojiet attēlojumus, lai modelētu un interpretētu fiziskās, sociālās un matemātiskās parādības

Skolas matemātikas kopīgā pamatprakse un standarti

• MATH.PRACTICE.MP4 Modelis ar matemātiku.

Tehnoloģiskās pratības standarti - visos vecumos

         Tehnoloģijas daba

• 2. standarts: Studenti attīstīs izpratni par tehnoloģijas pamatjēdzieniem.

CSTA K-12 informātikas standartu 3.-6. Klase (11–14 gadu vecumā)

5.1. 1. līmenis: datorzinātne un es (L1)

Kopienas, globālā un ētiskā ietekme (KI)

2. Identificējiet tehnoloģiju (piemēram, sociālo tīklu, kiberhuligānisma, mobilās skaitļošanas un komunikāciju, tīmekļa tehnoloģiju, kiberdrošības un virtualizācijas) ietekmi uz personīgo dzīvi un sabiedrību.

CSTA K-12 informātikas standartu 6.-9. Klase (11–14 gadu vecumā)

5. 2 2. līmenis: Datorzinātne un kopiena (L2)

• Sadarbība (CL)

3. Sadarbojieties ar vienaudžiem, ekspertiem un citiem, izmantojot sadarbības prakses, piemēram, pāra programmēšanu, darbu projektu komandās un piedalīšanos aktīvās grupas grupās.

CSTA K-12 informātikas standartu 9.-12. Klase (14–18 gadu vecumā)

5.3. Līdz   Datorzinātne mūsdienu pasaulē (MWJ)

• Skaitļošanas domāšana (CT)

8. Izmantojiet modelēšanu un simulāciju, lai attēlotu un izprastu dabas parādības.

CSTA K-12 informātikas standartu 9.-12. Klase (14–18 gadu vecumā)

5.3.B Datorzinātnes jēdzieni un prakse

• Skaitļošanas domāšana (CT)

8. Izmantojiet modeļus un simulācijas, lai palīdzētu formulēt, pilnveidot un pārbaudīt zinātniskās hipotēzes.

Studentu resursi: Apkopojiet to, ko esat iemācījušies.

Skolotājs parādīja dažus videoklipus un vietnes par virtuālās realitātes tehnoloģiju. Šajā lapā izveidojiet savu terminoloģijas resursu. Sadarbojieties ar komandas biedriem, lai vienotos par atbildēm, vai izmantojiet internetu, lai atrastu informāciju, kuru neatceraties.

1. Īsi izskaidrojiet, kas ir virtuālā realitāte un kā tā darbojas.

2. Anaglyph Stereoskopiskās brilles rada “3D” ilūziju. Kāpēc tas darbojas - tas ir, kā tas maldina jūsu acis?

3. Tehnoloģija ir apzīmēta ar zaļu/sarkanu, sarkanu/ciānu. Kārtībai ir nozīme. Kāpēc?

4. Šī ir skaitļošanas nodarbība. Kāds tam sakars ar skaitļošanu?

Studentu darba lapa 1:

Šī darblapa palīdz jums izpētīt 3D VR un Anaglyph Technology. Skolotājs ir sakārtojis jūsu klasi komandās. Pabeidziet šo uzdevumu kā komanda un esiet gatavi, lai jūsu komandas loceklis iepazīstina ar jūsu atklājumiem. Šī darbība ir neformāla izpēte.

1. Kā grupa aizpildiet resursu lapu. Ja jūs nezināt atbildi uz kaut ko, jautājiet cilvēkiem citā grupā. Ja neviens no klases neatceras, dodieties internetā un atrodiet atbildes. Šī metode atbilstošu resursu atrašanai ir būtiska skaitļošanai. Ja tehnoloģijas ir tik jaunas un bieži vien nav labi dokumentētas, ir svarīgi veikt pamatpētījumus.
2. Jūsu nākamais uzdevums ir veikt neoficiālu izpēti. Skolotājs sniegs jums dažus attēlus vai nu uz datora ekrāna, vai uz papīra. Daži ir paredzēti kā “zaļi/sarkani”, daži - kā “sarkani/ciāna”. Savā grupā atbildiet uz šādiem jautājumiem un pēc tam uzdodiet savus papildu jautājumus.
   1. Vai visi jūsu grupas dalībnieki var iegūt 3D efektu? Ja nē, kāpēc?
   2. Vai jūs varat redzēt zaļus/sarkanus attēlus ar sarkanām/ciānbrillēm?
   3. Kura tehnoloģija, šķiet, darbojas labāk? Kāpēc? Vai jūs visi piekrītat?
   4. Kas notiek, ja uzliekat brilles otrādi? Vai viņi joprojām strādā? Ja nē, tad kāpēc ne?
3. Nākamās stundas laikā jūs veiksiet oficiālu pārbaudi ar 3D brillēm. Lai sagatavotos, jums būs jāizveido vienkāršs 3D attēls. Grupā pieņemiet lēmumu par to, kādu attēlu izmantot eksperimentam. Jums būs jāzīmē attēls trīs krāsās uz caurspīdīguma. Ja jums ir laiks, varat sākt zīmēt vai vienkārši atzīmēt šeit savu piedāvāto attēlu. Vai arī ieskicējiet attēlu papīra aizmugurē. Jāpatur prātā: Vienkārši: attēls būs jāzīmē četras reizes. Padomājiet par to, kādi attēli dos vislabāko efektu.

Studentu darba lapa 2:

Šī darblapa palīdz jums eksperimentēt ar 3D brillēm. 

Materiāli:

• Divi baltā papīra gabali.
• Trīs caurspīdīgas loksnes.
• Trīs pastāvīgi marķieri, katrs sarkans, zaļš un ciāns.
• Lineāls.
• Zīmulis vai pildspalva rezultātu ierakstīšanai šajā lapā.
• Nepārtraukts marķieris melnā krāsā rakstīšanai uz papīra, lai izveidotu sākotnējo attēlu.
• 3D brilles, vismaz viena zaļa/sarkana un sarkana/ciāna.

Mērķi:

1. Lai apkopotu datus par to, kura tehnoloģija ir vēlama, zaļa/sarkana vai sarkana/ciāna.
2. Lai noteiktu optimālo attālumu diviem attēliem. (Jūsu klasei būs jāvienojas par to, ko nozīmē “attālums starp diviem attēliem”.

Uzdevums:

1. Palūdziet komandas loceklim uz papīra uzzīmēt ļoti vienkāršu attēlu. (Varbūt jūs to sagatavojāt pirmajā stundā.) Atzīmējiet attēla centru tā, kā to apspriedis jūsu skolotājs. Jūsu skolotājs var sniegt attēlu paraugus.
   
2. Novietojiet pārredzamības lapu virs zīmējuma un, izmantojot vienu no pastāvīgajiem marķieriem, lūdziet komandas loceklim nokopēt zīmējumu.
3. Izmantojot papīra zīmējumu un tikko izveidoto caurspīdīgo zīmējumu, uzzīmējiet vēl divus eksemplārus katrā atlikušajā krāsā. Kad esat pabeidzis, jums jābūt melnam attēlam uz balta papīra un dublētiem attēliem uz caurspīdīgajām plēvēm, pa vienam sarkanam, zaļam un ciānam (vai zilam). Nolieciet malā melno zīmējumu.
4. Novietojiet tukšo papīra lapu uz galda vai galda. Novietojiet divus no trim caurspīdīgajiem attēliem tā, lai tie precīzi pārklājas. Paskatieties uz attēlu caur 3D brillēm ar vienādām krāsām. Piemēram, ja izvēlējāties zaļo un sarkano attēlu, izmantojiet zaļās/sarkanās brilles.
5. Viegli pārvietojiet attēlus viens no otra, vērojot, kad 3D attēls “parādīsies”. Kurā virzienā jums tie jāpārvieto? Kad attēli parādās, izmēriet attālumu starp attēliem.
   
6. Atkārtojiet 4. un 5. darbību citām kombinācijām, lai jums būtu dati par “zaļu/sarkanu”, “sarkanu/ciānu”. Ja jums ir laiks, mēģiniet apvienot ciāna krāsu ar zaļu, izmantojot jebkuru brilles komplektu, un ierakstiet rezultātus. Komandas locekļiem jānorāda kombinācija, kas viņiem vislabāk darbojās. Ņemiet vērā, cik daudz cilvēku varēja redzēt 3D efektu katrai kombinācijai. Ievērojiet attālumu, kādā attēls parādījās katrai personai.

Ierakstiet savus rezultātus uz skolotāja sniegtā galda, lai visa klase varētu izdarīt secinājumus. Esiet gatavs sniegt savus secinājumus galīgajai analīzei.