Tecnologia estereoscópica de realidade virtual e anaglyph

Materiais de construção (para cada equipe)

Materiais requeridos

• Óculos 3D (1 por equipe): verde / vermelho e vermelho / ciano
• Para fazer seus próprios óculos 3D, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 folhas de transparência
• 2 folhas de papel branco
• Marcadores permanentes em vermelho, verde e ciano (ou azul se o ciano não estiver disponível).
• Marcador preto não permanente
• Tesoura
• governante

Desafio de Design

Você é uma equipe de engenheiros que tem o desafio de completar 4 atividades e 1 desafio. Você aprenderá sobre realidade virtual, imagens 3D e tecnologias de anáglifos. Você terá discussões com a classe sobre suas descobertas.

Critérios

• Complete 4 atividades.
• Complete 1 desafio.
• Faça uma discussão em classe.

restrições

• Use apenas os materiais fornecidos.

1. Distribua a planilha de realidade virtual, bem como algumas folhas de papel para esboços de projetos.
2. Use os links na seção “Indo mais fundo” para explorar tecnologias de RV e óculos anáglifos. Compartilhe o seguinte: A ciência da computação é uma ciência e, como tal, usa resultados científicos para criar tecnologias. A experimentação sistemática antes de construir a tecnologia é uma parte essencial do design. Compreender como um fenômeno natural funciona só ocorre quando bons resultados são obtidos a partir de um experimento. Esta lição fornece aos alunos uma amostra de como os designers de fones de ouvido de RV fizeram escolhas ao projetar sua tecnologia. Os conjuntos de fones de ouvido de realidade virtual projetam duas imagens diferentes, uma para cada olho. Algumas tecnologias misturam o fundo real com uma técnica de renderização 3D análoga aos 'anáglifos'. Os alunos experimentam óculos anáglifos para começar a entender a complexidade da computação envolvida na renderização de uma imagem 3D dentro do fone de ouvido.
3. Revise o Processo de Projeto de Engenharia, Desafio de Projeto, Critérios, Restrições e Materiais.
4. Explique aos alunos que eles concluirão 4 atividades e, em seguida, um desafio. (1 hora recomendada para cada)
5. Atividade 1: Assista ao vídeo IEEE Career com seus alunos.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Discuta os seguintes pontos importantes do vídeo.
     - O que é preciso para criar a RV?
     - Como isso é ciência da computação?
     - Como os resultados científicos impactam o design?
     - Das tecnologias VR mostradas nos vídeos quais foram as mais impressionantes e por quê?
6. Atividade 2: Distribuir óculos 3D e visualizar o site com óculos 3D
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. Atividade 3: Selecione algumas imagens de amostra 3D pesquisando online. Certifique-se de que as imagens selecionadas são adequadas à sua sala de aula e à cultura escolar. Faça com que seus alunos experimentem e façam anotações:
   • Você consegue ver imagens verdes / vermelhas com óculos vermelhos / ciano?
   • Qual tecnologia parece funcionar melhor?
   • O que acontece se você colocar os óculos de cabeça para baixo? Eles ainda funcionam?
   • Por que é verde / vermelho e vermelho / ciano? A ordem da cor importa?
8. Atividade 4: Divida seus alunos em pequenas equipes de 3 ou 4 alunos por equipe e peça-lhes que respondam às perguntas da Folha de Trabalho do Aluno 1. Deixe tempo suficiente no final para que um membro de cada grupo faça uma 'palestra relâmpago' de no máximo 3 minutos, resumindo suas descobertas. Reserve um tempo para uma análise resumida de todas as apresentações.
9. Explique aos alunos que agora eles devem preencher um Desafio para aprender técnicas de anáglifos. (1 hora recomendada). Reforce que durante a primeira hora eles estiveram explorando, e nesta hora estão fazendo experimentos formais.
10. Divida seus alunos em equipes (máximo de quatro alunos cada). Certifique-se de deixar pelo menos 10 minutos no final da sessão para discutir os resultados.
11. Distribua a planilha 2 e os materiais.
12. A planilha 2 pede aos alunos que desenhem uma imagem simples. Uma amostra de vermelho e verde é fornecida abaixo. Compartilhe-os com seus alunos ou crie seus próprios exemplos.
13. Instrua os alunos a medir e marcar o centro da imagem. Faça uma breve discussão sobre o que isso significa.
14. Você pode dar-lhes uma definição ou fazer com que concordem com uma. Normalmente, você precisará definir um 'centro' de uma imagem. Você pode criar uma 'caixa delimitadora' ao redor da imagem, localizar os pontos médios das bordas horizontais e verticais e colocar um pequeno ponto discreto na interseção das linhas desenhadas nas respectivas bordas verticais e horizontais. (Em outras palavras, crie uma janela de quatro painéis, mas marque apenas o centro, não as linhas que se cruzam.)
15. Instrua os alunos a concluir as seguintes etapas (descritas na planilha do aluno):
    ● Coloque uma folha de transparência sobre o desenho e, usando um dos marcadores permanentes, peça a um membro da equipe que copie o desenho.
    ● Usando o desenho em papel e o recém-criado em uma transparência, desenhe mais duas cópias em cada uma das cores restantes. Quando terminar, você deverá ter uma imagem em preto em papel branco e imagens duplicadas em transparências, uma em vermelho, verde e ciano (ou azul). Coloque o desenho preto de lado.
    ● Coloque o pedaço de papel em branco sobre a escrivaninha ou mesa. Coloque duas das três imagens de transparência na parte superior de modo que elas se sobreponham exatamente. Observe a imagem através dos óculos 3D com as mesmas cores. Por exemplo, se você escolheu as imagens verdes e vermelhas, use os óculos verdes / vermelhos.
    ● Afaste suavemente as imagens, observando quando a imagem 3D 'aparece'. Em que direção você deve movê-los? Quando as imagens 'estouram', meça a distância entre as imagens.
    ● Repita as etapas 3 e 4 para as outras combinações, de modo que você tenha dados em 'verde / vermelho', 'vermelho / ciano'. Se tiver tempo, tente combinar ciano com verde usando qualquer um dos óculos e registre os resultados. Os membros da equipe devem indicar a combinação que funcionou melhor para eles. Observe quantas pessoas podem ver o efeito 3D para cada combinação. Observe a distância em que a imagem apareceu para cada pessoa.
    ● Registre seus resultados na tabela que seu professor fornece para que toda a classe possa tirar conclusões. Esteja preparado para contribuir com suas conclusões para a análise final.
16. Enquanto os alunos estão trabalhando, crie uma grade no quadro (ou em um flip chart), onde a primeira coluna identifica cada equipe. Os rótulos das colunas restantes devem ser:
    • tecnologia preferida
    • melhor distância para verde / vermelho
    • melhor distância para vermelho / ciano
    • melhor distância para ciano / verde

    Lembre seus alunos de inserir seus dados antes de encerrar seu espaço de trabalho.

17. Durante o encerramento, discuta os resultados e também discuta a diferença entre as atividades exploratórias e experimentais. Peça a seus alunos para tirar conclusões de sua coleta de dados colaborativa. Desafie-os sobre como a indústria pode proceder com base em seus resultados.
18. Para obter mais conteúdo sobre o assunto, consulte a seção “Indo mais fundo”.

A aula pode ser ministrada em apenas 1 período de aula para alunos mais velhos. No entanto, para ajudar os alunos a não se sentirem apressados ​​e para garantir o sucesso dos alunos (especialmente para alunos mais jovens), divida a aula em dois períodos, dando aos alunos mais tempo para debater, testar ideias e finalizar seu projeto. Conduza o teste e o interrogatório no próximo período de aula.

Conexões na Internet

• Construindo mundos em realidade virtual: explorando carreiras em engenharia e tecnologia. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

Tecnologia VR

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

Brinque com óculos anáglifos:

• Como funcionam os óculos 3D? - Instant Egghead # 22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Site para visualização com óculos 3D: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Faça seus próprios óculos: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Vídeos para ver em 3D

• 3D Verde / Vermelho: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D Verde / Vermelho: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D vermelho / ciano: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D vermelho / ciano: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Leitura recomendada

• Uma visão geral simples dos anáglifos - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• O Olho Humano - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Percepção de profundidade - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Estereoscopia - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Monitores tipo head-mounted - https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Anaglyph 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Atividade de escrita

Escreva suas descobertas sobre a tecnologia anáglifo. Esta lição enfocou verde / vermelho e vermelho / ciano. Qual funcionou melhor para você e por quê? Essas não são as únicas alternativas para óculos 3D. Pesquise online que outras alternativas existem. Defenda sua tecnologia preferida: ela oferece uma experiência melhor, é mais barata? Como a indústria de filmes / vídeos online se relaciona com isso?

Alinhamento a Estruturas Curriculares

Observação: todos os planos de aula desta série estão alinhados aos Padrões de Ciência da Computação da Associação de Professores de Ciência da Computação do ensino fundamental e médio, aos Padrões Estaduais de Núcleo Comum dos EUA para Matemática e, se aplicável, também aos Princípios e Padrões Escolares do Conselho Nacional de Professores de Matemática Matemática, os Padrões para Alfabetização Tecnológica da Associação Internacional de Educação em Tecnologia e os Padrões de Educação Científica Nacional dos EUA, produzidos pelo Conselho Nacional de Pesquisa.

Padrões Nacionais de Educação Científica Do 5º ao 8º anos (idades de 10 a 14)

CONTEÚDO PADRÃO E: Ciência e Tecnologia

Como resultado das atividades, todos os alunos devem desenvolver

• Noções sobre ciência e tecnologia 

Práticas e padrões científicos de última geração, do 6º ao 8º anos (11 a 14 anos)

Prática 2: Gerando e Usando Modelos

• Desenvolva e / ou use um modelo para gerar dados para testar ideias sobre fenômenos em sistemas naturais ou projetados, incluindo aqueles que representam entradas e saídas e aqueles em escalas não observáveis.

Prática 5: Usando Matemática e Pensamento Computacional

• Use representações matemáticas, computacionais e / ou algorítmicas de fenômenos ou soluções de design para descrever e / ou apoiar reivindicações e / ou explicações

Princípios e padrões para matemática escolar (todas as idades)

Representações

• Use representações para modelar e interpretar fenômenos físicos, sociais e matemáticos

Práticas e Padrões Estaduais Comuns para Matemática Escolar

• MATH.PRACTICE.MP4 Modelo com matemática.

Padrões para alfabetização tecnológica - todas as idades

         A Natureza da Tecnologia

• Padrão 2: Os alunos desenvolverão uma compreensão dos principais conceitos de tecnologia.

CSTA K-12 Computer Science Standards Grades 3-6 (idades 11-14)

5.1 Nível 1: Ciência da Computação e eu (L1)

Impactos comunitários, globais e éticos (CI)

2. Identifique o impacto da tecnologia (por exemplo, redes sociais, cyber bullying, computação e comunicação móvel, tecnologias da web, segurança cibernética e virtualização) na vida pessoal e na sociedade.

CSTA K-12 Computer Science Standards Grades 6-9 (idades 11-14)

5. 2 Nível 2: Ciência da Computação e Comunidade (L2)

• Colaboração (CL)

3. Colabore com colegas, especialistas e outros usando práticas colaborativas, como programação em pares, trabalho em equipes de projeto e participação em atividades de aprendizagem ativa em grupo.

CSTA K-12 Computer Science Standards Grades 9-12 (idades 14-18)

5.3.A   Ciência da Computação no Mundo Moderno (MWJ)

• Pensamento Computacional (TC)

8. Use modelagem e simulação para representar e compreender fenômenos naturais.

CSTA K-12 Computer Science Standards Grades 9-12 (idades 14-18)

5.3.B Conceitos e práticas de ciência da computação

• Pensamento Computacional (TC)

8. Use modelos e simulações para ajudar a formular, refinar e testar hipóteses científicas.

Recurso do aluno: Resumindo o que você aprendeu.

Seu professor mostrou a você alguns vídeos e sites sobre tecnologia de realidade virtual. Nesta página, crie seu próprio recurso de terminologia. Trabalhe com seus colegas de equipe para chegar a um acordo sobre as respostas ou use a Internet para localizar informações das quais você não se lembra.

1. Explique resumidamente o que é realidade virtual e como funciona.

2. Óculos estereoscópicos anáglifos criam a ilusão de '3D'. Por que funciona - ou seja, como engana seus olhos?

3. A tecnologia é rotulada como verde / vermelho, vermelho / ciano. A ordem é importante. Porque?

4. Esta é uma lição experimental de 'computação'. O que isso tem a ver com computação?

Folha de trabalho do aluno 1:

Esta planilha o orienta na exploração da tecnologia 3D VR e Anaglyph. Seu professor organizou sua turma em equipes. Conclua este exercício como uma equipe e esteja preparado para que um membro de sua equipe apresente suas descobertas. Esta atividade é uma exploração informal.

1. Como um grupo, preencha a página de recursos. Se você não souber a resposta para alguma coisa, pergunte às pessoas de outro grupo. Se ninguém na classe se lembrar, acesse a Internet e encontre as respostas. Esta técnica de encontrar recursos relevantes é crítica para a computação. Quando as tecnologias são tão novas e nem sempre bem documentadas, ser capaz de fazer pesquisas básicas é fundamental.
2. Sua próxima tarefa é fazer alguma exploração informal. Seu professor fornecerá algumas imagens na tela do computador ou em papel. Alguns são designados como 'verde / vermelho', outros como 'vermelho / ciano'. Dentro do seu grupo, responda às seguintes perguntas e, em seguida, faça suas próprias perguntas adicionais.
   1. Todos em seu grupo podem realmente obter o efeito 3D? Se não, por quê?
   2. Você consegue ver imagens verdes / vermelhas com óculos vermelhos / ciano?
   3. Qual tecnologia parece funcionar melhor? Porque? Todos vocês concordam?
   4. O que acontece se você colocar os óculos de cabeça para baixo? Eles ainda funcionam? Se não, porque não?
3. Na próxima hora, você fará alguns testes formais com óculos 3D. Para se preparar, você precisará criar uma imagem 3D simples. Dentro do seu grupo, tome uma decisão sobre qual imagem usar para o seu experimento. Você precisará desenhar a imagem em três cores em uma transparência. Se tiver tempo pode começar a fazer os desenhos, ou simplesmente anotar aqui a sua proposta de imagem. Ou faça um esboço da imagem no verso do papel. Coisas a ter em mente: Mantenha as coisas simples: você terá que desenhar a imagem quatro vezes. Pense em que tipo de imagens terão o melhor efeito.

Folha de trabalho do aluno 2:

Esta planilha o orienta durante os experimentos com óculos 3D. 

materiais:

• Dois pedaços de papel branco.
• Três folhas de transparência.
• Três marcadores permanentes, um em vermelho, verde e ciano.
• Uma régua.
• Um lápis ou caneta para registrar os resultados nesta página.
• Um marcador não permanente em preto para escrever no papel, para criar a imagem original.
• Óculos 3D, pelo menos um de cada verde / vermelho e vermelho / ciano.

Gols:

1. Para coletar dados sobre qual tecnologia é preferida, verde / vermelho ou vermelho / ciano.
2. Para determinar a distância ideal para duas imagens. (Sua classe terá que concordar sobre o que significa 'distância entre duas imagens'.

Tarefa:

1. Peça a um membro da sua equipe que desenhe uma imagem bem simples em um pedaço de papel. (Talvez você tenha preparado isso na primeira hora.) Marque o centro da imagem conforme discutido por seu professor. Seu professor pode fornecer imagens de amostra.
   
2. Coloque uma folha de transparência sobre o desenho e, usando um dos marcadores permanentes, peça a um membro de sua equipe que copie o desenho.
3. Usando o desenho em papel e o que acabou de ser criado em uma transparência, desenhe mais duas cópias em cada uma das cores restantes. Quando terminar, você deverá ter uma imagem em preto em papel branco e imagens duplicadas em transparências, uma em vermelho, verde e ciano (ou azul). Coloque de lado o desenho em preto.
4. Coloque o pedaço de papel em branco sobre a escrivaninha ou mesa. Coloque duas das três imagens de transparência na parte superior de modo que elas se sobreponham exatamente. Observe a imagem através dos óculos 3D com as mesmas cores. Por exemplo, se você escolheu as imagens verdes e vermelhas, use os óculos verdes / vermelhos.
5. Afaste suavemente as imagens, observando quando a imagem 3D 'aparece'. Em que direção você deve movê-los? Quando as imagens 'estouram', meça a distância entre as imagens.
   
6. Repita as etapas 4 e 5 para as outras combinações, de modo que você tenha dados em 'verde / vermelho', 'vermelho / ciano'. Se tiver tempo, tente combinar ciano com verde usando qualquer um dos óculos e registre os resultados. Os membros da equipe devem indicar a combinação que funcionou melhor para eles. Observe quantas pessoas podem ver o efeito 3D para cada combinação. Observe a distância em que a imagem apareceu para cada pessoa.

Registre seus resultados na tabela que seu professor fornece para que toda a classe possa tirar conclusões. Esteja preparado para contribuir com suas conclusões para a análise final.