Realitate virtuală și tehnologie stereoscopică anaglică

Materiale de construcție (pentru fiecare echipă)

Materiale necesare

• Ochelari 3D (1 per echipă): atât verde / roșu, cât și roșu / cian
• Pentru a vă crea proprii ochelari 3D, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 foi de transparență
• 2 coli de hârtie albă
• Markeri permanenți în roșu, verde și cyan (sau albastru dacă nu este disponibil cyan).
• Marker negru nepermanent
• Scissors
• Domnitor

Designul Challenge

Sunteți o echipă de ingineri, având în vedere provocarea de a finaliza 4 activități și 1 provocare. Veți afla despre realitatea virtuală, imaginile 3D și tehnologiile anaglifelor. Vei purta discuții cu clasa despre constatările tale.

Criterii

• Finalizează 4 activități.
• Finalizează 1 provocare.
• Discutați la curs.

Constrângerile

• Folosiți numai materialele furnizate.

1. Împărțiți foaia de lucru cu realitatea virtuală, precum și câteva foi de hârtie pentru schițarea proiectelor.
2. Utilizați linkurile din secțiunea „Săpând mai adânc” pentru a explora tehnologiile VR și ochelarii de anaglif. Împărtășiți următoarele: Informatica este o știință și, ca atare, folosește rezultatele științifice pentru a crea tehnologii. Experimentarea sistematică înainte de construirea tehnologiei este o parte esențială a proiectării. Înțelegerea modului în care funcționează un fenomen natural are loc numai atunci când se obțin rezultate bune dintr-un experiment. Această lecție le oferă elevilor o idee despre modul în care designerii de căști VR au făcut alegeri atunci când își proiectează tehnologia. Seturile de căști de realitate virtuală proiectează două imagini diferite, una la fiecare ochi. Unele tehnologii amestecă fundalul real cu o tehnică de redare 3D similară cu „anaglifele”. Elevii experimentează cu ochelari anaglif pentru a începe să înțeleagă complexitatea computerului implicat în redarea unei imagini 3D în interiorul căștilor.
3. Examinați procesul de proiectare inginerească, provocarea de proiectare, criteriile, constrângerile și materialele.
4. Explicați elevilor că vor finaliza 4 activități și apoi o provocare. (1 oră recomandată pentru fiecare)
5. Activitatea 1: Urmăriți videoclipul IEEE Career cu elevii dvs.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Discutați următoarele puncte importante din videoclip.
     - Ce este nevoie pentru a crea VR?
     - Cum este această informatică?
     - Cum au impact rezultatele științifice asupra proiectării?
     - Dintre tehnologiile VR afișate în videoclipuri care au fost cele mai impresionante și de ce?
6. Activitatea 2: Distribuiți ochelari 3D și vizualizați site-ul web prin ochelari 3D
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. Activitatea 3: Selectați câteva exemple de imagini 3D căutând online. Aveți grijă ca imaginile pe care le selectați să fie adecvate culturii clasei și școlii. Puneți elevii să experimenteze și să țină notițe:
   • Puteți vedea imagini verzi / roșii cu ochelari roșii / cyan?
   • Care tehnologie pare să funcționeze mai bine?
   • Ce se întâmplă dacă pui ochelarii pe dos? Mai funcționează?
   • De ce este verde / roșu și roșu / cian? Contează ordinea culorii?
8. Activitatea 4: Împărțiți-vă elevii în echipe mici de câte 3 sau 4 studenți pe echipă și cereți-i să răspundă la întrebările din Foaia de lucru pentru elevi 1. Lăsați suficient timp la sfârșit pentru ca un membru al fiecărui grup să susțină o „discuție ușoară” de cel mult 3 minute rezumând descoperirile lor. Lăsați timp pentru o analiză sumară a tuturor prezentărilor.
9. Explicați elevilor că acum trebuie să completeze un Challenge să învețe tehnici de anaglif. (1 oră recomandată). Întăriți că în prima oră au explorat și în această oră fac experimente formale.
10. Împărțiți-vă elevii în echipe (maximum patru elevi fiecare). Asigurați-vă că lăsați cel puțin 10 minute la sfârșitul sesiunii pentru a discuta rezultatele.
11. Distribuiți fișa de lucru 2 și materialele.
12. Fișa de lucru 2 cere elevilor să deseneze o imagine simplă. Un eșantion de roșu și verde sunt furnizate mai jos. Împărtășiți-le studenților dvs. sau creați-vă propriile mostre.
13. Indicați elevilor să măsoare și să marcheze centrul imaginii. Purtă o scurtă discuție despre ce înseamnă asta.
14. Le puteți da o definiție sau le puteți accepta una. De obicei, va trebui să definiți un „centru” al unei imagini. Puteți crea o „casetă de delimitare” în jurul imaginii, puteți localiza punctele medii ale marginilor orizontale și verticale și puteți plasa un mic punct discret la intersecția liniilor trasate de la marginile verticale și orizontale respective. (Cu alte cuvinte, creați o fereastră cu patru panouri, dar marcați doar centrul, nu liniile care se intersectează.)
15. Instruiți elevii să parcurgă pașii următori (descriși pe foaia de lucru pentru studenți):
    ● Plasați o foaie de transparență peste desen și, folosind unul dintre marcatorii permanenți, cereți unui membru al echipei să copieze desenul.
    ● Folosind desenul pe hârtie și cel care tocmai a fost creat pe o transparență, desenați încă două copii în fiecare dintre culorile rămase. Când ați terminat, ar trebui să aveți o imagine neagră pe hârtie albă și să copiați imagini pe folii transparente, fiecare cu roșu, verde și cyan (sau albastru). Lasă desenul negru deoparte.
    ● Așezați bucata de hârtie goală pe birou sau masă. Așezați două dintre cele trei imagini de transparență deasupra, astfel încât să se suprapună exact. Uită-te la imagine prin ochelarii 3D cu aceleași culori. De exemplu, dacă ați ales imaginile verzi și roșii, utilizați ochelarii verzi / roșii.
    ● Mutați ușor imaginile în afară, urmărind când imaginea 3D „apare”. În ce direcție trebuie să le mutați? Când imaginile „apar”, măsurați distanța dintre imagini.
    ● Repetați pașii 3 și 4 pentru celelalte combinații, astfel încât să aveți date despre „verde / roșu”, „roșu / cian”. Dacă aveți timp, încercați să combinați cianul cu verde folosind ambele seturi de ochelari și înregistrați rezultatele. Membrii echipei ar trebui să precizeze combinația care a funcționat cel mai bine pentru ei. Rețineți câte persoane ar putea vedea efectul 3D pentru fiecare combinație. Rețineți distanța la care a apărut imaginea pentru fiecare persoană.
    ● Înregistrați-vă rezultatele pe masa pe care o oferă profesorul dvs., astfel încât întreaga clasă să poată trage concluzii. Fii pregătit să-ți aduci concluziile la analiza finală.
16. În timp ce studenții lucrează, creați o grilă pe tablă (sau pe o flip chart), unde prima coloană identifică fiecare echipă. Etichetele pentru coloanele rămase ar trebui să fie:
    • tehnologia preferată
    • cea mai bună distanță pentru verde / roșu
    • cea mai bună distanță pentru roșu / cyan
    • cea mai bună distanță pentru cyan / verde

    Amintiți-vă elevilor să își introducă datele înainte de a-și încheia spațiul de lucru.

17. În timpul încheierii, discutați rezultatele și, de asemenea, discutați despre diferența dintre activitățile exploratorii și experimentale. Rugați elevii să tragă concluzii din colectarea lor de date în colaborare. Provocați-i cu privire la modul în care ar putea proceda industria pe baza rezultatelor lor.
18. Pentru mai mult conținut pe această temă, consultați secțiunea „Săpând mai adânc”.

Lecția poate fi făcută în cel puțin o perioadă de clasă pentru elevii mai mari. Cu toate acestea, pentru a ajuta elevii să se simtă grăbiți și pentru a asigura succesul elevilor (în special pentru elevii mai tineri), împărțiți lecția în două perioade, oferindu-le elevilor mai mult timp pentru a face brainstorming, pentru a testa ideile și pentru a finaliza proiectarea lor. Efectuați testarea și descrierea în următoarea perioadă de curs.

Conexiuni la Internet

• Construirea lumilor în realitatea virtuală: explorarea carierelor în inginerie și tehnologie. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

Tehnologie VR

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

Joacă-te cu ochelari anaglif:

• Cum funcționează ochelarii 3D? - Instant Egghead # 22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Site web pentru vizualizare prin ochelari 3D: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Faceți-vă propriile ochelari: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Videoclipuri de vizionat în 3D

• 3D verde / roșu: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D verde / roșu: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D Roșu / Cian: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D Roșu / Cian: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Bibliografie

• O prezentare simplă a anaglifelor - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Ochiul uman - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Percepție adâncă - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Stereoscopie - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Afișaje montate pe cap - https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Anaglif 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Activitate de scriere

Scrieți concluziile dvs. despre tehnologia anaglifelor. Această lecție s-a axat pe verde / roșu și roșu / cyan. Care a funcționat mai bine pentru tine și de ce? Acestea nu sunt singurele alternative pentru ochelarii 3D. Cercetați online ce alte alternative există. Faceți un caz pentru tehnologia dvs. preferată: oferă o experiență mai bună, este mai ieftin? Cum joacă industria filmelor / video online?

Alinierea la cadrele curriculare

Notă: Toate planurile de lecție din această serie sunt aliniate la Standardele de informatică ale Asociației Profesorilor de Informatică K-12, Standardelor de Stat Comune ale Statelor Unite pentru Matematică și, dacă este cazul, și la Principiile și Standardele Consiliului Național al Profesorilor de Matematică pentru Școală Matematica, Standardele Asociației Internaționale de Educație Tehnologică pentru Alfabetizare Tehnologică și Standardele Naționale de Educație Științifică din SUA care au fost produse de Consiliul Național de Cercetare.

Standarde naționale de educație științifică Clasele 5-8 (vârste 10-14)

STANDARDUL DE CONȚINUT E: Știință și tehnologie

Ca rezultat al activităților, toți elevii ar trebui să se dezvolte

• Înțelegeri despre știință și tehnologie 

Următoarele generații de standarde și practici științifice clasele 6-8 (vârstele 11-14)

Practica 2: Generarea și utilizarea modelelor

• Elaborați și / sau utilizați un model pentru a genera date pentru a testa idei despre fenomene din sistemele naturale sau proiectate, inclusiv cele care reprezintă intrări și ieșiri și cele la scări neobservabile.

Practica 5: Utilizarea matematicii și a gândirii computaționale

• Utilizați reprezentări matematice, de calcul și / sau algoritmice ale fenomenelor sau soluții de proiectare pentru a descrie și / sau a susține afirmații și / sau explicații

Principii și standarde pentru matematica școlară (toate vârstele)

Reprezentări

• Folosiți reprezentări pentru a modela și interpreta fenomene fizice, sociale și matematice

Practici de bază comune și standarde pentru matematica școlară

• MATH.PRACTICE.MP4 Model cu matematică.

Standarde pentru alfabetizare tehnologică - Toate vârstele

         Natura tehnologiei

• Standardul 2: Elevii vor dezvolta o înțelegere a conceptelor de bază ale tehnologiei.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 3-6 (vârstele 11-14)

5.1 Nivelul 1: Informatică și eu (L1)

Impacturi asupra comunității, globale și etice (CI)

2. Identificați impactul tehnologiei (de exemplu, rețelele sociale, intimidarea cibernetică, informatica și comunicațiile mobile, tehnologiile web, securitatea cibernetică și virtualizarea) asupra vieții personale și a societății.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 6-9 (vârstele 11-14)

5. 2 Nivelul 2: Informatică și comunitate (L2)

• Colaborare (CL)

3. Colaborați cu colegii, experții și alții folosind practici de colaborare, cum ar fi programarea în perechi, lucrul în echipe de proiect și participarea la activități de învățare activă de grup.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 9-12 (vârstele 14-18)

5.3.A   Informatică în lumea modernă (MWJ)

• Gândire Computațională (CT)

8. Folosiți modelarea și simularea pentru a reprezenta și a înțelege fenomenele naturale.

CSTA K-12 Informatică Standarde Clasele 9-12 (vârstele 14-18)

5.3.B Concepte și practici în domeniul informaticii

• Gândire Computațională (CT)

8. Folosiți modele și simulări pentru a ajuta la formularea, rafinarea și testarea ipotezelor științifice.

Resursă pentru studenți: rezumând ceea ce ați învățat.

Profesorul tău ți-a arătat câteva videoclipuri și site-uri web despre tehnologia realității virtuale. Pe această pagină, creați-vă propria resursă de terminologie. Colaborați cu colegii de echipă pentru a conveni asupra răspunsurilor sau folosiți internetul pentru a găsi informații pe care nu le amintiți.

1. Explicați pe scurt ce este realitatea virtuală și cum funcționează.

2. Ochelarii stereoscopici anaglif creează iluzia „3D”. De ce funcționează - adică, cum îți păcălește ochii?

3. Tehnologia este etichetată verde / roșu, roșu / cian. Comanda contează. De ce?

4. Aceasta este o lecție de încercare de „calcul”. Ce legătură are cu calculul?

Fișa de lucru pentru elevi 1:

Această foaie de lucru vă ghidează prin explorarea 3D VR și a tehnologiei Anaglyph. Profesorul tău ți-a organizat clasa în echipe. Finalizați acest exercițiu ca o echipă și fiți pregătiți ca un membru al echipei dvs. să vă prezinte concluziile. Această activitate este o explorare informală.

1. Ca grup, completați pagina cu resurse. Dacă nu știți răspunsul la ceva, întrebați oamenii dintr-un alt grup. Dacă nimeni din clasă nu-și amintește, intră pe Internet și găsește răspunsurile. Această tehnică de găsire a resurselor relevante este esențială pentru calcul. Atunci când tehnologiile sunt atât de noi și nu sunt adesea bine documentate, este esențial să poți face cercetări de fond.
2. Următoarea dvs. sarcină este să faceți o explorare informală. Profesorul dvs. vă va oferi câteva imagini fie pe ecranul computerului, fie pe hârtie. Unele sunt concepute ca „verde / roșu”, altele sunt concepute ca „roșu / cyan”. În cadrul grupului dvs., răspundeți la următoarele întrebări, apoi veniți cu propriile întrebări suplimentare.
   1. Toată lumea din grupul dvs. poate obține efectul 3D? Dacă nu de ce?
   2. Puteți vedea imagini verzi / roșii cu ochelari roșii / cyan?
   3. Care tehnologie pare să funcționeze mai bine? De ce? Sunteți de acord cu toții?
   4. Ce se întâmplă dacă pui ochelarii pe dos? Mai funcționează? Dacă nu, de ce nu?
3. În următoarea oră veți face niște teste oficiale cu ochelari 3D. Pentru a vă pregăti, va trebui să creați o imagine 3D simplă. În cadrul grupului dvs., luați o decizie cu privire la ce imagine să utilizați pentru experimentul dvs. Va trebui să desenați imaginea în trei culori pe o transparență. Dacă aveți timp, puteți începe să faceți desene sau pur și simplu să notați aici imaginea propusă. Sau schițați imaginea pe spatele hârtiei. Lucruri de reținut: păstrați-l simplu: va trebui să desenați imaginea de patru ori. Gândiți-vă la ce fel de imagini vor da cel mai bun efect.

Fișa de lucru pentru elevi 2:

Această foaie de lucru vă ghidează prin experimentarea cu ochelari 3D. 

Materiale:

• Două bucăți de hârtie albă.
• Trei foi de transparență.
• Trei markeri permanenți, unul roșu, verde și cian.
• Un conducător.
• Un creion sau stilou pentru a înregistra rezultatele pe această pagină.
• Un marker nepermanent în negru pentru a scrie pe hârtie, pentru a crea imaginea originală.
• Ochelari 3D, cel puțin unul verde / roșu și roșu / cian.

Obiective:

1. Pentru a colecta date despre tehnologia preferată, verde / roșu sau roșu / cian.
2. Pentru a determina distanța optimă pentru două imagini. (Clasa dvs. va trebui să fie de acord asupra a ceea ce înseamnă „distanța dintre două imagini”.

Sarcină:

1. Puneți unui membru al echipei dvs. să deseneze o imagine foarte simplă pe o bucată de hârtie. (Poate că ați pregătit acest lucru în prima oră.) Marcați centrul imaginii așa cum a discutat profesorul dvs. Profesorul dvs. poate furniza exemple de imagini.
   
2. Așezați o foaie de transparență peste desen și, folosind unul dintre marcatorii permanenți, cereți unui membru al echipei dvs. să copieze desenul.
3. Folosind desenul pe hârtie și cel care tocmai a fost creat pe o transparență, desenați încă două copii în fiecare dintre culorile rămase. Când ați terminat, ar trebui să aveți o imagine neagră pe hârtie albă și să copiați imagini pe folii transparente, fiecare cu roșu, verde și cyan (sau albastru). Lasă deoparte desenul în negru.
4. Așezați bucata de hârtie goală pe birou sau masă. Așezați două dintre cele trei imagini de transparență deasupra, astfel încât să se suprapună exact. Uită-te la imagine prin ochelarii 3D cu aceleași culori. De exemplu, dacă ați ales imaginile verzi și roșii, utilizați ochelarii verzi / roșii.
5. Îndepărtați ușor imaginile, urmărind când imaginea 3D „apare”. În ce direcție trebuie să le mutați? Când imaginile „apar”, măsurați distanța dintre imagini.
   
6. Repetați pașii 4 și 5 pentru celelalte combinații, astfel încât să aveți date despre „verde / roșu”, „roșu / cian”. Dacă aveți timp, încercați să combinați cianul cu verde folosind ambele seturi de ochelari și înregistrați rezultatele. Membrii echipei ar trebui să precizeze combinația care a funcționat cel mai bine pentru ei. Rețineți câte persoane ar putea vedea efectul 3D pentru fiecare combinație. Rețineți distanța la care a apărut imaginea pentru fiecare persoană.

Înregistrați-vă rezultatele pe masa pe care o oferă profesorul dvs., astfel încât întreaga clasă să poată trage concluzii. Fii pregătit să-ți aduci concluziile la analiza finală.