Виртуальная реальность и анаглифная стереоскопическая технология
Этот урок посвящен технологиям виртуальной реальности. Эти технологии отображения основаны на искусственных стереоизображениях и обеспечивают представление с иллюзией глубины 3D в виртуальных средах. Учащиеся выполняют задание, используя 3D-очки и 3D-изображения.
- Как технологии VR используют человеческое восприятие глубины
- Использование стереоизображений для создания иллюзии трехмерной глубины
- Используйте научный метод для сравнения анаглифических технологий
Возрастные уровни: 11-14
Строительные материалы (для каждой команды)
Требуемые материалы
- 3D-очки (по 1 на команду): зеленые / красные и красные / голубые
- Чтобы сделать свои собственные 3D-очки, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
- 3 прозрачных листа
- 2 листа белой бумаги
- Постоянные маркеры красного, зеленого и голубого цвета (или синего, если голубой цвет недоступен).
- Перманентный черный маркер
- Ножницы
- Правитель
Design Challenge
Вы - команда инженеров, перед которой стоит задача выполнить 4 задания и 1 задание. Вы узнаете о виртуальной реальности, 3D-изображениях и анаглифических технологиях. Вы обсудите с классом свои выводы.
Критерии
- Выполните 4 задания.
- Выполните 1 задание.
- Обсудите в классе.
ограничения
- Используйте только предоставленные материалы.
- Раздайте рабочий лист виртуальной реальности, а также несколько листов бумаги для набросков дизайна.
- Воспользуйтесь ссылками в разделе «Копаем глубже», чтобы изучить технологии виртуальной реальности и анаглифические очки. Поделитесь следующим: информатика - это наука, и поэтому научные результаты используются для создания технологий. Систематические эксперименты перед созданием технологий - важная часть дизайна. Понимание того, как работает природное явление, происходит только тогда, когда в результате эксперимента достигаются хорошие результаты. На этом уроке учащиеся узнают, как дизайнеры гарнитур VR сделали выбор при разработке своих технологий. Гарнитуры виртуальной реальности проецируют два разных изображения, по одному для каждого глаза. Некоторые технологии смешивают реальный фон с техникой 3D-рендеринга, аналогичной «анаглифам». Студенты экспериментируют с анаглифическими очками, чтобы начать понимать сложность вычислений, связанных с рендерингом трехмерного изображения внутри гарнитуры.
- Изучите процесс инженерного проектирования, задачи проектирования, критерии, ограничения и материалы.
- Объясните ученикам, что они выполнят 4 задания, а затем задание. (Рекомендуется 1 час для каждого)
- Деятельность 1: Посмотрите видео о карьере IEEE со своими учениками.
- https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
- Обсудите следующие важные моменты в видео.
- Что нужно для создания VR?
- Как это информатика?
- Как научные результаты влияют на дизайн?
- Какие из VR-технологий, показанных в роликах, впечатлили больше всего и почему?
- Мероприятие 2: Раздайте 3D-очки и просматривайте сайт через 3D-очки
- Мероприятие 3: Выберите несколько образцов трехмерных изображений, выполнив поиск в Интернете. Позаботьтесь о том, чтобы выбранные вами изображения соответствовали вашей классной и школьной культуре. Пусть ваши ученики поэкспериментируют и сделают записи:
- Вы можете видеть зеленые / красные изображения в красных / голубых очках?
- Какая технология работает лучше?
- Что произойдет, если вы перевернете очки? Они еще работают?
- Почему он зеленый / красный и красный / голубой? Имеет ли значение порядок цвета?
- Мероприятие 4: Разделите своих учеников на небольшие группы по 3 или 4 ученика в каждой и попросите их ответить на вопросы в Рабочем листе ученика 1. Оставьте в конце достаточно времени, чтобы один член каждой группы выступил с «молчаливым докладом» продолжительностью не более 3 минут, подводя итоги. их выводы. Оставьте время для сводного анализа всех презентаций.
- Объясните учащимся, что теперь они должны заполнить Вызов научиться анаглифическим техникам. (Рекомендуется 1 час). Подчеркните, что в течение первого часа они исследовали, и в этот час они проводят формальные эксперименты.
- Разделите своих учеников на команды (максимум по четыре ученика в каждой). Убедитесь, что вы оставили не менее 10 минут в конце занятия, чтобы обсудить результаты.
- Раздайте Рабочий лист 2 и материалы.
- На Рабочем листе 2 ученикам предлагается нарисовать простое изображение. Ниже приведены образцы красного и зеленого цветов. Поделитесь ими со своими учениками или создайте свои собственные образцы.
- Попросите учащихся измерить и отметить центр изображения. Кратко обсудите, что это значит.
- Вы можете дать им определение или попросить их согласиться с ним. Обычно вам нужно определить «центр» изображения. Вы можете создать «ограничивающую рамку» вокруг изображения, расположить средние точки горизонтальных и вертикальных краев и разместить небольшую дискретную точку на пересечении линий, проведенных от соответствующих вертикальных и горизонтальных краев. (Другими словами, создайте окно с четырьмя панелями, но отметьте только центр, а не пересекающиеся линии.)
- Попросите учащихся выполнить следующие шаги (указанные в Рабочем листе для учащихся):
● Поместите прозрачную пленку поверх рисунка и, используя один из постоянных маркеров, попросите члена группы скопировать рисунок.
● Используя бумажный рисунок и рисунок, только что созданный на прозрачной пленке, нарисуйте еще две копии каждого из оставшихся цветов. Когда вы закончите, у вас должно быть черное изображение на белой бумаге и дубликаты изображений на прозрачных пленках, по одному красного, зеленого и голубого (или синего) цвета. Отложите черный рисунок в сторону.
● Положите чистый лист бумаги на стол или стол. Поместите два из трех прозрачных изображений сверху так, чтобы они точно перекрывали друг друга. Посмотрите на изображение через 3D-очки с такими же цветами. Например, если вы выбрали зеленый и красный изображения, используйте зеленые / красные очки.
● Осторожно раздвиньте изображения в стороны, наблюдая, когда трехмерное изображение «выскакивает». В каком направлении их нужно двигать? Когда изображения «появляются», измерьте расстояние между изображениями.
● Повторите шаги 3 и 4 для других комбинаций, чтобы получить данные «зеленый / красный», «красный / голубой». Если у вас есть время, попробуйте совместить голубой с зеленым, используя любой набор очков, и запишите результаты. Члены команды должны указать комбинацию, которая лучше всего сработала для них. Отметьте, сколько людей могли видеть 3D-эффект для каждой комбинации. Обратите внимание на расстояние, на котором изображение появлялось для каждого человека.
● Запишите свои результаты в таблицу, предоставленную учителем, чтобы весь класс мог сделать выводы. Будьте готовы внести свои выводы в окончательный анализ. - Пока студенты работают, создайте сетку на доске (или на флипчарте), где в первом столбце указана каждая команда. Надписи для остальных столбцов должны быть:
- предпочтительная технология
- лучшее расстояние для зеленого / красного
- лучшее расстояние для красного / голубого
- лучшее расстояние для голубого / зеленого
Напомните своим ученикам ввести свои данные, прежде чем они завершат свое рабочее место.
- Во время подведения итогов обсудите результаты, а также обсудите разницу между исследовательской и экспериментальной деятельностью. Попросите учащихся сделать выводы из совместного сбора данных. Спросите их, как отрасль может развиваться на основе их результатов.
- Дополнительную информацию по теме см. В разделе «Копаем глубже».
Модификация времени
Урок может быть проведен всего за 1 урок для старшеклассников. Однако, чтобы помочь учащимся не чувствовать спешки и обеспечить успех учащихся (особенно для младших школьников), разделите урок на два периода, чтобы у учащихся было больше времени для мозгового штурма, проверки идей и доработки своего дизайна. Проведите тестирование и подведение итогов в следующем уроке.
Подключения к Интернету
- Создание миров в виртуальной реальности: изучение карьеры в области техники и технологий. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
Технология VR
- Окулус: https://www.youtube.com/user/oculusvr и https://www.oculus.com
- ХТС Вайв: https://www.youtube.com/watch?v=qYfNzhLXYGc и https://www.vive.com
- Гололены: https://www.microsoft.com/microsoft-hololens
- VR-снаряжение: https://www.youtube.com/watch?v=o1MK-zkM3qk и http://www.samsung.com/us/mobile/virtual-reality/
- PlayStation VR: https://www.youtube.com/watch?v=cw6x80Qdzak и https://www.playstation.com/en-us/explore/playstation-vr/
Играйте с анаглифическими очками:
- Как работают 3D-очки? - Instant Egghead # 22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
- Веб-сайт для просмотра через 3D-очки: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
- Сделайте свои собственные очки: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
Видео для просмотра в 3D
- 3D зеленый / красный: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
- 3D зеленый / красный: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
- 3D красный / голубой: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
- 3D красный / голубой: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY
Рекомендуемая литература
- Простой обзор анаглифов - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
- Человеческий глаз - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
- Восприятие глубины - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
- Стереоскопия - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
- Дисплеи на голове - https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
- Анаглиф 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D
Письменная деятельность
Запишите свои выводы об анаглифической технологии. В этом уроке основное внимание уделялось зеленому / красному и красному / голубому цвету. Что сработало для вас лучше и почему? Это не единственная альтернатива 3D-очкам. Изучите в Интернете, какие еще существуют альтернативы. Обоснуйте предпочтительную технологию: дает ли она больше удовольствия и дешевле? Какую роль в этом играет киноиндустрия / онлайн-видео?
Согласование с рамками учебного плана
Примечание: все планы уроков в этой серии согласованы со Стандартами компьютерных наук K-12 Ассоциации учителей информатики, Общими государственными стандартами США по математике и, если применимо, также с принципами и стандартами для школ Национального совета учителей математики. Математика, Стандарты технологической грамотности Международной ассоциации технологического образования и Национальные стандарты научного образования США, разработанные Национальным исследовательским советом.
Национальные стандарты научного образования 5–8 классы (10–14 лет)
СТАНДАРТ СОДЕРЖАНИЯ E: Наука и технологии
В результате занятий все студенты должны развить
- Понимание науки и техники
Научные стандарты и практики нового поколения 6–8 классы (11–14 лет)
Практика 2: Создание и использование моделей
- Разработайте и / или используйте модель для генерации данных для проверки представлений о явлениях в природных или спроектированных системах, включая те, которые представляют входные и выходные данные, а также в ненаблюдаемых масштабах.
Практика 5: Использование математики и вычислительного мышления
- Использовать математические, вычислительные и / или алгоритмические представления явлений или проектных решений для описания и / или поддержки заявлений и / или объяснений.
Принципы и стандарты школьной математики (для всех возрастов)
Представления
- Используйте представления для моделирования и интерпретации физических, социальных и математических явлений.
Общие основные государственные практики и стандарты школьной математики
- MATH.PRACTICE.MP4 Модель с математикой.
Стандарты технологической грамотности - для всех возрастов
Природа технологии
- Стандарт 2: Студенты разовьют понимание основных концепций технологии.
CSTA K-12 Стандарты компьютерных наук 3-6 классы (возраст 11-14)
5.1 Уровень 1: Информатика и я (L1)
Сообщество, глобальное и этическое влияние (CI)
- Определите влияние технологий (например, социальных сетей, киберзапугивания, мобильных вычислений и коммуникаций, веб-технологий, кибербезопасности и виртуализации) на личную жизнь и общество.
CSTA K-12 Стандарты компьютерных наук 6-9 классы (возраст 11-14)
- 2 Уровень 2: Информатика и сообщество (L2)
- Сотрудничество (CL)
- Сотрудничайте со сверстниками, экспертами и другими людьми, используя совместные методы, такие как парное программирование, работа в проектных группах и участие в групповых активных учебных мероприятиях.
CSTA K-12 Стандарты компьютерных наук 9-12 классы (возраст 14-18)
5.3.A Компьютерные науки в современном мире (MWJ)
- Вычислительное мышление (КМ)
- Используйте моделирование и симуляцию для представления и понимания природных явлений.
CSTA K-12 Стандарты компьютерных наук 9-12 классы (возраст 14-18)
5.3.B Концепции и практика информатики
- Вычислительное мышление (КМ)
8. Используйте модели и симуляции, чтобы помочь сформулировать, уточнить и проверить научные гипотезы.
Ресурсы для студентов: обобщение того, что вы узнали.
Ваш учитель показал вам несколько видеороликов и веб-сайты о технологиях виртуальной реальности. На этой странице создайте свой собственный ресурс терминологии. Работайте со своими товарищами по команде, чтобы согласовать ответы, или используйте Интернет, чтобы найти информацию, которую вы не помните.
- Кратко объясните, что такое виртуальная реальность и как она работает.
- Анаглифические стереоскопические очки создают иллюзию «3D». Почему это работает, то есть как обманывает ваши глаза?
- Технология помечена зеленым / красным, красным / голубым. Порядок имеет значение. Почему?
- Это пробный урок "вычислений". При чем здесь вычисления?
Рабочий лист ученика 1:
Этот рабочий лист проведет вас через изучение 3D VR и анаглифической технологии. Ваш учитель разбил ваш класс на команды. Выполняйте это упражнение в команде и будьте готовы к тому, что член вашей команды представит ваши выводы. Это занятие представляет собой неформальное исследование.
- Как группа, заполните страницу ресурса. Если вы не знаете ответа на что-то, спросите людей из другой группы. Если никто в классе не помнит, поищите ответы в Интернете. Этот метод поиска соответствующих ресурсов имеет решающее значение для вычислений. Когда технологии настолько новы и не всегда хорошо документированы, критически важно иметь возможность проводить предварительные исследования.
- Ваша следующая задача - провести неформальное исследование. Ваш учитель предоставит вам изображения на экране компьютера или на бумаге. Некоторые из них предназначены как «зеленые / красные», некоторые - как «красные / голубые». В своей группе ответьте на следующие вопросы, а затем задайте свои собственные дополнительные вопросы.
- Может ли каждый в вашей группе действительно получить 3D-эффект? Если нет, то почему?
- Вы можете видеть зеленые / красные изображения в красных / голубых очках?
- Какая технология работает лучше? Почему? Вы все согласны?
- Что произойдет, если вы перевернете очки? Они еще работают? Если нет, то почему?
- В следующий час вы проведете формальное тестирование в 3D-очках. Для подготовки вам потребуется создать простое трехмерное изображение. Внутри вашей группы примите решение о том, какое изображение использовать для эксперимента. Вам нужно будет нарисовать изображение в трех цветах на прозрачной пленке. Если у вас есть время, вы можете приступить к рисованию или просто отметить здесь предложенное вами изображение. Или нарисуйте изображение на обратной стороне бумаги. На что следует обратить внимание: будьте проще: вам придется рисовать изображение четыре раза. Подумайте, какие изображения дадут лучший эффект.
Рабочий лист ученика 2:
Этот рабочий лист проведет вас через эксперименты с 3D-очками.
Материалы по теме:
- Два куска белой бумаги.
- Три прозрачных листа.
- Три постоянных маркера, по одному красного, зеленого и голубого цвета.
- Линейка.
- Карандаш или ручка для записи результатов на этой странице.
- Перманентный маркер черного цвета для письма на бумаге, для создания оригинального изображения.
- 3D-очки, по крайней мере, по одному зеленого / красного и красного / голубого цветов.
Голы:
- Для сбора данных о том, какая технология предпочтительна: зеленый / красный или красный / голубой.
- Определить оптимальное расстояние для двух изображений. (Ваш класс должен будет согласовать, что означает «расстояние между двумя изображениями».
Задача:
- Попросите одного из членов вашей команды нарисовать очень простое изображение на листе бумаги. (Возможно, вы подготовили это в первый час.) Отметьте центр изображения, как говорил ваш учитель. Ваш учитель может предоставить образцы изображений.
- Поместите прозрачную пленку поверх рисунка и, используя один из постоянных маркеров, попросите члена вашей группы скопировать рисунок.
- Используя бумажный рисунок и тот, который только что был создан на прозрачной пленке, нарисуйте еще две копии каждого из оставшихся цветов. Когда вы закончите, у вас должно быть черное изображение на белой бумаге и дубликаты изображений на прозрачных пленках, по одному красного, зеленого и голубого (или синего) цвета. Отложите рисунок черным цветом.
- Положите чистый лист бумаги на стол или стол. Поместите два из трех прозрачных изображений сверху так, чтобы они точно перекрывали друг друга. Посмотрите на изображение через 3D-очки с такими же цветами. Например, если вы выбрали зеленый и красный изображения, используйте зеленые / красные очки.
- Осторожно раздвиньте изображения, наблюдая, когда трехмерное изображение «всплывает». В каком направлении их нужно двигать? Когда изображения «появляются», измерьте расстояние между изображениями.
- Повторите шаги 4 и 5 для других комбинаций, чтобы получить данные «зеленый / красный», «красный / голубой». Если у вас есть время, попробуйте совместить голубой с зеленым, используя любой набор очков, и запишите результаты. Члены команды должны указать комбинацию, которая лучше всего сработала для них. Отметьте, сколько людей могли видеть 3D-эффект для каждой комбинации. Обратите внимание на расстояние, на котором изображение появлялось для каждого человека.
Запишите свои результаты в таблицу, предоставленную учителем, чтобы весь класс мог сделать выводы. Будьте готовы внести свои выводы в окончательный анализ.
Перевод плана урока