Віртуальна реальність і стереоскопічна технологія анагліфа

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Необхідні матеріали

• 3D -окуляри (по 1 на команду): зелений/червоний та червоний/блакитний
• Щоб виготовити власні 3D -окуляри, http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses
• 3 аркуші прозорості
• 2 аркуші білого паперу
• Постійні маркери червоним, зеленим та блакитним (або синім, якщо блакитний недоступний).
• Непостійний чорний маркер
• Ножиці
• Правитель

Design Challenge

Ви - команда інженерів, які мають завдання виконати 4 завдання та 1 виклик. Ви дізнаєтесь про віртуальну реальність, 3D -зображення та технології анагліфів. Ви проведете з класом обговорення своїх висновків.

Критерії

• Виконай 4 заняття.
• Виконати 1 виклик.
• Обговоріть у класі.

Обмеження

• Використовуйте лише надані матеріали.

1. Роздайте аркуш віртуальної реальності, а також кілька аркушів паперу для ескізування дизайнів.
2. Використовуйте посилання в розділі «Копати глибше», щоб дослідити технології віртуальної реальності та окуляри для анагліфів. Поділіться наступним: Інформатика - це наука, і як така використовує наукові результати для створення технологій. Систематичні експерименти перед будівельною технологією є невід'ємною частиною дизайну. Розуміння того, як діє природне явище, відбувається лише тоді, коли в результаті експерименту досягнуто хороших результатів. Цей урок дає учням відчути, як дизайнери гарнітур VR робили вибір при розробці своєї технології. Гарнітури віртуальної реальності проектують два різних зображення, по одному на кожне око. Деякі технології поєднують фактичний фон із технікою 3D -рендерингу, аналогічною «анагліфам». Учні експериментують з окулярами -анагліфами, щоб почати розуміти складність обчислень, пов’язаних із візуалізацією 3D -зображення всередині гарнітури.
3. Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами.
4. Поясніть учням, що вони виконають 4 дії, а потім - виклик. (Рекомендовано 1 годину для кожного)
5. Діяльність 1: Подивіться зі своїми студентами відеоролик IEEE Career.
   • https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology
   • Обговоріть наступні важливі моменти у відео.
     - Що потрібно для створення VR?
     - Як справи з інформатикою?
     - Як наукові результати впливають на дизайн?
     - З технологій віртуальної реальності, показаних у відео, які були найбільш вражаючими і чому?
6. Діяльність 2: Поширюйте 3D -окуляри та переглядайте веб -сайт через 3D -окуляри
   • http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
7. Діяльність 3: Виберіть кілька зразків 3D -зображень, шукаючи в Інтернеті. Подбайте про те, щоб обрані вами зображення відповідали вашому класу та шкільній культурі. Нехай ваші учні експериментують і записують:
   • Чи можна побачити зелені/червоні зображення в червоних/блакитних окулярах?
   • Яка технологія працює краще?
   • Що станеться, якщо поставити окуляри догори дном? Вони все ще працюють?
   • Чому він зелений/червоний і червоний/блакитний? Чи має значення порядок кольору?
8. Діяльність 4: Поділіть своїх учнів на невеликі команди по 3 або 4 учні в команді, і нехай вони дадуть відповіді на запитання, наведені на робочому аркуші учнів 1. Залиште в кінці достатньо часу, щоб один учасник кожної групи висловив «освітлювальну промову» не більше 3 хвилин, підбиваючи підсумки. їх висновки. Залиште час для короткого аналізу всіх презентацій.
9. Поясніть учням, що вони тепер мають заповнити а виклик вивчити техніку анагліфів. (Рекомендовано 1 годину). Підкресліть, що протягом першої години вони досліджували, а цієї години вони роблять офіційні експерименти.
10. Розділіть своїх учнів на команди (максимум по чотири учні в кожній). Не забудьте залишити принаймні 10 хвилин наприкінці сеансу для обговорення результатів.
11. Роздайте аркуш 2 та матеріали.
12. Робочий лист 2 пропонує учням намалювати просте зображення. Нижче наведено зразок червоного та зеленого кольорів. Поділіться ними зі своїми учнями або створіть власні зразки.
13. Попросіть учнів виміряти та позначити центр зображення. Коротко поговоріть про те, що це означає.
14. Ви можете дати їм визначення або запропонувати їм погодитися з ним. Зазвичай вам потрібно визначити "центр" зображення. Ви можете створити "обмежувальну рамку" навколо зображення, визначити середні точки горизонтального та вертикального країв і розмістити невелику дискретну точку на перетині ліній, проведених з відповідних вертикальних та горизонтальних країв. (Іншими словами, створіть вікно з чотирма панелями, але позначте лише центр, а не лінії, що перетинаються.)
15. Попросіть студентів виконати наступні кроки (описані на робочому аркуші учнів):
    ● Помістіть аркуш прозорості на малюнок і за допомогою одного з постійних маркерів попросіть члена групи скопіювати малюнок.
    ● Використовуючи креслення на папері та створений на прозорості, намалюйте ще дві копії в кожному з решти кольорів. Коли ви закінчите, у вас має бути чорне зображення на білому папері та дублікати зображень на плівки, по одному з червоного, зеленого та блакитного (або синього). Відкладіть чорний малюнок убік.
    ● Покладіть чистий аркуш паперу на стіл або стіл. Покладіть два з трьох зображень прозорості зверху так, щоб вони точно перекривалися. Подивіться на зображення через 3D -окуляри тих самих кольорів. Наприклад, якщо ви вибрали зелене та червоне зображення, використовуйте зелені/червоні окуляри.
    ● Акуратно розсуньте зображення, спостерігаючи, коли 3D -зображення «спливе». В якому напрямку їх потрібно рухати? Коли зображення з’являться, виміряйте відстань між ними.
    ● Повторіть кроки 3 та 4 для інших комбінацій, щоб у вас були дані про «зелений/червоний», «червоний/блакитний». Якщо у вас є час, спробуйте поєднати блакитний з зеленим за допомогою будь -якого набору окулярів і запишіть результати. Члени команди повинні вказати комбінацію, яка їм найкраще підходить. Зверніть увагу, скільки людей може побачити 3D -ефект для кожної комбінації. Зверніть увагу на відстань, на якій зображення з'явилося для кожної людини.
    ● Запишіть результати на стіл, який надає ваш учитель, щоб весь клас міг зробити висновки. Будьте готові внести свої висновки до остаточного аналізу.
16. Поки учні працюють, створіть сітку на дошці (або на фліпчарті), де перша колонка визначає кожну команду. Мітки для інших стовпців мають бути такими:
    • бажана технологія
    • найкраща відстань для зеленого/червоного
    • найкраща відстань для червоного/блакитного
    • найкраща відстань для блакитного/зеленого

    Нагадуйте своїм учням ввести свої дані, перш ніж вони завершать свій робочий простір.

17. Під час підведення підсумків обговорюйте результати, а також обговорюйте різницю між пошуковою та експериментальною діяльністю. Попросіть своїх учнів зробити висновки зі свого спільного збору даних. Киньте їм виклик щодо того, як галузь може діяти на основі їх результатів.
18. Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, дивіться розділ “Копати глибше”.

Урок можна зробити лише за 1 клас для старших учнів. Однак, щоб допомогти студентам почуватися поспішно і забезпечити успіх студентів (особливо для молодших школярів), розділіть урок на два періоди, що дає студентам більше часу на мозковий штурм, перевірку ідей та доопрацювання їх дизайну. Проведіть тестування та опис у наступному класі.

Інтернет-з'єднання

• Побудова світів у віртуальній реальності: вивчення кар’єри в інженерії та технологіях. https://ieeetv.ieee.org/careers/building-worlds-in-virtual-reality-exploring-careers-in-engineering-and-technology

VR Technology

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

Пограйте з окулярами -анагліфами:

• Як працюють 3D -окуляри? - Миттєвий яєчний голів #22 (Scientific American): https://youtu.be/sc47Yna8rZE
• Веб -сайт для перегляду через 3D -окуляри: http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Зробіть свої окуляри самостійно: http://www.wikihow.com/Make-Your-Own-3D-Glasses

Відео для перегляду в 3D

• 3D зелений/червоний: https://www.youtube.com/watch?v=QalbbipAW2w
• 3D зелений/червоний: https://www.youtube.com/watch?v=YuAAhnBfi54
• 3D червоний/блакитний: https://www.youtube.com/watch?v=fScKyTiMNwc
• 3D червоний/блакитний: https://www.youtube.com/watch?v=bWD5K9x3GmY

Рекомендована література

• Простий огляд анагліфів - http://www.math.brown.edu/~banchoff/Yale/project14/glasses.html
• Людське око - https://en.wikipedia.org/wiki/Human_eye
• Сприйняття глибини - https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_perception
• Стереоскопія - https://en.wikipedia.org/wiki/Stereoscopy
• Дисплеї на голові- https://en.wikipedia.org/wiki/Head-mounted_display
• Анагліф 3D - https://en.wikipedia.org/wiki/Anaglyph_3D

Письмова діяльність

Запишіть свої висновки щодо технології анагліфів. Цей урок був зосереджений на зеленому/червоному та червоному/блакитному. Що вам підходило краще і чому? Це не єдині альтернативи 3D -окулярам. Дослідіть в Інтернеті, які інші альтернативи існують. Створіть аргументи для своєї улюбленої технології: чи це дає кращий досвід, чи дешевше? Як на це впливає індустрія кіно/онлайн -відео?

Вирівнювання навчальних програм

Примітка: Усі плани уроків у цій серії узгоджуються зі Стандартами комп’ютерних наук K-12 Асоціації комп’ютерних наук, Загальноосновними державними стандартами математики США, а також, якщо застосовується, також до Національної ради вчителів математики „Принципи та стандарти для школи”. Математика, Стандарти Міжнародної асоціації технологічної освіти для технологічної грамотності та Національні стандарти наукової освіти США, які були розроблені Національною науковою радою.

Національні стандарти наукової освіти 5-8 класи (10-14 років)

ЗМІСТ СТАНДАРТ E: Наука і техніка

В результаті діяльності всі студенти повинні розвиватися

• Розуміння про науку і техніку 

Наукові стандарти та практики наступного покоління 6-8 класи (вік 11-14)

Практика 2: Створення та використання моделей

• Розробити та / або використовувати модель для створення даних для перевірки уявлень про явища в природних або спроектованих системах, включаючи ті, що представляють вхідні та вихідні дані, та ті, що не спостерігаються.

Практика 5: Використання математики та обчислювального мислення

• Використовуйте математичні, обчислювальні та/або алгоритмічні уявлення про явища або проектні рішення для опису та/або підтвердження тверджень та/або пояснень

Принципи та стандарти шкільної математики (для всіх вікових груп)

Представництва

• Використовуйте уявлення для моделювання та інтерпретації фізичних, соціальних та математичних явищ

Загальноприйняті державні практики та стандарти шкільної математики

• MATH.PRACTICE.MP4 Модель з математикою.

Стандарти технологічної грамотності - всі віки

         Природа технологій

• Стандарт 2: Студенти розвинуть розуміння основних понять технології.

CSTA K-12 Стандарти комп’ютерних наук 3-6 класи (вік 11-14)

5.1 Рівень 1: Інформатика та я (L1)

Громадські, глобальні та етичні наслідки (ІС)

2. Визначте вплив технологій (наприклад, соціальних мереж, кібер -булінгу, мобільних обчислень та зв’язку, веб -технологій, кібербезпеки та віртуалізації) на особисте життя та суспільство.

CSTA K-12 Стандарти комп’ютерних наук 6-9 класи (вік 11-14)

5. 2 Рівень 2: Інформатика та співтовариство (L2)

• Співпраця (CL)

3. Співпрацюйте з однолітками, експертами та іншими, використовуючи спільні практики, такі як парне програмування, робота в командах проектів та участь у групових активних навчальних заходах.

CSTA K-12 Стандарти комп’ютерних наук 9-12 класи (вік 14-18)

5.3.A   Комп’ютерні науки в сучасному світі (MWJ)

• Обчислювальне мислення (КТ)

8. Використовуйте моделювання та моделювання для представлення та розуміння природних явищ.

CSTA K-12 Стандарти комп’ютерних наук 9-12 класи (вік 14-18)

5.3.B Поняття та практика інформатики

• Обчислювальне мислення (КТ)

8. Використовуйте моделі та моделювання, щоб допомогти сформулювати, уточнити та перевірити наукові гіпотези.

Ресурси учнів: Підбиття підсумків вивченого.

Ваш вчитель показав вам кілька відео та веб -сайтів про технології віртуальної реальності. На цій сторінці створіть власний ресурс термінології. Попрацюйте зі своїми товаришами по команді, щоб узгодити відповіді, або скористайтесь Інтернетом, щоб знайти інформацію, яку ви не пам’ятаєте.

1. Коротко поясніть, що таке віртуальна реальність і як вона працює.

2. Стереоскопічні окуляри Anaglyph створюють ілюзію "3D". Чому це працює - тобто, як це обманює ваші очі?

3. Технологія позначена зеленим/червоним, червоним/блакитним. Порядок має значення. Чому?

4. Це урок «обчислення». Яке це має відношення до обчислень?

Робочий лист учнів 1:

Цей аркуш допоможе вам ознайомитися з технологією 3D VR та технологією анагліфів. Ваш вчитель об’єднав ваш клас у команди. Виконайте цю вправу як команда, і будьте готові запропонувати члену вашої команди представити свої висновки. Ця діяльність є неофіційним дослідженням.

1. Як група, заповніть сторінку ресурсу. Якщо ви не знаєте відповіді на щось, запитайте людей з іншої групи. Якщо ніхто в класі не пам’ятає, зайдіть в Інтернет і знайдіть відповіді. Ця техніка пошуку відповідних ресурсів має вирішальне значення для обчислень. Коли технології настільки нові і не часто добре документовані, здатність проводити фонові дослідження має вирішальне значення.
2. Ваше наступне завдання - зробити деякі неформальні дослідження. Ваш вчитель надасть вам деякі зображення або на екрані комп’ютера, або на папері. Деякі призначені як "зелені/червоні", інші - як "червоні/блакитні". У своїй групі дайте відповіді на наступні запитання, а потім придумайте свої додаткові запитання.
   1. Чи дійсно кожен у вашій групі може отримати 3D -ефект? Якщо ні, то чому?
   2. Чи можна побачити зелені/червоні зображення в червоних/блакитних окулярах?
   3. Яка технологія працює краще? Чому? Ви всі згодні?
   4. Що станеться, якщо поставити окуляри догори дном? Вони все ще працюють? Якщо ні, то чому б і ні?
3. Протягом наступної години ви проведете офіційне тестування у 3D -окулярах. Для підготовки вам потрібно буде створити просте 3D -зображення. У своїй групі прийміть рішення, яке зображення використовувати для експерименту. Вам потрібно буде намалювати зображення в трьох кольорах на прозорості. Якщо у вас є час, ви можете почати малювати або просто відзначити тут запропоноване зображення. Або намалюйте зображення на зворотному боці паперу. Що слід пам’ятати: Будьте прості: вам доведеться намалювати зображення чотири рази. Подумайте, які зображення дадуть найкращий ефект.

Робочий лист учнів 2:

Цей аркуш допоможе вам експериментувати з 3D -окулярами. 

Матеріали по темі:

• Два аркуші білого паперу.
• Три аркуші прозорості.
• Три постійних маркери, по одному червоного, зеленого та блакитного.
• Лінійка.
• Олівець або ручка для запису результатів на цій сторінці.
• Непостійний чорний маркер для написання на папері для створення оригінального зображення.
• 3D -окуляри, принаймні по одному зеленого/червоного та червоного/блакитного кольору.

Голи:

1. Збирати дані про те, яка технологія є кращою, зелений/червоний або червоний/блакитний.
2. Для визначення оптимальної відстані для двох зображень. (Ваш клас повинен узгодити, що означає «відстань між двома зображеннями».

Завдання:

1. Попросіть члена вашої команди намалювати на аркуші паперу дуже просте зображення. (Можливо, ви підготували це за першу годину.) Позначте центр зображення так, як обговорив ваш учитель. Ваш учитель може надати зразки зображень.
   
2. Покладіть на малюнок аркуш прозорості та за допомогою одного з постійних маркерів попросіть члена вашої команди скопіювати малюнок.
3. Використовуючи малюнок на папері і той, що створений на прозорості, намалюйте ще дві копії в кожному з решти кольорів. Коли ви закінчите, у вас має бути чорне зображення на білому папері та дублікати зображень на плівки, по одному з червоного, зеленого та блакитного (або синього). Відкладіть малюнок чорним кольором.
4. Покладіть чистий аркуш паперу на стіл або стіл. Покладіть два з трьох зображень прозорості зверху так, щоб вони точно перекривалися. Подивіться на зображення через 3D -окуляри тих самих кольорів. Наприклад, якщо ви вибрали зелене та червоне зображення, використовуйте зелені/червоні окуляри.
5. Акуратно розсуньте зображення, спостерігаючи, коли 3D -зображення «спливе». В якому напрямку їх потрібно рухати? Коли зображення з'являться, виміряйте відстань між ними.
   
6. Повторіть кроки 4 і 5 для інших комбінацій, щоб у вас були дані про «зелений/червоний», «червоний/блакитний». Якщо у вас є час, спробуйте поєднати блакитний з зеленим за допомогою будь -якого набору окулярів і запишіть результати. Члени команди повинні вказати комбінацію, яка їм найкраще підходить. Зверніть увагу, скільки людей може побачити 3D -ефект для кожної комбінації. Зверніть увагу на відстань, на якій зображення з'явилося для кожної людини.

Запишіть свої результати на стіл, який надає ваш учитель, щоб весь клас міг зробити висновки. Будьте готові внести свої висновки до остаточного аналізу.