（中职）【02】虚拟现实技术与应用教案 第5章 虚拟现实及增强现实技术应用电子教案.doc

（中职）【02】虚拟现实技术与应用教案 第5章 虚拟现实及增强现实技术应用电子教案虚拟现实技术概论教案 授课班级班级人数授课教师课题序号授课课型授课课时4课时授课章节名 称第5章 VR/AR/虚拟/增强现实应用技术教学目标知识目标了解虚拟/增强现实应用技术在航空航天和军事领域、工业仿真设计和机械制造、信息地理与城市规划、虚拟医学领域、虚拟旅游与考古领域、虚拟教育及网上购物、虚拟游戏设计中的应用。技能目标能把握虚拟/增强现实技术的应用途径，指导专业实践。情感目标1. 培养勤于思考、举一反三的学习习惯；2. 培养良好的团队合作精神。教学重点虚拟/增强现实应用技术在不同领域的应用方式教学难点设计策划虚拟/增强现实应用技术应用方案教学方法讲授法、自主学习法、探究法、小组讨论法教学资源教材、网络资源、教学视频、相关PPT，多媒体教室板书设计第5章 VR/AR/虚拟/增强现实应用技术 知识学习1. 在航空航天和军事领域中的应用2. 在工业仿真设计和机械制造领域中的应用3. 信息地理与城市规划4. 虚拟医学领域中的应用5虚拟旅游与考古领域中应用6. 虚拟教育及网上购物中的应用7. 虚拟游戏设计技能训练设计策划虚拟/增强现实应用技术应用方案教 学 过 程主 要 教 学 内 容 及 步 骤教师活动学生活动教学目标【一】导入新章节前面我们讲到了虚拟/增强现实的原理、常用的可穿戴设备，也提及了一些应用的案例，在接下来的4节课中，我们将从七个领域一起来了解虚拟/增强现实的具体应用。【二】新 授第5章 VR/AR/虚拟/增强现实应用技术学习目标 1.知识目标 了解虚拟/增强现实应用技术在航空航天和军事领域的应用； 了解虚拟/增强现实应用技术在工业仿真设计和机械制造领域的应用； 了解虚拟/增强现实应用技术在信息地理与城市规划中的应用；了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟医学领域的应用；了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟旅游与考古领域的应用；了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟教育及网上购物中的应用了解虚拟游戏设计 2.技能目标 能应用智能可穿戴设备进行基本的VR/AR体验。5.1 在航空航天和军事领域中的应用案例引出 小组讨论分析案例中虚拟现实技术在航空航天领域和军事领域的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）1.美国国家航空航天局（NASA）的科学家将VR技术作为了解火星景观的一种方式，任务模拟一直都是太空探索的重要环节，因为它能帮助宇航员为未知的环境做好准备。现在VR（虚拟现实）头盔的用户们有福了，美国国家航空航天局（NASA）打算推出Mars 2030项目，将为VR爱好者提供红色星球上的虚拟现实体验。除了用于实际训练，VR还是一个很好的宣传手段，它能帮助分享航空航天工作，让更多人知道自己为人类未来着想的崇高使命，也能激发更多的年轻人探索太空。2.在模拟虚拟战场环境中，采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上真实体验战场环境、熟悉将作战区域的环境特征。用户通过必要的设备可与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。虚拟战场环境的实现方法可通过相应的三维战场环境图形图像库，包括作战背景、战地场景、各种武器装备和作战人员等。通过背景生成与图像合成创造一种险象环生、几近真实的立体战场环境。使演练者“真正”进入形象逼真的战场。可以增强受训者的临场感觉，大大提高部队的训练质量。拓展思考除讲到的应用途径，思考在航空航天领域和军事领域还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.2 在工业仿真设计和机械制造领域的应用案例引出小组讨论分析案例中虚拟现实技术在工业仿真设计和机械制造领域的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）虚拟工业仿真设计正对现代工业进行一场前所未有的革命，当今世界工业已经发生了巨大的变化，先进科学技术的应用显现出巨大的威力，虚拟现实已经被世界上一些大型企业广泛地应用到工业的各个环节，对企业提高开发效率，加强数据采集、分析、处理能力，减少决策失误，降低企业风险起到了重要的作用。虚拟现实技术的引入,将使工业设计的手段和思想发生质的飞跃,更加符合社会发展的需要,可以说在工业设计中应用虚拟现实技术是可行且必要的。在虚拟工业仿真的应用中可生产、检测、组装和测试各种模拟物体或零件。它包括生产、加工、装配、制造以及工业概念设计等。世界各发达国家均致力于虚拟制造的研究与应用，他们研究所取得的成果是有目共睹的，如波音777的整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，使其开发周期从过去8年时间缩短到5年。在工业仿真设计中，目前国外已提出两种基于虚拟现实的工业仿真设计方法。一种是增强可视化，它利用现有的CAD系统产生模型，然后将模型输入到虚拟现实环境中，用户充分利用各种增强效果设备如头盔显示器等产生身临其境感受。另一种是VR-CAD系统，设计者直接在虚拟环境中参与设计。拓展思考除讲到的应用途径，思考在工业仿真设计和机械制造领域还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.3 在信息地理与城市规划中的应用案例引出小组讨论分析案例中在信息地理与城市规划中的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）1虚拟现实技术把三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物及市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观，可以进行诸如查询、量测、漫游、飞行浏览等一系列操作，满足数字城市技术由二维GIS向三维虚拟现实的可视化发展需要，为城建规划、社区服务、物业管理、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。 2.虚拟现实技术可以广泛的应用在城市规划设计的各个方面，利用虚拟现实技术展现城市规划设计虚拟现实系统深刻体验沉浸感和互动性不但能够给用户带来强烈、逼真的感官冲击，获得身临其境的体验，还可以通过其数据接口在实时的虚拟环境中随时获取项目的数据资料，方便大型复杂工程项目的规划、设计、投标、报批、管理，有利于设计与管理人员对各种规划设计方案进行辅助设计与方案评审。虚拟现实所建立的虚拟环境是由基于真实数据建立的数字模型组合而成，严格遵循工程项目设计的标准和要求建立逼真的三维场景，对规划项目进行真实的场景“再现”。用户在三维场景中自主漫游、人机交互以及动态感知等，这样很多不易察觉的设计缺陷能够轻易地被发现，减少由于事先规划不周全而造成的无可挽回的损失与遗憾，大大提高了项目的评估质量。 运用虚拟现实系统，我们可以很轻松随意的进行修改，改变建筑高度，改变建筑外立面的材质、颜色，改变绿化密度，只要修改系统中的参数即可。从而大大加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，也节省了大量的资金提供合作平台。 虚拟房地产开发随着房地产业竞争的加剧，传统的展示手段如平面图、表现图、沙盘、样板房等已经远远无法满足消费者的需要。因此敏锐把握市场动向，果断启用最新的技术并迅速转化为生产力，可以领先一步击溃竞争对手。虚拟现实技术是集成影视、广告、动画、多媒体、网络科技于一身的新型房地产营销方式，在国内的广州、上海、北京等大城市，国外的加拿大、美国等经济和科技发达的国家都非常热门，是当今房地产行业一个综合实力的象征和标志，其最主要的核心是房地产销售，同时在房地产开发中的其他重要环节包括申报、审批、设计、宣传等方面都有着非常迫切的需求。拓展思考除讲到的应用途径，思考在信息地理与城市规划还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.4虚拟医学领域中的应用案例引出小组讨论分析案例中虚拟现实技术在虚拟医学领域中的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）虚拟现实技术在医学方面的应用具有十分重要的现实意义。在虚拟环境中，可以建立虚拟的人体模型，借助于跟踪球、HMD、感觉手套，学生可以很容易了解人体内部各器官结构，这比现有的采用教科书的方式要有效得多。Pieper及Satara等研究者在90年代初基于两个SGI工作站建立了一个虚拟外科手术训练器，用于腿部及腹部外科手术模拟。这个虚拟的环境包括虚拟的手术台与手术灯，虚拟的外科工具（如手术刀、注射器、手术钳等），虚拟的人体模型与器官等。借助于HMD及感觉手套，使用者可以对虚拟的人体模型进行手术。但该系统有待进一步改进，如需提高环境的真实感，增加网络功能，使其能同时培训多个使用者，或可在外地专家的指导下工作等。另外，在远距离遥控外科手术，复杂手术的计划安排，手术过程的信息指导，手术后果预测及改善残疾人生恬状况，乃至新型药物的研制等方面，虚拟现实技术都有十分重要的意义。拓展思考除讲到的应用途径，思考在虚拟医学领域还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.5虚拟旅游与考古领域中应用案例引出小组讨论分析案例中虚拟现实技术在虚拟旅游与考古领域中的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）1虚拟现实技术在旅游行业一个重要应用是对旅游景区的建设规划，既能展现景区每个角落的精心布置，也能轻松预览整体的规划效果，而且具备景区管理功能，管理景区地面、设备设施以及相关数据等，使景区的规划建设得到完美的展现。虚拟现实技术引入旅游产业中，可以对已存在真实旅游场景进行模拟，将美好的自然风光永久的保存，实现实际景观向虚拟空间移植和再现，同时加入漫游、鸟瞰、行走，自助漫游、选择旅游路线等，体验身临其境的真实的感受。不必长途跋涉也能感受大好河山的秀丽壮观的自然景观，文物古迹、高楼大厦的气势磅礴。虚拟现实技术也可以在旅游教学、导游培训等方面的应用具有重大意义，借助虚拟的景区，与景区实现交互，轻松自由游览风景名胜古迹，学习旅游景区、景点、景观的历史文化知识等。虚拟现实3D技术不断发展的趋势，是虚拟现实技术融入到各个行业中，在虚拟旅游方面的发展更是一支独秀。2.虚拟文物古迹随着虚拟现实技术的发展和普及，虚拟考古逐渐兴起。利用虚拟现实技术对文物古迹进行仿真和重现，对遗失古代文明利用虚拟现实技术进行虚拟构建和再现，使浏览者体验远古时期人类生活、环境及古迹。利用虚拟现实技术仿真白垩纪时代的场景，重现各种已经消失的动物、植物以及自然景观等。利用虚拟现实技术结合网络技术可以将文物的展示、保护提高到一个崭新的阶段。首先表现在将文物实体通过影像数据采集手段，建立起实物三维或模型数据库，保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源，实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。 其次利用这些技术来提高文物修复的精度和预先判断、选取将要采用的保护手段，同时可以缩短修复工期。 通过计算机网络来整合统一大范围内的文物资源，并且通过网络在大范围内来利用虚拟技术更加全面、生动、逼真地展示文物古迹，从而使文物古迹脱离地域限制，实现资源共享，真正成为全人类可以“拥有”的文化遗产。使用虚拟现实技术可以推动文博行业更快地进入信息时代，实现文物古迹展示和保护的现代化。拓展思考除讲到的应用途径，思考在虚拟旅游与考古领域还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.6虚拟教育及网上购物中的应用案例引出小组讨论分析案例中虚拟现实技术在虚拟教育及网上购物中的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）1.虚拟现实应用于教育是教育技术发展的一个飞跃。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来获得知识、技能的新型学习方式。国内许多高校都在积极研究虚拟现实技术及其应用，并相继建起了虚拟现实与系统仿真的研究室，将科研成果迅速转化实用技术，如北京航天航空大学在分布式飞行模拟方面的应用；浙江大学在建筑方面进行虚拟规划、虚拟设计的应用；哈尔滨工业大学在人机交互方面的应用；清华大学对临场感的研究等都颇具特色。有的研究室甚至已经具备独立承接大型虚拟现实项目的实力。 虚拟学习环境虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，如建造人体模型、电脑太空旅行、化合物分子结构显示等，在广泛的科目领域提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程。亲身去经历、亲身去感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。 虚拟实验利用虚拟现实技术，可以建立各种虚拟实验室，如地理、物理、化学、生物实验室等等，拥有传统实验室难以比拟的优势： （1）节省成本：通常我们由于设备、场地、经费等硬件的限制。许多实验都无法进行。而利用虚拟现实系统，学生足不出户便可以做各种实验，获得与真实实验一样的体会。在保证教学效果的前提下，极大的节省了成本。 （2）规避风险：真实实验或操作往往会带来各种危险，利用虚拟现实技术进行虚拟实验，学生在虚拟实验环境中，可以放心地去做各种危险的实验。例如：虚拟的飞机驾驶教学系统，可免除学员操作失误而造成飞机坠毁的严重事故。 （3）打破空间、时间的限制：利用虚拟现实技术，可以彻底打破时间与空间的限制。大到宇宙天体，小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察。一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生观察。例如，生物中的孟德尔遗传定律，用果蝇做实验往往要几个月的时间，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。利用虚拟现实技术建立起来的虚拟实训基地，其“设备”与“部件”多是虚拟的，可以根据需求随时生成新的设备。教学内容可以不断更新，使实践训练及时跟上技术的发展。同时，虚拟现实的沉浸性和交互性，使学生能够在虚拟的学习环境中扮演一个角色，全身心地投入到学习环境中去，这非常有利于学生的技能训练。包括军事作战技能、外科手术技能、教学技能、体育技能、汽车驾驶技能、果树栽培技能、电器维修技能等各种职业技能的训练，由于虚拟的训练系统无任何危险，学生可以不厌其烦地反复练习，直至掌握操作技能为止。如在虚拟的飞机驾驶训练系统中，学员可以反复操作控制设备，学习在各种天气情况下驾驶飞机起飞、降落，通过反复训练，达到熟练掌握驾驶技术的目的。2.虚拟现实三维立体的表现形式，能够全方位地展现一个商品，企业利用虚拟现实技术将他们的产品发布成网上三维的形式，能够展现出逼真产品造型，通过交互体验身临其境的感受，演示产品的功能和使用操作，充分利用互联网高速迅捷的传播优势来推广公司的产品。虚拟显示网上电子商务，将销售产品展示做成在线三维立体的形式，顾客通过对三维立体产品的观察和操作互动能够对产品有更加全面的了解和认识，使客户购买商品的几率大幅增加，为企业和销售者带来更加丰厚的利润。使用Web3D实现网络上的虚拟现实展示，构建一个三维场景，人以第一视角在虚拟空间漫游穿行。场景和控制者之间能产生交互，在虚拟现实三维立体场景中使人产生身临其境的感觉。对于虚拟展厅、建筑房地产虚拟漫游展示，提供了有效的解决方案。拓展思考除讲到的应用途径，思考在虚拟教育及网上购物中还有哪些应用途径？实现哪些功能？5.7虚拟游戏设计案例引出小组讨论分析案例中虚拟游戏设计的应用效果，虚拟现实技术解决了什么问题？知识学习（配合本节视频教学资源进行讲解。）1. 虚拟游戏设计虚拟现实在游戏设计中三维游戏既是虚拟现实技术主要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起到了巨大的需求牵引作用。 尽管存在众多的技术难题，虚拟现实技术在竞争激烈的游戏市场中还是得到了越来越多的重视和应用。电脑游戏自产生以来，一直都在朝着虚拟现实的方向发展，虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。从最初的文字MUD游戏，到二维游戏、三维游戏，再到网络三维游戏，游戏在保持其实时性和交互性的同时，逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。随着三维技术的快速发展和软硬件技术的不断进步，在不远的将来，真正意义上的虚拟现实游戏必将为人类娱乐、教育和经济发展做出新的更大的贡献。2. 虚拟娱乐应用虚拟现实中丰富的感觉能力与3D显示环境使得虚拟现实成为理想的视频游戏工具。由于在娱乐方面对虚拟现实的真实感要求不是太高，故近些年来虚拟现实在娱乐领域发展极为迅猛。如Chicago（芝加哥）开放了世界上第一台大型可供多人使用的虚拟现实娱乐系统，其主题是关于3025年的一场未来战争；英国开发的称为“Virtuality”的虚拟现实游戏系统，配有HMD，大大增强了真实感；1992年的一台称为“Legeal Qust”的系统由于增加了人工智能功能，使计算机具备了自学习功能，大大增强了趣味性及难度，使该系统获该年度虚拟现实产品奖。3. 虚拟网龙华渔案例应用网龙华渔与福建省政府共同建立中国福建VR产业基地，开始进行VR大产业的生态布局，推动VR技术与游戏、教育、旅游等传统领域的融合。网龙华渔教育在VR方面的工作重心是内容制作，但最终要打造的是一个完全开放式的VR开发与设计平台，做一个教育生态系统。作为国内VR技术应用的先驱企业，网龙华渔教育已经将VR技术应用到教育、培训、科研等方面。本月中旬，在福建省福州市钱塘学区共同体活动上，网龙华渔教育给同学们分享了101VR沉浸教室带来的震撼感受。目前，网龙华渔教育通过福建省VR产业基地这一平台，不仅打造出了VR编辑器，还在不断生产各类精品内容素材。不久后，普通人只要通过VR编辑器，就能打造出属于自己的VR虚拟场景体验。拓展思考策划一款具有创意的虚拟游戏设计作品【三】小结与评价【四】作业布置尝试完成一个VR游戏的设计方案。讲授出示并分析本次课学习目标视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案 视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案视频案例展示组织小组讨论结合视频讲解知识组织小组讨论、研究方案教师引导总结小结、评价听讲、思考听讲、思考观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报观看案例视频讨论、研究、汇报听课、思考讨论、研究、汇报学生评价并小结培养对本节课内容学习兴趣目标导向引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在航空航天和军事领域的应用拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在工业仿真设计和机械制造领域的应用 拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在信息地理与城市规划中的应用拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟医学领域中的应用拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟旅游与考古领域中的应用拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在虚拟教育及网上购物中的应用拓展思维、培养创新思维引发学习兴趣培养分析能力了解虚拟/增强现实应用技术在游戏中的应用拓展思维、培养创新思维巩固本节课内容，分享成果，培养表达能力教后记（教学反思）感谢您的支持与使用14