虚拟现实原理与应用课程教学大纲.docx

《虚拟现实原理与应用》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程代码课程名称：虚拟现实原理与应用

英文名称：VirtualRealityPrinciplesandApplications

课程类别：专业基础课

学时：48

学分：3

适用对象:数字媒体(艺术)专业

考核方式：考查

先修课程：数字信号处理基础\流媒体技术\交互设计原理与技术

二、课程简介

虚拟现实技术是一种综合多学科的计算机软硬件和网络应用技术，涉及众多研究和应用领域。增强现实（混合现实）技术是基于三维建模环境虚拟仿真技术发展起来的新技术，是由计算机系统提供给用户对现实世界感知、虚实融合交互的技术，是多维度多层次信息的空间整合。中文狭义上的虚拟现实技术指具有沉浸感、交互性和想象力的三维仿真技术。中文广义上虚拟现实技术是虚拟仿真技术、增强现实技术和混合现实技术三者的统称。本课程主要介绍虚拟现实和增强现实的相关技术原理和常见应用，通过三维虚拟仿真应用案例和实例操作帮助学生构建完整的虚拟现实知识体系。

学生通过对本课程的原理学习和实验，应了解虚拟现实的研究对象、应用领域和发展动态；了解其计算体系结构和核心技术、虚拟现实系统的输入输出设备、三维建模和仿真技术、增强现实、移动增强现实和混合现实系统的核心技术、开发工具和主要应用，掌握一定的开发技术。

三、课程性质与教学目的

课程性质：数字媒体专业课

教学目的：通过对虚拟现实和增强现实的相关技术原理和常见应用的介绍，以及三维虚拟仿真应用案例和实例操作帮助学生构建完整的虚拟现实知识体系。

四、教学内容及要求

第一章虚拟现实概述

目的与要求

了解虚拟现实的概念、特征和发展史

了解虚拟现实系统的组成和分类

了解虚拟现实系统的研究对象和应用领域

【思政1】：虚拟现实头盔技术产生于20世纪60年代，70~80年代美国军方推动了VR技术，80年代出现VR一词，当时虽然还没有消费虚拟现实产品出现，但全球很多学术机构和军方研究实验室都在研发这一尖端技术。90年代VR技术渐入民间，在90年代末~21世纪初形成VR社交热潮。21世纪初VR技术迭代越来越快，离大众越来越近，2013年出现了Oculus头盔，带动了全球VR热潮。2016年随着大量资金涌入形成全面市场热化，而后渐渐冷却回落，现在回归理性发展。虚拟现实技术的应用范围很广，涉及医学、娱乐与艺术、军事和航天模拟演练、管理工程、建筑、房地产、工业仿真、文物古迹数字保护、影视游戏、地理信息、教育培训等等。

教学内容

虚拟现实的定义、特征和特性、系统的组成

虚拟现实的主要应用作品欣赏（视频）

虚拟现实系统的4种不同类型

虚拟现实技术的主要研究对象

虚拟现实的发展史

教学执行计划书、实验教学大纲、参考资料介绍

教学方法与手段

课堂讲授+多媒体教学+Blackboard网络平台回顾+PBL教学；以下各章同

第二章虚拟现实的计算体系结构

（一）目的与要求

理解虚拟现实引擎的构建是虚拟现实开发的框架和基础

了解虚拟现实系统的概念性结构、基于工作站、移动平台和一体机的体系结构

了解分布式虚拟环境的网络拓扑结构及其在远程医疗手术、大规模、跨域和多维多场景信息可视化交互分析和仿真模拟中的集成应用

理解虚拟现实引擎中图形和触觉绘制流水线的基本工作原理（待定）

【思政2】在虚拟现实系统中虚拟现实引擎起着至关重要的作用，在整个系统中处于核心地位。它负责整个虚拟世界的实时渲染、用户和虚拟世界的实时交互计算等功能。虚拟现实引擎生成的虚拟世界具有高度复杂性，尤其在医学仿真等大规模复杂场景中，渲染虚拟世界所需计算的数据量巨大。

教学内容

绘制流水线

虚拟现实系统的概念性结构、基于工作站、移动平台和一体机的体系结构

分布式虚拟环境的网络拓扑结构

第三章虚拟现实系统的输入输出设备

（一）目的与要求

了解虚拟现实系统中跟踪器、三维鼠标、游戏手柄、手势运动感应和无线体感设备（如数据手套、数据衣）等用于实时捕捉用户输入的设备；掌握跟踪器的概念、主要的跟踪技术及手势接口的工作原理

了解目前主要应用的输出设备是视觉、听觉和触觉（力觉）的设备，基于味觉、嗅觉等的设备有待开发研究；掌握图形显示设备、声音显示设备、接触反馈设备和力反馈设备的概念和应用

【思政3】随着科学的不断进步，更新更便利的输入设备会不断出现，如直接用意念控制的脑波识别，这或许是输入的终极形态

【思政4】虚拟现实技术在今后的发展中依然会遵循“低成本、高性能”的原则，主要的发展方向为动态环境建立技术、实时三维图像生成与显示、研制新型交互设备、智能语音虚拟建模、应用大型分布式网络虚拟现实。随着虚拟现实在越来越多的领域的应用与发展，其必将给人类带来巨大的经济和社会效益。

【思政5】混合跟踪器未来发展重点是视觉