虚拟现实技术教学大纲

山东体育学院教育技术学专业

《虚拟现实与体育仿真》课程教学大纲

一、课程基本信息

（一）课程编号：1307441110；

（二）课程性质：必修课；

（三）课程总共54学时和3学分；

（四）课程简介：虚拟现实技术作为一种最为强大的人机交互技术，一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。本课程立足于虚拟现实的“3I”特性，从技术和应用两个方向全面系统地讲述虚拟现实的基础理论和实践技能，包括对虚拟现实最新硬件设备和高级软件技术的讲解，以及虚拟现实传统应用和最新应用的介绍。

推荐教材《虚拟现实技术》，刘光然等。

二、课程的教育目标

通过本课程的学习，使学生了解并掌握虚拟现实的基本概念和术语、系统组成及应用领域，了解虚拟现实的计算机体系结构、输入输出设备，以及有关的人的因素；结合上机实验，了解虚拟现实的建模技术，掌握应用系统开发的基本技能。

三、教学安排与学时分配

四、讲授内容

第一部分理论讲授内容

【教学要求】

1. 掌握VR系统的五个典型组成部分

2. 掌握3I特性

3. 了解虚拟现实技术的发展历史

4. 了解虚拟现实技术的发展趋势

第一节虚拟现实技术概述

3I特性；虚拟现实发展历史；虚拟现实技术分类

第二节虚拟现实技术组成部分

输入设备；输出设备；生成设备；虚拟演播室

第三节虚拟现实技术的应用与未来

虚拟现实技术的应用；虚拟现实技术的未来

第二章 VR输入设备

【教学要求】

1. 掌握VR的输入设备有哪些

2. 掌握三维位置跟踪器的原理

3. 掌握漫游和操纵接口

第一节输入设备跟踪器

惯性跟踪器；机械跟踪器；三维扫描仪；红外跟踪器

第二节漫游和操纵接口

跟踪球；三维探针；体感游戏手柄

第三章VR输出设备

【教学要求】

1.了解VR的输出设备有哪些？

2. 掌握图形显示设备

3. 掌握声音显示设备

4. 掌握立体成像原理

第一节 VR的输出设备

三维显示器；全息影像；立体现实技术；图形显示设备的分类

声音显示设备；三维声场；触觉反馈

第四章 VR的计算机体系结构

【教学要求】

1. 重点掌握绘制流水线构成。

2. 难点分布式虚拟环境设计。

第一节 VR的计算机体系结构

绘制流水线；基于PC的图形体系结构；基于工作站的体系结构第二节分布式VR体系结构

多流水线同步；联合定位绘制流水线，分布式虚拟环境

第五章 VR建模

【教学要求】

1. 掌握几何建模

2. 掌握运动建模

3．掌握行为建模

4. 掌握模型管理技术构成

5. 掌握物理建模

第一节 VR物理建模

三维重建；画家算法；逐渐消隐

第二节 VR几何建模

3MAX；MAYA；WEB3D

第三节VR行为建模

粒子系统；分形技术

第六章 VR编程

【教学要求】

1. 掌握VR开发工具包

2. 掌握VR World ToolKit工具集

3. 掌握JAVA 3D使用原理

几何建模与外观；场景图；传感器和动作函数第二节 VR开发工具包

传感器和行为；网络开发

第三节全景技术

鱼眼相机；全景地图；全景镜头

第七章 VR中人的因素

【教学要求】

1. 掌握VR专业术语

2. 掌握VR使用者表现

3. 掌握VR健康和社会安全问题

第一节 VR中人的因素

VR表现；VR使用；VR与社会

第八章传统的VR应用

【教学要求】

1. 了解VR的应用领域

2. 掌握VR在教育中的应用要求

第一节 VR在医疗中的应用

虚拟手术；信息可视化

第二节 VR在教育中的应用

虚拟游戏；三维重建；立体现实；虚拟博物馆

第九章 VRML编程

【教学要求】

1.重点：掌握VRML编程语法和技巧

2.难点：动画和交互的设计

第一节造型

群节点；编组节点；视点；锚点

第二节环境设计

第三节动画效果和交互

事件；路由；传感器；插补器

第四节 VRML实例编程

五、考核要求

闭卷标准考试，平时成绩包括作业、考勤和课堂表现，占30%，期末试卷成绩占70%。

六、实施大纲的措施与要求

1.本课程涉及的知识和技术有很强的实用性和前沿性，需要不断补充新的知识。

2. 本课程在授课时应注重理论讲解与实例演示教学模式。上课时采用多媒体教学方式，上课过程中除了讲清基本理论和基本方法外，还应该在课堂上通过多媒体手段现场演示程序的执行及编译器的使用。

七、主要参考文献

1. 陈怀友. 《虚拟现实技术》. 北京，清华大学出版社. 2012年。

2. 刘光然. 《虚拟现实技术》. 北京，清华大学出版社. 2011年。

3. 张菁. 《虚拟现实技术及应用》.北京，清华大学出版社.2011年。