第六单元 6.1 任务1 认识虚拟现实技术《数字媒体技术基础》（高教版）导学案

《数字媒体技术基础》高等教育出版社——导学案 编号：22 审核组：计算机专业教研组 班级： 姓名： 小组： 时间： 第六单元 6.1 虚拟现实技术 任务1 认识虚拟现实技术 【学习目标】 1.了解虚拟现实的概念。 2.理解虚拟现实的特征。 3. 理解虚拟现实的系统组成。 【重点难点】能够区分虚拟现实的特征、理解虚拟现实的系统组成。 【预习案】 任务一：虚拟现实的概念 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：什么是虚拟现实技术？它的核心目标是什么。 问题2：虚拟现实技术与传统的3D电影有什么本质区别。 任务二：虚拟现实的特征 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：虚拟现实技术具有哪三个主要特征？请简要说明每个特征的含义。 问题2：在虚拟现实体验中，用户转动头部时画面必须无延迟地跟随，这主要体现了哪个特征？为什么？ 任务三：虚拟现实的系统组成 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：一个典型的虚拟现实系统主要由哪四个部分组成？请简要说明每个部分的作用。 问题2：头戴式显示器（头显）属于哪一类设备？它可以分为哪两种类型？ 【预习自测】 1.下列关于虚拟现实技术的描述中，正确的是（ ） A.虚拟现实技术只能模拟视觉，无法模拟听觉和触觉 B.虚拟现实技术是一种利用计算机生成三维虚拟环境，并通过多种交互设备让用户与之进行自然交互的技术 C.虚拟现实技术与三维电影没有本质区别，只是称呼不同 D.虚拟现实技术必须使用头戴式显示器，不能使用其他设备 2.下列关于沉浸感的描述中，正确的是（ ） A.沉浸感仅包括视觉体验，不包括听觉和触觉 B.沉浸感越弱，用户越能感受到虚拟环境的真实性 C.沉浸感不仅包括视觉和听觉的逼真体验，还涉及触觉、嗅觉等多维度感官的模拟 D.沉浸感与计算机硬件性能无关 3.想象性也称为构想性或想象力，是设计者在创建虚拟环境时发挥创造力的空间。虚拟环境是由人类想象和创造出来的，它可以用于实现各种目标和场景。下列关于想象性的描述中，正确的是（ ） A.虚拟环境只能模拟现实世界，不能创造超越现实的场景 B.想象性限制了设计者的创造力，只能按照固定模板设计 C.设计者可以根据需要自由地构建和修改虚拟世界，创造出超越现实的奇幻场景或模拟现实世界的各种情境 D.想象性在虚拟现实系统中没有实际应用价值 【探究案】 【探究点一】 探究一：虚拟现实特征的体验与辨析 小明第一次体验VR游戏，他戴上头显后，发现自己站在一座高楼的楼顶边缘，脚下是万丈深渊。他小心翼翼地往前走了一步，画面立刻随之变化，他甚至能听到风吹过的声音。当他伸出手，虚拟的手也同步抬起，他试着去抓旁边的一个物体，物体真的被他“拿”了起来。 在这个体验中，哪些地方体现了沉浸感？哪些地方体现了交互性？ 小组讨论：完善下表，对比虚拟现实技术的三个特征。 特征 定义 实现目标 用户感受 技术支撑举例 沉浸感 高分辨率、低延迟、3D音效 交互性 手柄、数据手套、物理引擎 想象性 三维建模、场景设计 【探究点二】 探究二：虚拟现实系统的组成与协同工作 某公司开发一款VR游戏，需要让玩家在一个复杂的古城场景中探索，并与场景中的各种物品进行互动。这个VR游戏系统需要用到哪些组成部分？每个部分分别承担什么任务？ 小组讨论：如果计算机性能不足，无法达到90帧/秒的渲染速度，玩家可能会有什么感受？这对VR体验有什么影响？ 【探究点三】 探究三：VR设备的选购与性能对比 请你通过对电子产品市场（线上或线下）进行调研，探索主流产品的主要性能参数和价格，并做好记录。 参数 Meta Quest 3 显示屏类型 LCD 分辨率 2064×2208 (单眼) 刷新率 120 视场角 110° 交互方式 手柄/手势 适用场景 游戏、教育、健身、社交 价格 3599 (128GB) 核心特点/定位 标杆级一体机，混合现实体验优秀 小组讨论：比较外接式与一体式头显，完成下表。 类型 优点 缺点 适合场景 外接式头显 一体式头显 【小结】 背诵默写虚拟现实的概念、虚拟现实的特征、虚拟现实的系统组成。 【训练案】 1.一个典型的虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等部分组成。其中，计算机在虚拟现实系统中扮演的核心角色是（ ） A.仅用于存储数据，不参与运算 B.作为整个虚拟环境的“中枢系统”，承担虚拟场景的即时渲染处理、人机交互数据的实时运算等核心任务 C.只能连接显示器，不能连接其他设备 D.与普通办公电脑性能要求相同 2.虚拟现实体验馆希望为用户提供高度逼真的虚拟旅游体验，让用户仿佛真的置身于异国他乡的风景中。为了实现这一目标，体验馆需要让用户在视觉上看到逼真的三维场景，听觉上听到环境的声音，甚至通过特殊设备感受到微风拂面和阳光照射的温暖。这种让用户难以分辨真假、全身心投入虚拟环境的感受，在虚拟现实技术中被称为（ ） A.交互性 B.想象性 C.沉浸感 D.实时性 3.当玩家伸手抓住一个虚拟球体时，可以感受到球体的重量和质地，同时球体会根据玩家的抓握力度产生形变，松开手后球体落地并弹跳。这种玩家与虚拟环境之间的实时互动，体现了虚拟现实技术的______核心特征（ ） A.沉浸感 B.交互性 C.想象性 D.可视化 4.在虚拟现实系统中，用户需要采用自然的方式与虚拟世界进行交互，传统的鼠标和键盘基本无法实现这一功能。因此，需要使用特殊的交互设备来识别用户各种形式的输入。下列设备中，属于虚拟现实系统中常见的交互设备的是（ ） A.普通键盘和鼠标 B.VR手柄和数据手套 C.打印机和扫描仪\ D.投影仪和幕布 5.下列关于头显的描述中，正确的是（ ） A.头显只能用于显示二维图像，不能显示三维场景 B.头显可将用户对外界的视觉、听觉封闭，并引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉 C.头显不需要连接任何设备即可独立运行 D.头显只能用于游戏娱乐，不能用于其他领域 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 《数字媒体技术基础》高等教育出版社——导学案 编号：22 审核组：计算机专业教研组 班级： 姓名： 小组： 时间： 第六单元 6.1 虚拟现实技术 任务1 认识虚拟现实技术 【学习目标】 1.了解虚拟现实的概念。 2.理解虚拟现实的特征。 3. 理解虚拟现实的系统组成。 【重点难点】能够区分虚拟现实的特征、理解虚拟现实的系统组成。 【预习案】 任务一：虚拟现实的概念 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：什么是虚拟现实技术？它的核心目标是什么。 虚拟现实技术是一种由计算机生成、多感官、可交互的仿真系统。它的核心目标是通过高度仿真的视听、触觉甚至嗅觉反馈，让用户产生身临其境的感觉。 问题2：虚拟现实技术与传统的3D电影有什么本质区别。 传统的3D电影只能看，不能互动；虚拟现实技术可交互、可沉浸、可想象。 任务二：虚拟现实的特征 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：虚拟现实技术具有哪三个主要特征？请简要说明每个特征的含义。 1.沉浸感：内容不随时间变化，如文本、图片、静态图表等； 2.交互性：用户与虚拟环境进行实时互动，并得到反馈； 3.想象性：设计者发挥创造力，构建超越现实的虚拟世界。 问题2：在虚拟现实体验中，用户转动头部时画面必须无延迟地跟随，这主要体现了哪个特征？为什么？ 这体现了沉浸感的特征。因为任何延迟都会破坏身临其境的感觉，导致晕动症。 任务三：虚拟现实的系统组成 阅读教材相关内容，回答以下问题： 问题1：一个典型的虚拟现实系统主要由哪四个部分组成？请简要说明每个部分的作用。 1.计算机：数据处理和计算核心，负责渲染和运算。 2.输入输出设备：识别用户指令，反馈虚拟信息。 3.应用软件：构建虚拟世界的工具链。 4.数据库：存储和管理海量数据。 问题2：头戴式显示器（头显）属于哪一类设备？它可以分为哪两种类型？ 头戴式显示器属于输出设备，它可分为外接式头显和一体式头显两种类型。 【预习自测】 1.下列关于虚拟现实技术的描述中，正确的是（B） A.虚拟现实技术只能模拟视觉，无法模拟听觉和触觉 B.虚拟现实技术是一种利用计算机生成三维虚拟环境，并通过多种交互设备让用户与之进行自然交互的技术 C.虚拟现实技术与三维电影没有本质区别，只是称呼不同 D.虚拟现实技术必须使用头戴式显示器，不能使用其他设备 【解析】虚拟现实技术是一种利用计算机生成三维虚拟环境，并通过多种交互设备让用户与之进行自然交互的技术。A错误，VR可以模拟视觉、听觉、触觉等多维度感官；C错误，VR具有交互性，与三维电影不同；D错误，VR可使用多种输入输出设备。 2.下列关于沉浸感的描述中，正确的是（C） A.沉浸感仅包括视觉体验，不包括听觉和触觉 B.沉浸感越弱，用户越能感受到虚拟环境的真实性 C.沉浸感不仅包括视觉和听觉的逼真体验，还涉及触觉、嗅觉等多维度感官的模拟 D.沉浸感与计算机硬件性能无关 【解析】沉浸感不仅包括视觉和听觉的逼真体验，还涉及触觉、嗅觉等多维度感官的模拟。A错误，沉浸感是多维度的；B错误，沉浸感越强，真实感越强；D错误，沉浸感与硬件性能密切相关。 3.想象性也称为构想性或想象力，是设计者在创建虚拟环境时发挥创造力的空间。虚拟环境是由人类想象和创造出来的，它可以用于实现各种目标和场景。下列关于想象性的描述中，正确的是（C） A.虚拟环境只能模拟现实世界，不能创造超越现实的场景 B.想象性限制了设计者的创造力，只能按照固定模板设计 C.设计者可以根据需要自由地构建和修改虚拟世界，创造出超越现实的奇幻场景或模拟现实世界的各种情境 D.想象性在虚拟现实系统中没有实际应用价值 【解析】想象性允许设计者根据需要自由地构建和修改虚拟世界，创造出超越现实的奇幻场景或模拟现实世界的各种情境。A错误，可以创造超越现实的场景；B错误，想象性激发创造力；D错误，想象性有重要价值。 【探究案】 【探究点一】 探究一：虚拟现实特征的体验与辨析 小明第一次体验VR游戏，他戴上头显后，发现自己站在一座高楼的楼顶边缘，脚下是万丈深渊。他小心翼翼地往前走了一步，画面立刻随之变化，他甚至能听到风吹过的声音。当他伸出手，虚拟的手也同步抬起，他试着去抓旁边的一个物体，物体真的被他“拿”了起来。 在这个体验中，哪些地方体现了沉浸感？哪些地方体现了交互性？ 站在楼顶边缘的恐惧感、听到风声、画面随头部转动等地方体现了沉浸感。 伸手抓取物体，物体被“拿”起来等地方体现了交互性。 小组讨论：完善下表，对比虚拟现实技术的三个特征。 特征 定义 实现目标 用户感受 技术支撑举例 沉浸感 用户在虚拟环境中感受到的真实程度 让用户难以分辨真假 身临其境 高分辨率、低延迟、3D音效 交互性 用户与虚拟环境的实时互动能力 让用户从观察者变参与者 参与感、控制感 手柄、数据手套、物理引擎 想象性 设计者发挥创造力的空间 构建超越现实的虚拟世界 探索新奇体验 三维建模、场景设计 【探究点二】 探究二：虚拟现实系统的组成与协同工作 某公司开发一款VR游戏，需要让玩家在一个复杂的古城场景中探索，并与场景中的各种物品进行互动。这个VR游戏系统需要用到哪些组成部分？每个部分分别承担什么任务？ 1.计算机：渲染古城场景，处理交互数据 2.输入输出设备：头显显示画面，手柄接手操作 3.应用软件：游戏引擎整合资源，实现交互逻辑 4.数据库：存储古城模型、纹理、音效等 小组讨论：如果计算机性能不足，无法达到90帧/秒的渲染速度，玩家可能会有什么感受？这对VR体验有什么影响？ 可能会出现画面卡顿、延迟，破坏沉浸感，导致晕动症。 【探究点三】 探究三：VR设备的选购与性能对比 请你通过对电子产品市场（线上或线下）进行调研，探索主流产品的主要性能参数和价格，并做好记录。 参数 Meta Quest 3 PICO 4 Pro Varjo XR-4 显示屏类型 LCD LCD 微型OLED 分辨率 2064×2208 (单眼) 2160×2160 (单眼) 3840×3744 刷新率 120 90 90 视场角 110° 105° 120° 交互方式 手柄/手势 手柄/手势/眼动和面部追踪 手柄/眼动 适用场景 游戏、教育、健身、社交 游戏、健身、企业应用、社交 专业设计、训练 价格 3599 (128GB) 3799 (512GB) 数万 核心特点/定位 标杆级一体机，混合现实体验优秀 高性价比一体机，专注本土化与生态 为专业用户打造，拥有极高画质 小组讨论：比较外接式与一体式头显，完成下表。 类型 优点 缺点 适合场景 外接式头显 性能强，画质好 需要连接电脑，不便携 专业游戏、设计 一体式头显 便携，无需连线 性能受限 日常娱乐、健身 【小结】 背诵默写虚拟现实的概念、虚拟现实的特征、虚拟现实的系统组成。 【训练案】 1.一个典型的虚拟现实系统主要由计算机、输入输出设备、应用软件和数据库等部分组成。其中，计算机在虚拟现实系统中扮演的核心角色是（B） A.仅用于存储数据，不参与运算 B.作为整个虚拟环境的“中枢系统”，承担虚拟场景的即时渲染处理、人机交互数据的实时运算等核心任务 C.只能连接显示器，不能连接其他设备 D.与普通办公电脑性能要求相同 【解析】计算机是虚拟现实系统的“中枢系统”，主要承担虚拟场景的即时渲染处理、人机交互数据的实时运算等核心任务。由于虚拟世界构建具有极高的复杂度，对计算机硬件性能提出了非常高的标准和要求（B 正确）。 2.虚拟现实体验馆希望为用户提供高度逼真的虚拟旅游体验，让用户仿佛真的置身于异国他乡的风景中。为了实现这一目标，体验馆需要让用户在视觉上看到逼真的三维场景，听觉上听到环境的声音，甚至通过特殊设备感受到微风拂面和阳光照射的温暖。这种让用户难以分辨真假、全身心投入虚拟环境的感受，在虚拟现实技术中被称为（C） A.交互性 B.想象性 C.沉浸感 D.实时性 【解析】沉浸感是用户在虚拟环境中的主观感受，即用户在虚拟世界中所感受到的真实程度。理想情况下，这种虚拟环境应使用户难以分辨真假，全身心地投入到计算机创建的三维立体环境中，涉及视觉、听觉、触觉等多维度感官的模拟（C 正确）。 3.当玩家伸手抓住一个虚拟球体时，可以感受到球体的重量和质地，同时球体会根据玩家的抓握力度产生形变，松开手后球体落地并弹跳。这种玩家与虚拟环境之间的实时互动，体现了虚拟现实技术的______核心特征（B） A.沉浸感 B.交互性 C.想象性 D.可视化 【解析】交互性是虚拟现实技术的关键特征之一，它允许用户与虚拟环境进行实时互动。用户可以通过各种输入设备对虚拟环境中的对象进行操作，并立即得到相应的反馈。抓取物体、感受重量、物体弹跳等都属于交互性的体现（B 正确）。 4.在虚拟现实系统中，用户需要采用自然的方式与虚拟世界进行交互，传统的鼠标和键盘基本无法实现这一功能。因此，需要使用特殊的交互设备来识别用户各种形式的输入。下列设备中，属于虚拟现实系统中常见的交互设备的是（B） A.普通键盘和鼠标 B.VR手柄和数据手套 C.打印机和扫描仪\ D.投影仪和幕布 【解析】常见的虚拟现实交互设备主要有VR手柄和数据手套等，用于识别用户各种形式的输入，并实时生成反馈信息。鼠标键盘无法实现自然交互，打印机、扫描仪、投影仪等不属于VR交互设备（B 正确）。 5.下列关于头显的描述中，正确的是（B） A.头显只能用于显示二维图像，不能显示三维场景 B.头显可将用户对外界的视觉、听觉封闭，并引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉 C.头显不需要连接任何设备即可独立运行 D.头显只能用于游戏娱乐，不能用于其他领域 【解析】头戴式显示器可将用户对外界的视觉、听觉封闭，并引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。A错误，头显用于显示三维场景；C错误，外接式头显需要连接计算机；D错误，头显广泛应用于多个领域（B 正确）。 2 学科网（北京）股份有限公司 $