《虛擬現實與人機交互》教學大綱

《虛擬現實與人機交互》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：22150241課程性質：專業(yè)選修課學分：2學分學時：32學時（理論24學時，實驗8學時）先修課程：計算機組成原理、操作系統(tǒng)、機器學習等后續(xù)課程：畢業(yè)設計適用專業(yè)：人工智能專業(yè)開課單位：智能工程學院一、課程說明《虛擬現實與人機交互》是人工智能專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程通過對相關的理論進行梳理和規(guī)律探尋，并對三維虛擬現實及其交互設計的實際應用進行分析和研究，其中包括虛擬現實的概念、發(fā)展歷史與特征、關鍵技術與應用、未來發(fā)展趨勢，三維動畫的概念、發(fā)展歷史與特點、應用領域、未來發(fā)展趨勢，交互設計的概念、設計目的和主要內容、設計流程和設計原則、行業(yè)發(fā)展。該課程以設計案例為例，驗證虛擬現實交互設計的理論方法和原則，該課程分析了交互行為、界面、體驗之間的關系，并對這一特殊的三維虛擬環(huán)境內受眾的感官需求、行為方式和心理進行了深入分析，為后續(xù)具體的設計方法和原則的確定提供了有力鋪墊。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：了解虛擬現實交互設計的發(fā)展狀況與研究內容；掌握虛擬現實、三維動畫、交互設計的一般概念和原理；了解虛擬現實相關技術，了解虛擬現實技術結構以及相應技術的框架。課程目標2：了解簡單的機器學習和專家系統(tǒng)方法；初步學習和掌握虛擬現實的解決方案和設計開發(fā)，初步具備用經典的虛擬現實方法解決一些簡單實際問題的能力。課程目標3：通過本課程的學習，對虛擬現實與人機交互從整體上有一個較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度、工匠精神和解決實際問題的責任擔當，培養(yǎng)學生樹立正確科學的世界觀、人生觀和價值觀，堅定正確的政治方向；培養(yǎng)學生的法治觀念、社會責任感和創(chuàng)新意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。三、課程目標與畢業(yè)要求《虛擬現實與人機交互》課程教學目標對人工智能專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識:具備數學、自然科能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決人工智能及交叉應用領域工程問題。1.3建立針對人工智能及交叉應用領域工程問題的合適數學模型，并綜合運用數學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識等進行問題的求解。1.4分析人工智能系統(tǒng)的復雜性，應用相關知識和數學模型方法用于專業(yè)工程問題解決方案。課程目標1：熟練掌握強化學習相關的知識，能合理分析強化學習中的遇到的問題，學生能夠運用強化學習知識對人工智能問題提出相應解決方案。課程目標3：通過本課程的學習，對虛擬現實與人機交互從整體上有一個較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度、工匠精神和解決實際問題的責任擔當，培養(yǎng)學生樹立正確科學的世界觀、人生觀和價值觀，堅定正確的政治方向；培養(yǎng)學生的法治觀念、社會責任感和創(chuàng)新意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。M3.設計/開發(fā)解決方案：能設計針對人工智能及交叉應用領域工程問題的解決方案和滿足特定需求，并在設計中體現創(chuàng)新意識，考慮社會、環(huán)境、健康、安全、法律、文化等因素。3.1掌握人工智能應用領域的軟硬件體系的基本設計理論和設計方法。課程目標2：了解簡單的機器學習和專家系統(tǒng)方法；初步學習和掌握虛擬現實的解決方案和設計開發(fā)，初步具備用經典的虛擬現實方法解決一些簡單實際問題的能力。課程目標3：通過本課程的學習，對虛擬現實與人機交互從整體上有一個較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴謹創(chuàng)新的科學態(tài)度、工匠精神和解決實際問題的責任擔當，培養(yǎng)學生樹立正確科學的世界觀、人生觀和價值觀，堅定正確的政治方向；培養(yǎng)學生的法治觀念、社會責任感和創(chuàng)新意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關畢業(yè)要求的關聯度。四、教學內容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內容、基本要求與學時分配教學內容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1.虛擬現實概述1.1虛擬現實概述1.2虛擬現實發(fā)展過程教學要求：虛擬現實、三維動畫、交互設計的一般概念和原理。對于虛擬現實技術，主要從虛擬現實發(fā)展歷史與特征、虛擬現實的關鍵技術與應用、虛擬現實未來的發(fā)展趨勢三個方面進行分析和說明；對于三維動畫技術，主要從三維動畫的發(fā)展歷史與特點、三維動畫的應用領域、三維動畫未來的發(fā)展趨勢等方面進行分析和說明；對于交互設計技術，主要從交互設計的設計流程和主要內容、交互設計的界面設計和設計原則、交互設計的人機交互和行業(yè)發(fā)展三個方面進行分析和說明。重點：虛擬現實概述201、32.虛擬現實核心技術2.1虛擬現實結構2.2實物虛擬技術2.3虛物虛擬技術教學要求：探索虛擬現實相關技術，了解虛擬現實技術結構以及相應技術的框架，并介紹增強現實、混合現實方面的一些技術。重點：虛擬現實結構、實物虛擬技術、虛物虛擬技術602、33.虛擬現實系統(tǒng)的解決方案3.1常用硬件設備3.2移動VR3.3VR一體機3.4基于主機VR3.5虛擬現實平臺教學要求：對虛擬現實系統(tǒng)中常用的硬件設備進行了分類，然后分別針對不同類別中的硬件設備做了詳細的介紹，并列舉不同類別中目前市場上常見的幾種解決方案，最后針對目前常用的幾種VR應用的分發(fā)和售賣平臺進行詳細的介紹。842、34.虛擬現實設計與開發(fā)4.1內容設計4.2虛擬現實內容制作方式4.3交互功能開發(fā)4.4虛擬現實開發(fā)案例教學要求：了解虛擬內容設計、虛擬現實內容制作方式、交互功能開發(fā)、掌握一些經典虛擬現實開發(fā)案例重點：虛擬現實開發(fā)案例641、35.VR娛樂5.1游戲的分類和電子游戲5.2虛擬現實：更高階段游戲體驗5.3虛擬現實電子游戲影響教學要求：了解VR娛樂，虛擬現實：更高階段游戲體驗、虛擬現實電子游戲影響201、2、3五、教學方法及手段本課程采用課堂講授和討論相結合的方式。講授環(huán)節(jié)主要采用教師講解、演示、互動的教學形式。教師講解知識點、演示程序代碼，使學生對知識點形成直觀印象，并通過課堂教學雙方互相提問，與學生互動，鼓勵學生在課堂上發(fā)表自己的見解，加深對知識點的理解，注重理論指導的作用，積極探究達到最佳視覺效果的典型做法。在教學環(huán)節(jié)引入多媒體演示，通過形象生動的視頻演示讓學生們了解虛擬現實與人機交互的科學價值和實際應用所在。視頻可以選用世界一流大學實驗室的開放多媒體內容。同時貫徹理論和實踐相結合的原則，給學生處一定量的思考，并要求完成一定量的作業(yè)，以提高學生的理論水平，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新精神。六、課程資源1.推薦教材：[1]孫偉，呂云，王海泉，虛擬現實：理論、技術、開發(fā)與應用[M].北京：清華大學出版社。2019年4月。2.參考書：[1]周曉成張煜鑫冷榮亮.虛擬現實交互設計[M].北京：化學工業(yè)出版社.2016年.[2]阿吉特·辛格（AjitSingh）.人工智能：虛擬現實：人機交互，浙江出版集團數字傳媒有限公司.2020年.[3]龐國鋒.虛擬現實的10堂課[M].北京：電子工業(yè)出版社.2017年.3.期刊：[1]NDozio，FMarcolin，GWScurati，AdesignmethodologyforaffectiveVirtualReality[J]，2022。[2]ZhihanLV.Virtual-realityandintelligenthardwareinDigitalTwins[J]，2022[3]CBethanyJ.，HTanya，AcceleratingLearning:VirtualRealityintheClassroom[J]，2022.4.網絡資源：[1]中國大學MOOC（慕課）國家精品課程在線學習平臺：/.[2]智慧樹在線教育平臺：/.[3]學堂在線國家精品課堂在線學習平臺：/[4]Coursera在線課程平臺：/courses.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關系見表3。表3課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標123過程性考核課堂表現10（1）根據課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√235作業(yè)15（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√555分組任務15（1）根據學生參與的所有線上、線下小組任務活動獲得的分數取平均分，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭?55大作業(yè)60大作業(yè)為線下考核為主，每位同學應從多個題目中選取一個進行撰寫相關報告或論文。學生應當獨立完任務，報告或論文應當邏輯通順、內容豐富，有自己的見解。（3）禁止抄襲?！獭獭?52510合計：100分373825八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現、作業(yè)、大作業(yè)等方式對學生進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇纱笞鳂I(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：大作業(yè)成績?yōu)?00分（權重60%），要求學生獨立完成一份報告或論文；課堂表現、作業(yè)、分組任務等過程性考核成績?yōu)?00分（權重40%）。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內容、評價標準、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現25筆記完整，積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。筆記完整，認真參與教學活動，回答問題準確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學活動，回答問題準確率大于70%。上課不認真，上課不記筆記，偶爾參與教學活動。上課不認真，上課不記筆記，不參與教學活動。作業(yè)37.5作業(yè)完整，思路清晰，準確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內，準確率大于70%.不交作業(yè)4次以內，準確率大于60%.不交作業(yè)5次以上，準確率小于60%。分組任務37.5按時完成小組任務，能夠充分調動小組成員的積極性，參與