《虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互》教學(xué)大綱

《虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互》教學(xué)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(zhì)：專業(yè)選修課學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)（理論24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)適用專業(yè)：人工智能專業(yè)開課單位：智能工程學(xué)院一、課程說明《虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)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(guān)的理論進(jìn)行梳理和規(guī)律探尋，并對三維虛擬現(xiàn)實(shí)及其交互設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析和研究，其中包括虛擬現(xiàn)實(shí)的概念、發(fā)展歷史與特征、關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用、未來發(fā)展趨勢，三維動畫的概念、發(fā)展歷史與特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、未來發(fā)展趨勢，交互設(shè)計(jì)的概念、設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容、設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)原則、行業(yè)發(fā)展。該課程以設(shè)計(jì)案例為例，驗(yàn)證虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)的理論方法和原則，該課程分析了交互行為、界面、體驗(yàn)之間的關(guān)系，并對這一特殊的三維虛擬環(huán)境內(nèi)受眾的感官需求、行為方式和心理進(jìn)行了深入分析，為后續(xù)具體的設(shè)計(jì)方法和原則的確定提供了有力鋪墊。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r與研究內(nèi)容；掌握虛擬現(xiàn)實(shí)、三維動畫、交互設(shè)計(jì)的一般概念和原理；了解虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)，了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)技術(shù)的框架。課程目標(biāo)2：了解簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)方法；初步學(xué)習(xí)和掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的解決方案和設(shè)計(jì)開發(fā)，初步具備用經(jīng)典的虛擬現(xiàn)實(shí)方法解決一些簡單實(shí)際問題的能力。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，對虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互從整體上有一個(gè)較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度、工匠精神和解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確科學(xué)的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，堅(jiān)定正確的政治方向；培養(yǎng)學(xué)生的法治觀念、社會責(zé)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(biāo)與畢業(yè)要求《虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互》課程教學(xué)目標(biāo)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(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識:具備數(shù)學(xué)、自然科能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決人工智能及交叉應(yīng)用領(lǐng)域工程問題。1.3建立針對人工智能及交叉應(yīng)用領(lǐng)域工程問題的合適數(shù)學(xué)模型，并綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識等進(jìn)行問題的求解。1.4分析人工智能系統(tǒng)的復(fù)雜性，應(yīng)用相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于專業(yè)工程問題解決方案。課程目標(biāo)1：熟練掌握強(qiáng)化學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，能合理分析強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的遇到的問題，學(xué)生能夠運(yùn)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)知識對人工智能問題提出相應(yīng)解決方案。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，對虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互從整體上有一個(gè)較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度、工匠精神和解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確科學(xué)的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，堅(jiān)定正確的政治方向；培養(yǎng)學(xué)生的法治觀念、社會責(zé)任感和創(chuàng)新意識，樹立正確的審美觀念和勞動觀念。M3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能設(shè)計(jì)針對人工智能及交叉應(yīng)用領(lǐng)域工程問題的解決方案和滿足特定需求，并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)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(yīng)用領(lǐng)域的軟硬件體系的基本設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法。課程目標(biāo)2：了解簡單的機(jī)器學(xué)習(xí)和專家系統(tǒng)方法；初步學(xué)習(xí)和掌握虛擬現(xiàn)實(shí)的解決方案和設(shè)計(jì)開發(fā)，初步具備用經(jīng)典的虛擬現(xiàn)實(shí)方法解決一些簡單實(shí)際問題的能力。課程目標(biāo)3：通過本課程的學(xué)習(xí)，對虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互從整體上有一個(gè)較清晰全面的系統(tǒng)了解，培養(yǎng)積極思考、嚴(yán)謹(jǐn)創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度、工匠精神和解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確科學(xué)的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，堅(jiān)定正確的政治方向；培養(yǎng)學(xué)生的法治觀念、社會責(zé)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(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對應(yīng)的課程目標(biāo)1.虛擬現(xiàn)實(shí)概述1.1虛擬現(xiàn)實(shí)概述1.2虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展過程教學(xué)要求：虛擬現(xiàn)實(shí)、三維動畫、交互設(shè)計(jì)的一般概念和原理。對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要從虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)展歷史與特征、虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用、虛擬現(xiàn)實(shí)未來的發(fā)展趨勢三個(gè)方面進(jìn)行分析和說明；對于三維動畫技術(shù)，主要從三維動畫的發(fā)展歷史與特點(diǎn)、三維動畫的應(yīng)用領(lǐng)域、三維動畫未來的發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行分析和說明；對于交互設(shè)計(jì)技術(shù)，主要從交互設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程和主要內(nèi)容、交互設(shè)計(jì)的界面設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)原則、交互設(shè)計(jì)的人機(jī)交互和行業(yè)發(fā)展三個(gè)方面進(jìn)行分析和說明。重點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)概述201、32.虛擬現(xiàn)實(shí)核心技術(shù)2.1虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)2.2實(shí)物虛擬技術(shù)2.3虛物虛擬技術(shù)教學(xué)要求：探索虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)，了解虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)技術(shù)的框架，并介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)方面的一些技術(shù)。重點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)、實(shí)物虛擬技術(shù)、虛物虛擬技術(shù)602、33.虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的解決方案3.1常用硬件設(shè)備3.2移動VR3.3VR一體機(jī)3.4基于主機(jī)VR3.5虛擬現(xiàn)實(shí)平臺教學(xué)要求：對虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中常用的硬件設(shè)備進(jìn)行了分類，然后分別針對不同類別中的硬件設(shè)備做了詳細(xì)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(yīng)用的分發(fā)和售賣平臺進(jìn)行詳細(xì)的介紹。842、34.虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)與開發(fā)4.1內(nèi)容設(shè)計(jì)4.2虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容制作方式4.3交互功能開發(fā)4.4虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)案例教學(xué)要求：了解虛擬內(nèi)容設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容制作方式、交互功能開發(fā)、掌握一些經(jīng)典虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)案例重點(diǎn)：虛擬現(xiàn)實(shí)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(xiàn)實(shí)：更高階段游戲體驗(yàn)5.3虛擬現(xiàn)實(shí)電子游戲影響教學(xué)要求：了解VR娛樂，虛擬現(xiàn)實(shí)：更高階段游戲體驗(yàn)、虛擬現(xiàn)實(shí)電子游戲影響201、2、3五、教學(xué)方法及手段本課程采用課堂講授和討論相結(jié)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(xué)形式。教師講解知識點(diǎn)、演示程序代碼，使學(xué)生對知識點(diǎn)形成直觀印象，并通過課堂教學(xué)雙方互相提問，與學(xué)生互動，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上發(fā)表自己的見解，加深對知識點(diǎn)的理解，注重理論指導(dǎo)的作用，積極探究達(dá)到最佳視覺效果的典型做法。在教學(xué)環(huán)節(jié)引入多媒體演示，通過形象生動的視頻演示讓學(xué)生們了解虛擬現(xiàn)實(shí)與人機(jī)交互的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用所在。視頻可以選用世界一流大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開放多媒體內(nèi)容。同時(shí)貫徹理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則，給學(xué)生處一定量的思考，并要求完成一定量的作業(yè)，以提高學(xué)生的理論水平，培養(yǎng)學(xué)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(xiàn)實(shí)：理論、技術(shù)、開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社。2019年4月。2.參考書：[1]周曉成張煜鑫冷榮亮.虛擬現(xiàn)實(shí)交互設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2016年.[2]阿吉特·辛格（AjitSingh）.人工智能：虛擬現(xiàn)實(shí)：人機(jī)交互，浙江出版集團(tuán)數(shù)字傳媒有限公司.2020年.[3]龐國鋒.虛擬現(xiàn)實(shí)的10堂課[M].北京：電子工業(yè)出版社.2017年.3.期刊：[1]NDozio，F(xiàn)Marcolin，GWScurati，AdesignmethodologyforaffectiveVirtualReality[J]，2022。[2]ZhihanLV.Virtual-realityandintelligenthardwareinDigitalTwins[J]，2022[3]CBethanyJ.，HTanya，AcceleratingLearning:VirtualRealityintheClassroom[J]，2022.4.網(wǎng)絡(luò)資源：[1]中國大學(xué)MOOC（慕課）國家精品課程在線學(xué)習(xí)平臺：/.[2]智慧樹在線教育平臺：/.[3]學(xué)堂在線國家精品課堂在線學(xué)習(xí)平臺：/[4]Coursera在線課程平臺：/courses.七、課程考核對課程目標(biāo)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(gòu)成，具體考核/評價(jià)細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表3。表3課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)10（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?35作業(yè)15（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)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(jì)入課程總評成績?！獭獭?55分組任務(wù)15（1）根據(jù)學(xué)生參與的所有線上、線下小組任務(wù)活動獲得的分?jǐn)?shù)取平均分，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)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(xué)應(yīng)從多個(gè)題目中選取一個(gè)進(jìn)行撰寫相關(guān)報(bào)告或論文。學(xué)生應(yīng)當(dāng)獨(dú)立完任務(wù)，報(bào)告或論文應(yīng)當(dāng)邏輯通順、內(nèi)容豐富，有自己的見解。（3）禁止抄襲?！獭獭?52510合計(jì)：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(xiàn)、作業(yè)、大作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價(jià)。考核基本要求：考核總成績由大作業(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(quán)重60%），要求學(xué)生獨(dú)立完成一份報(bào)告或論文；課堂表現(xiàn)、作業(yè)、分組任務(wù)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表4。表4過程性考核方式評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)25筆記完整，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。筆記不完整，偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，上課不記筆記，不參與教學(xué)活動。作業(yè)37.5作業(yè)完整，思路清晰，準(zhǔn)確率大于90%，字跡工整。作業(yè)完整，準(zhǔn)確率大于80%，字跡工整。不交作業(yè)2次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于70%.不交作業(yè)4次以內(nèi)，準(zhǔn)確率大于60%.不交作業(yè)5次以上，準(zhǔn)確率小于60%。分組任務(wù)37.5按時(shí)完成小組任務(wù)，能夠充分調(diào)動小組成員的積極性，參與