三维全景虚拟现实-pano2vr制作360度虚拟全景展示

“虚拟现实开发基础”教学大纲

Fundementals of Virtual Reality Development

课程编号

课程名称

虚拟现实开发基础

英文名称

Fundementals of Virtual Reality Development

先修课程

C#、Java、数据结构

总学时数

32理论学时+8实验学时

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教学目的

本课程可作为计算机科学与技术、软件工程、数字媒体技术等相关本科专业的必修课，也可作为其他本科专业的选修课，或者其他专业低年级研究生的选修课。

本课程的教学目的是使学生理解虚拟现实技术的基本知识，并掌握各类系统的技术实践方法，为学生今后从事相关领域的研究工作或项目开发工作奠定坚实的基础。本课题的特色之一是侧重虚拟现实技术的实际应用，比较全面地介绍与虚拟现实开发相关的基础知识，及各种类型的虚拟现实系统的实现方法。

具体来讲，要使学生理解虚拟现实的基本概念、特点、应用并掌握与之相关的感知、硬件、数学、编程、建模等的基础知识；掌握头盔式虚拟现实系统、基于投影的虚拟现实系统、混合现实系统以及VR全景视频系统等多种VR应用系统的设计思想与实现方法；理解虚拟现实系统的评价方法并掌握它们的应用方法。

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教学要求

本课程具有实战操作指南的特点，本课程的教学应本着理论与实践相结合的原则，深入浅出，突出重点，在重视基础理论的同时，注意培养学生独立思考和动手能力。

在内容设计上，以具体应用案例入手，逐步推进，详尽剖析基本原理与涉及的多学科基础知识。在实施方法上，应采取启发式教学方法三维全景虚拟现实，在简要介绍应用需求和流程的基础上，引导学生自行设计并分析实现代码。在教学手段上，应结合板书、多媒体、现场VR系统体验等多种传授方法，提高学生兴趣。在实验教学上，应促进学生对讲授知识的理解，开拓眼界，提升实践能力。

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教学内容

本课程内容共分为12章。

1. 概述（2理论学时）

【内容】虚拟现实的基本概念，虚拟现实系统的分类，发展历史与趋势，应用领域。

【重点】虚拟现实的基本概念，虚拟现实系统的分类，虚拟现实的发展趋势，虚拟现实的应用领域。

2. 数学基础（3理论学时）

【内容】坐标系、矢量与矩阵的基本概念与运算，空间旋转变换的表示与技术方法，局部坐标系与世界坐标系的变换。

【重点】坐标系、矢量与矩阵，空间旋转变换表示与计算，坐标系的转换。

【难点】空间旋转变换表示与计算，坐标系的转换。

3. 感知基础（3理论学时）

【内容】人的视觉、听觉、触觉、体觉等感知方面的基础及其在VR系统设计中的应用。

【重点】视觉、听觉、触觉、体觉等感知方面的基本原理及在VR系统设计中的应用。

【难点】在VR系统中多感知的原理和特点。

4. 硬件基础（4理论学时）

【内容】虚拟现实系统的常见输入设备、输出设备及其工作原理。

【重点】输入设备与输出设备的工作原理及提供的数据信息。

【难点】结合虚拟现实系统的具体应用需求，根据输入与输出设备的工作原理及提供的数据信息，分析设备的优缺点并选择合适的交互设备。

5. 编程基础（4理论学时+1实验学时）

【内容】Unity3D编程基础知识，投影式VR系统开发环境，HTC VIVE开发环境，HoloLens开发环境。

【重点】Unity3D编程基础知识，投影式VR系统开发环境，HTC VIVE开发环境，HoloLens开发环境。

【难点】投影式VR系统开发中立体投影显示功能的设计与实现。

6. 建模基础（2理论学时+1实验学时）

【内容】3D模型构成的基础知识，Maya中客机模型建模实例，使用无人机进行建模的实例。

【重点】3D模型的组成、3D建模的主要方法，Maya中客机模型建模实例，使用无人机进行建模的实例。

【难点】3D建模的主要方法。

7. VR全景视频播放系统（2理论学时+1实验学时）

【内容】使用Instan360 Titan VR摄像机进行全景视频录制，在Untiy3D中制作一个VR全景视频播放器，支持HTC VIVE进行观看。

【重点】VR视频录制，VR视频播放器系统设计与实现。

【难点】VR视频播放器系统设计与实现。

8. 头盔式VR系统（2理论学时+1实验学时）

【内容】通过两个系统案例介绍如何开发头戴式VR系统：基于HTC VIVE的海底探宝游戏系统、基于智能手机的虚拟迷宫系统。

【重点】头戴式VR系统的设计与实现。

【难点】虚拟现实系统中交互方式的设计与实现。

9. 投影式VR系统（3理论学时+1.5个实验学时）

【内容】以虚拟射击影院系统为具体案例介绍基于投影的VR系统的基本知识、以基于双画显示技术的虚拟网球游戏系统为具体案例介绍双画显示技术的基本原理，沉浸感较强的房间式互动投影系统、360°全景球幕播放系统。

【重点】四类基于投影的VR系统的设计与实现。

【难点】基于投影的VR系统的硬件环境搭建，多通道交互技术的设计与实现，多用户的位置跟踪，基于视点的虚拟场景渲染。

10. 混合现实系统（2理论学时+1个实验学时）

【内容】基于HoloLens的计算机动画课程教学系统，基于鱼缸的混合现实教学系统。

【重点】两类混合现实系统的设计与实现。

【难点】混合现实的硬件环境搭建，多人协同交互的设计与实现，多通道交互的设计与实现。

11. 全息视频播放系统（2理论学时+0.5个实验学时）

【内容】全息摄影与全息投影技术，全息投影视频制作，Unity3D实时渲染输出。

【重点】全息摄影与全息投影技术，全息投影视频制作，Unity3D实时渲染输出。

【难点】全息摄影与全息投影技术的基本原理与不同。

12. VR系统评估（3理论学时+1个实验学时）

【内容】VR系统评估的主要内容三维全景虚拟现实，VR系统评估测试的实施，VR系统测试案例。

【重点】VR系统评估的主要内容，VR系统评估测试的实施，VR系统测试案例。

【难点】如何进行VR系统的可用性和用户体验测试。

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教科书

杨承磊，关东东，盖伟，等. 虚拟现实开发基础（AR版）. 北京：清华大学出版社，2021.

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教学资源

PPT课件，教学大纲，案例源码（包括9个主流VR/AR系统的完整源码），VR系统演示视频与系统开发实操视频（共300分钟）。

课程用书

《虚拟现实开发基础》

ISBN：9787302569879