《計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)》課程教學(xué)大綱

課程代碼：030742024

課程英文名稱：ComputerSimulationAndVirtualReality

課程總學(xué)時(shí)：32講課：28試驗(yàn)：4上機(jī)：（）

適用專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)

大綱編寫(xiě)（修訂）時(shí)間：2024

一、大綱運(yùn)用說(shuō)明

（-）課程的地位及教學(xué)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門(mén)專業(yè)性較強(qiáng)的課程，課程內(nèi)容主要是讓學(xué)生了解計(jì)算機(jī)仿

真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基本原理一駕馭嬉戲開(kāi)發(fā)的軟件工程原理,以及嬉戲中的圖形學(xué)、人機(jī)交互、

網(wǎng)絡(luò)等基本學(xué)問(wèn)點(diǎn)和技術(shù)，讓學(xué)生具備嬉戲開(kāi)發(fā)的基本技能。

開(kāi)設(shè)本課程的目標(biāo)有：1）普及虛擬現(xiàn)實(shí)及仿真技術(shù)的原理；2）介紹VR開(kāi)發(fā)的詳細(xì)技術(shù)，

特殊是建模和編程的基本學(xué)問(wèn)；3）為高校生在相關(guān)領(lǐng)域的就業(yè)，供應(yīng)有針對(duì)性地培訓(xùn)，拓展其

就業(yè)空間。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠虛擬仿真技術(shù)的基本理念，熟識(shí)開(kāi)發(fā)的基本技巧和流程,

并具備從事該領(lǐng)域工作的基本技能。

（二）學(xué)問(wèn)、實(shí)力及技能方面的基本要求

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解并理取虛擬現(xiàn)實(shí)的基本概念和術(shù)語(yǔ)、系統(tǒng)組成及應(yīng)用領(lǐng)域,

了解虛擬現(xiàn)實(shí)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、輸入輸出設(shè)備，以及有關(guān)的人的因素；結(jié)合上機(jī)試驗(yàn)，了解虛

擬現(xiàn)實(shí)的建模技術(shù)，駕馭應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本技能。

要求：

1.理解VR中的31特性；

2.了解VR中的輸入、輸出設(shè)備；

3.了解VR的建模方法；

4.了解YR的編程工具與方法；

5.了解VR的應(yīng)用狀況。

（三）實(shí)施說(shuō)明

本課程涉及的學(xué)問(wèn)和技術(shù)在社會(huì)上的實(shí)際需求越來(lái)越大，好用性強(qiáng)。

本課程在授課時(shí)應(yīng)注意理論講解與實(shí)例演示教學(xué)模式c上課時(shí)采納多媒體教學(xué)方式，上課過(guò)

程中除了講清基本理論和基本方法外，還應(yīng)當(dāng)在課堂上通過(guò)多媒體手段現(xiàn)場(chǎng)演示程序的執(zhí)行及編

譯器的運(yùn)用。督促并采納肯定的方法使學(xué)生在課外時(shí)間安裝相關(guān)軟件進(jìn)行操作實(shí)踐。

該大綱的實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)站在培育人才的整體高度上，老師傳授的不僅僅是字問(wèn)，更重要的

是如何獲得學(xué)問(wèn)。因此，在整個(gè)課程的教學(xué)過(guò)程中，老師應(yīng)成為學(xué)生的導(dǎo)師，指導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)；

還應(yīng)充當(dāng)課堂探討的組織者及引導(dǎo)者；扮演實(shí)踐環(huán)節(jié)中應(yīng)用軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的負(fù)責(zé)人。

（四）、對(duì)習(xí)題，試驗(yàn)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的要求

本課程由于涵蓋內(nèi)容較多，因此沒(méi)有開(kāi)設(shè)課內(nèi)試驗(yàn)，因此更要求授課老師抓好學(xué)生課外自學(xué)

的程度與效果。

（五）、對(duì)先修課程的要求

面對(duì)對(duì)象程序設(shè)計(jì)C++、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

（六）對(duì)習(xí)題課、實(shí)踐不節(jié)的要求

1.課后布置適量的作業(yè)，適時(shí)反饋?zhàn)鳂I(yè)問(wèn)題。作業(yè)應(yīng)當(dāng)以小程序、小任務(wù)為主要形式，學(xué)

生必需獨(dú)立按時(shí)完成作業(yè)，隹業(yè)的完成狀況應(yīng)作為評(píng)定課程成果的一部分。

2.老師應(yīng)剛好檢查學(xué)生的操作性作業(yè)。

（七）課程考核方式

1.考核方式：考查（可采納在規(guī)定時(shí)間內(nèi)統(tǒng)一上機(jī)完成指定題目的形式）

2.考核目標(biāo)：重點(diǎn)考核學(xué)生的主要VR軟件的操做實(shí)力。

3.成果構(gòu)成：本課程的總成果主要由兩部分組成：平常成果（包括作業(yè)狀況、出勤狀況、

小測(cè)驗(yàn)等）占20%,期末考試成果占80以

（八）參考書(shū)目

1.《虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)》張茂軍著.科學(xué)出版社.

2.《虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)-接口、應(yīng)用與設(shè)計(jì)》.WilliamR.Sherman,AlanB.Craig.電子

工業(yè)出版社.

3.《VisualC++深化誤解》，孫鑫余安萍著，電子工業(yè)出版社

4.《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》，唐澤圣，清華高校出版社

二、中文摘要

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種最為強(qiáng)大的人機(jī)交互技術(shù)，始終是信息領(lǐng)域探討開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)方

向之一。本課程立足于虛擬現(xiàn)實(shí)的“31”特性，從技術(shù)和應(yīng)用兩個(gè)方向全面系統(tǒng)地講解并描述虛

擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)理論和實(shí)踐技能，包括對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)最新硬件設(shè)備和高級(jí)軟件技術(shù)的講解，以及虛擬

現(xiàn)實(shí)傳統(tǒng)應(yīng)用和最新應(yīng)用的介紹。

三、課程學(xué)時(shí)安排表

序號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)講課試驗(yàn)上機(jī)

1VR系統(tǒng)簡(jiǎn)介22

2輸入輸出設(shè)備22

2.1VR中的輸入設(shè)備1

2.2VR中的輸出設(shè)備1

3VR的計(jì)算體系結(jié)構(gòu)22

4VR建模1082

4.1幾何建模4

4.2運(yùn)動(dòng)建模1

4.3物理建模，行為建模1

4.4模型管理2

5VR編程1082

5.1工具包和場(chǎng)景圖1

5.2WorldToolKit1

5.3JAVA3D1

5.4OpenGl.利用三維圖形庫(kù)進(jìn)行底層開(kāi)發(fā)5

6VR中的“人的因素”22

7傳統(tǒng)的VR應(yīng)用22

8新型的VR應(yīng)用22

合計(jì)3232

四、教學(xué)內(nèi)容及基本要求

第1部分VR系統(tǒng)簡(jiǎn)介

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

1）虛擬現(xiàn)實(shí)的31特性

2）虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展簡(jiǎn)史

3）構(gòu)成VR系統(tǒng)的五個(gè)典型組成部分

4）VR技術(shù)的分類(lèi)

重點(diǎn)：

駕馭VR系統(tǒng)的五個(gè)典型組成部分。

第2部分輸入輸出設(shè)備

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

1）三維位置跟蹤器：性能參數(shù)；機(jī)械、電磁、超聲波、光學(xué)、混合慣性跟蹤器

2）漫游和操縱接口:基于跟蹤器的漫游/操縱接口；跟蹤球；三維探針

3）手勢(shì)接口

Q體感輸入

5）圖形顯示設(shè)備

6）聲音顯示設(shè)備

7）觸覺(jué)反饋

重點(diǎn)：

三維位置跟蹤器的設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用范圍。

圖形顯示設(shè)備的分類(lèi)與應(yīng)用。

難點(diǎn)：

體感輸入的應(yīng)用前景，立體圖像的生程技術(shù)

笫3部分VR的計(jì)算體系結(jié)構(gòu)

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

D繪制流水線

2）基于PC的圖形體系紜構(gòu)

3）基于工作站的體系結(jié)構(gòu)

4）分布式VR體系結(jié)構(gòu)：多流水線同步；聯(lián)合定位繪制流水線；分布式虛擬環(huán)境

重點(diǎn)：

駕馭繪制流水線構(gòu)成。

難點(diǎn)：

分布式虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)。

第4部分VR建模

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：10講課：8試驗(yàn)：2上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

D幾何建模

2）運(yùn)動(dòng)建模

3）物理建模

4）行為建模

5）模型管理

重點(diǎn)：

駕馭幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、行為建模、模型管理技術(shù)溝成。

難點(diǎn)：

物理建模和模型管理技術(shù)。

第5部分VR編程

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：10講課：8試驗(yàn)：2上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

1）工具包和場(chǎng)景圖

2）WorldToolKit:幾何建模與外觀；場(chǎng)景圖；傳感器和動(dòng)作函數(shù)；網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)

3）JAVA3D一一幾何建模與外觀；場(chǎng)景圖；傳感器和行為；網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)

4）OpenGL利用三維圖形庫(kù)進(jìn)行底層開(kāi)發(fā)

重點(diǎn)：

駕馭工具包和場(chǎng)景圖技術(shù)構(gòu)成、Java3D、OpenGL編程。

難點(diǎn)：

基于OpenGL設(shè)計(jì)場(chǎng)景圖及交互

第6部分VR中的“人的因素”

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

D探討方法和專業(yè)術(shù)語(yǔ)

2）運(yùn)用者表現(xiàn)探討

3）VR健康和平安問(wèn)題

4）VR與社會(huì)

重點(diǎn)：

駕馭探討方法和專業(yè)術(shù)語(yǔ)。

難點(diǎn)：

VR與社會(huì)應(yīng)用的結(jié)合。

第7部分傳統(tǒng)的VR應(yīng)用

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

DVR在醫(yī)療中的應(yīng)用

2）VR在教化、藝術(shù)以及消遣中的應(yīng)用

3）VR在軍事中的應(yīng)用

重點(diǎn)：

駕馭VR的應(yīng)用范圍。

難點(diǎn)：

VR的應(yīng)用深度。

第8部分新型的VR應(yīng)用

總學(xué)時(shí)（單位：學(xué)時(shí)）：2講課：2試驗(yàn)：0上機(jī)：0

詳細(xì)內(nèi)容：

DVR在制造業(yè)中的應(yīng)用

2）VR在機(jī)器人領(lǐng)域中其應(yīng)用

3）信息可視化一一VR在油氣勘探和完善管理中的應(yīng)用；體數(shù)據(jù)的可視化

重點(diǎn)：

駕馭VR相關(guān)的信息可視化技術(shù)構(gòu)成。

難點(diǎn)：