《增强现实技术与应用》教学大纲

《增强现实技术与应用》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：08150851课程性质：专业选修课程学分：3学分学时：48学时（理论32学时，实验16学时）先修课程：游戏引擎应用与开发后续课程：无适用专业：数字媒体技术开课单位：计算机科学与技术学院一、课程说明本课程是数字媒体技术专业的一门专业选修课程，使学生掌握增强现实的基本理论、技术、方法，并从典型增强现实应用系统研发的角度，综合选择、运用合适的增强现实技术，解决具有中等复杂度的增强现实仿真系统设计和开发等实际问题，对于提高学生综合运用知识的能力和未来在增强现实相关行业从事创新性工作等方面有着积极的作用。二、课程目标通过本课程的学习，将使学生达到如下目标:课程目标1：了解增强现实系统的开发流程和要求。理解现有增强现实系统中各模块的功能和实现方法。通过实践案例，学生将掌握增强现实技术中AR场景开发、AR视频开发、AR动画与AR交互开发。具备在实际项目中进行增强现实系统开发的能力。课程目标2：能够应用强现实技术设计实际领域的解决方案。理解国家标准和行业规范。掌握AR技术的基本理论和核心知识，并了解如何将增强现实开发技术应用于不同领域，能够将AR技术与实际业务场景相结合，为解决实际问题提供创新的、高效的解决方案；课程目标3：掌握团队合作开发方法，增强团队意识，应用增强现实技术，进行团队合作开发。掌握如何协同设计、开发、测试和部署综合应用程序，通过分工合作、沟通协调，实现高效的软件开发。同时，了解软件开发在多个领域的应用，为实际项目开发提供灵活的解决方案。通过团队项目，掌握团队协作、解决问题的能力，为未来的工作和技术发展做好准备。三、课程目标与毕业要求《增强现实技术与应用》课程教学目标对数字媒体技术专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/开发解决方案3.3能够在数字媒体及其相关领域的系统设计、开发、测试等环节中体现创新意识和创业精神，并能综合考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境因素的影响。课程目标2：能够应用强现实技术设计实际领域的解决方案。理解国家标准和行业规范。掌握AR技术的基本理论和核心知识，并了解如何将增强现实开发技术应用于不同领域，能够将AR技术与实际业务场景相结合，为解决实际问题提供创新的、高效的解决方案。H5.使用现代工具5.2能够开发、选择与使用现代工程工具和信息技术工具对复杂数字媒体技术工程问题进行辅助设计、预测和模拟，并理解其局限性。课程目标1：了解增强现实系统的开发流程和要求。理解现有增强现实系统中各模块的功能和实现方法。通过实践案例，学生将掌握增强现实技术中AR场景开发、AR视频开发、AR动画与AR交互开发。具备在实际项目中进行增强现实系统开发的能力。H9.个人和团队9.2能够在团队中担任负责人，具有组织和协调团队开展工作的能力，并有效实现目标。课程目标3：掌握团队合作开发方法，增强团队意识，应用增强现实技术，进行团队合作开发。掌握如何协同设计、开发、测试和部署综合应用程序，通过分工合作、沟通协调，实现高效的软件开发。同时，了解软件开发在多个领域的应用，为实际项目开发提供灵活的解决方案。通过团队项目，掌握团队协作、解决问题的能力，为未来的工作和技术发展做好准备。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.增强现实技术概述1.1增强现实技术简介1.2增强现实技术发展历史1.3增强现实开发平台1.4增强现实硬件设备1.5增强现实应用与未来前景教学要求：使学生掌握增强现实的定义、基本原理，让学生了解常用的增强现实开发平台和工具，如Unity3D、Vuforia等工具。重点：增强现实开发平台，增强现实硬件设备。难点：增强现实开发平台。21、22.AR开发概述2.1Vuforia开发概述2.2Vuforia开发SDK应用2.3基于Unity的基础识别教学要求：使学生掌握Vuforia增强现实开发平台的特点和功能，能够应用VuforiaSDK创建增强现实应用，掌握在Unity中使用Vuforia实现基础识别功能的步骤和方法重点：Vuforia开发SDK应用，基于Unity的基础识别。难点：Vuforia开发SDK应用421、23.AR界面开发3.1AR应用中界面显示与交互方式3.2基于UGUI进行AR界面搭建教学要求：使学生掌握增强现实应用中的界面显示和用户交互方式，掌握使用Unity的UGUI系统创建增强现实应用中的用户界面，并添加交互功能重点：AR应用中界面显示与交互方式，基于UGUI进行AR界面搭建。难点：AR应用中界面显示与交互方式421、24.AR场景开发4.1AR场景开发概述4.2Unity3D场景创建4.3环境特效4.4光影系统4.5AR游戏场景搭建教学要求：使学生掌握AR场景开发的基本概念和流程，掌握使用Unity3D创建AR场景的步骤和技巧，掌握在AR场景中添加环境特效的方法、光影系统创建真实感的方法，使用Unity创建增强现实游戏场景，包括游戏对象的设置和交互设计。重点：环境特效、光影系统、AR游戏场景搭建。难点：环境特效、光影系统、AR游戏场景搭建。441、2、35AR视频开发5.1Unity3D声音系统5.2AR视频应用教学要求：使学生能够Unity3D中的声音系统，用于在AR应用中添加音效和音乐，能够在AR应用中嵌入和控制视频内容，并实现与虚拟对象的交互。重点：Unity3D声音系统，AR视频应用难点：AR视频应用。421、26AR动画开发6.1AR动画概述6.2Mecanim动画系统6.3Mecanim工作流程6.4AR角色动画开发6.5AR交互动画开发教学要求：使学生掌握增强现实应用中实现动画效果的基本概念和方法，掌握Unity的Mecanim动画系统的特点和使用方法，理解使用Mecanim创建和控制动画的工作流程。重点：Mecanim工作流程，AR角色动画开发难点：AR交互动画开发。421、27AR交互开发7.1AR交互概述7.2AR交互分类7.3模型旋转交互实现7.4模型缩放交互实现7.5动态加载AR模型教学要求：使学生理解增强现实应用中的交互概念和分类，能够实现实现在AR应用中旋转模型的交互功能，能够实现在AR应用中缩放模型的交互功能，能够AR应用中动态加载和显示模型，实现模型的交互和替换。重点：模型旋转交互实现，模型缩放交互实现，动态加载AR模型难点：动态加载AR模型。621、28AR特效开发8.1粒子特效系统8.2粒子特效开发8.3AR角色特效开发教学要求：使学生掌握使用Unity的粒子特效系统创建增强现实应用中的特效效果，能够在AR应用中创建和控制粒子特效，能够在AR应用中的角色添加特效效果，增强真实感和视觉效果。重点：粒子特效开发，AR角色特效开发难点：粒子特效开发，AR角色特效开发。421、2、3合计32162.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标AR展示视频播放实验实验内容：要求学习者根据需求文档，完成AR视频播放功能。41、2实验要求：能够正确设计并按照需求实现程序的功能。增强现实动画开发实验内容：要求学习者根据需求文档，完成增强现实动画设计与实现41、2实验要求：能够正确设计并按照需求实现程序的功能。AR角色特效开发实验内容：要求学习者根据需求文档，完成AR角色特效设计与实现41、2实验要求：能够正确设计并按照需求实现程序的功能。AR游戏开发实验内容：要求学习者根据需求文档，完成AR游戏设计、场景设计并实现41、2、3实验要求：能够正确设计并按照需求实现程序的功能。合计16五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解增强现实开发技术，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识。六、课程资源1.推荐教材：（1）李婷婷，余庆军，刘石，仲于姗.UnityAR增强现实开发实战[M].北京:清华大学出版社.2020.（2）吴哲夫.Unity3D增强现实开发实战[M].北京:人民邮电出版社.2019.2.参考书：（1）鲍虎军，章国锋，秦学英.增强现实：原理、算法与应用[M].北京:科学出版社.2019.（2）[奥]迪特尔·施马尔斯蒂格（DieterSchmalstieg）著，刘越.增强现实：原理与实践.[M].北京:机械工业出版社.2020.3.期刊：（1）周忠,周颐,肖江剑.虚拟现实增强技术综述[J].中国科学:信息科学,2015,45(2):157-180.（2）胡天宇,张权福,沈永捷,等.增强现实技术综述[J].电脑知识与技术：学术版,2017,13(12):3（3）秦承运,朱云龙,戴海波,等.基于VuforiaSDK与模型追踪技术的PC端AR技术开发[J].信息与电脑,2018(3):3.（4）侯颖,许威威.增强现实技术综述[J].计算机测量与控制,2017,25(2):8（5）周世明,李依纹.VR与AR技术对数字媒体艺术的影响[J].电脑迷,2018.4.网络资源：（1）Vuforia官网（2）unity3dDocumentation/cn/current/Manual/UnityManual.html七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过过程性考核课学习态度10（1）主要考核学生学习纪律和答疑情况。（2）教师根据课堂整体表现情况评分。√√√442实实验报告20（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884作作业评价20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业评价成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884期末考核50（1）采用原创作品大作业的方式。（2）将大作业的成绩作为期末考核成绩。√√√202010合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以学习态度、实验报告、作业评价、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末大作业成绩为100分（权重50%）；学习态度、实验报告、作业评价等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60学习态度20学习认真、态度端正，遵守纪律,表现优秀。学习认真、态度端正，遵守纪律,表现良好。遵守纪律，学习态度良好，表现中等。遵守纪律，学习态度一般，表现一般。学习纪律较差，表现较差。实验40实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详实、结论清晰、讨论合理。实验前有预习，能够掌握方法与步骤，实验操作