030742004《计算机仿真与虚拟现实》教学大纲

《计算机仿真与虚拟现实》课程教学大纲

课程代码：030742004

课程英文名称：Computer Simulation And Virtual Reality

课程总学时：32 讲课：28 实验：4 上机：0

适用专业：电子信息科学与技术

大纲编写（修订）时间：2010

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

计算机仿真与虚拟现实技术是一门专业性较强的课程，课程内容主要是让学生了解计算机仿真与虚拟现实技术的基本原理一掌握游戏开发的软件工程原理，以及游戏中的图形学、人机交互、网络等基本知识点和技术，让学生具备游戏开发的基本技能。

开设本课程的目标有：1）普及虚拟现实及仿真技术的原理；2）介绍VR开发的具体技术，特别是建模和编程的基本知识；3）为大学生在相关领域的就业，提供有针对性地培训，拓展其就业空间。通过本课程的学习，学生能够虚拟仿真技术的基本理念，熟悉开发的基本技巧和流程，并具备从事该领域工作的基本技能。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

通过本课程的学习，使学生了解并掌握虚拟现实的基本概念和术语、系统组成及应用领域，了解虚拟现实的计算机体系结构、输入输出设备，以及有关的人的因素；结合上机实验，了解虚拟现实的建模技术，掌握应用系统开发的基本技能。

要求：

1. 理解VR中的3I特性；

2．了解VR中的输入、输出设备；

3．了解VR的建模方法；

4．了解VR的编程工具与方法；

5. 了解VR的应用情况。

（三）实施说明

本课程涉及的知识和技术在社会上的实际需求越来越大，实用性强。

本课程在授课时应注重理论讲解与实例演示教学模式。上课时采用多媒体教学方式，上课过程中除了讲清基本理论和基本方法外，还应该在课堂上通过多媒体手段现场演示程序的执行及编译器的使用。督促并采用一定的方法使学生在课外时间安装相关软件进行操作实践。

该大纲的实施过程中，应站在培养人才的整体高度上，教师传授的不仅仅是知识，更重要的是如何获取知识。因此，在整个课程的教学过程中，教师应成为学生的导师，指导学生如何学习；还应充当课堂讨论的组织者及引导者；扮演实践环节中应用软件项目开发的负责人。

(四）、对习题，实验，实践环节的要求

本课程由于涵盖内容较多，因此没有开设课内实验，因此更要求授课教师抓好学生课外自学的程度与效果。

（五）、对先修课程的要求

面向对象程序设计C++、数据结构、计算机图形学

（六）对习题课、实践环节的要求

1．课后布置适量的作业，适时反馈作业问题。作业应该以小程序、小任务为主要形式，学生必须独立按时完成作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

2．教师应及时检查学生的操作性作业。

（七）课程考核方式

1．考核方式：考查（可采用在规定时间内统一上机完成指定题目的形式）

2．考核目标：重点考核学生的主要VR软件的操做能力。

3．成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况、小测验等）占20%，期末考试成绩占80%。

（八）参考书目

1.《虚拟现实系统》张茂军著. 科学出版社.

2.《虚拟现实系统——接口、应用与设计》. William R. Sherman, Alan B. Craig. 电子工业出版社.

3．《Visual c++深入详解》，孙鑫余安萍著，电子工业出版社

4．《计算机图形学》，唐泽圣，清华大学出版社

二、中文摘要

虚拟现实技术作为一种最为强大的人机交互技术，一直是信息领域研究开发和应用的热点方向之一。本课程立足于虚拟现实的“3I”特性，从技术和应用两个方向全面系统地讲述虚拟现实的基础理论和实践技能，包括对虚拟现实最新硬件设备和高级软件技术的讲解，以及虚拟现实传统应用和最新应用的介绍。

三、课程学时分配表

四、教学内容及基本要求

第1部分 VR系统简介

总学时（单位：学时）：2 讲课：2 实验：0 上机：0

具体内容：

1) 虚拟现实的3I特性

2) 虚拟现实的发展简史

3) 构成VR系统的五个典型组成部分

4）VR技术的分类

重点：

掌握VR系统的五个典型组成部分。

第2部分输入输出设备

总学时（单位：学时）：2 讲课：2 实验：0 上机：0

具体内容：

1)三维位置跟踪器：性能参数；机械、电磁、超声波、光学、混合惯性跟踪器

2)漫游和操纵接口：基于跟踪器的漫游／操纵接口；跟踪球；三维探针

3)手势接口

4)体感输入

5）图形显示设备

6）声音显示设备

7）触觉反馈

重点：

三维位置跟踪器的设计原理与应用范围。

图形显示设备的分类与应用。

难点：

体感输入的应用前景，立体图像的生程技术

第3部分 VR的计算体系结构

总学时（单位：学时）：2 讲课：2 实验：0 上机：0

具体内容：

1)绘制流水线

2)基于PC的图形体系结构

3)基于工作站的体系结构

4)分布式VR体系结构：多流水线同步；联合定位绘制流水线；分布式虚拟环境重点：

掌握绘制流水线构成。

难点：

分布式虚拟环境设计。

第4部分 VR建模

总学时（单位：学时）：10 讲课：8 实验：2 上机：0

具体内容：

1)几何建模

2)运动建模

3)物理建模

4)行为建模