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万物皆可STEM:手工制作VR的N种办法

发布日期:2019-09-10 10:06   来源:未知   阅读:
 

  上星期,科技学堂开展了第三期《万物》杂志云共享活动,并以杂志内容“VR世界”为主题进行STEM教育云教研活动的分享和讨论,根据讨论的结果,

  近年来,VR技术在教育中的应用越来越多。作为一种教育技术,许多公司提出了VR教育的解决方案,如谷歌公司的Expedition、Cardboard等。在去年发布的《地平线报告》中,以VR、AR为基础的混合现实再次成为未来教育的技术展望。

  对于广大科技教师来说,我们怎样在未建立VR教室的时候就将VR技术用于课堂呢?在本期的云共享活动中,我们讨论了VR的STEM教育要素、以VR为基础的简易制作和以Google Cardboard为基础开发VR的三个活动。

  说到VR,相信大家都不陌生了。VR是虚拟现实virtual reality的缩写,通常由头戴式显示器和控制器来实现,头戴式显示器能模拟生成的三维空间的虚拟世界,在视觉上让我们感觉仿佛就在这个虚拟世界之中,我们可以实时地、没有限制地观察三维空间内的事物。

  但VR不仅仅是立体成像,带给人沉浸式的体验,同时,它还融合许多先进技术,如传感器技术、人工智能技术等,它们成为构建现代VR设备的一部分。

  在STEM教育中,我们能够从VR技术中挖掘出许多教育的结合点,在云教研的讨论中,我们发现VR主题可以挖掘出以下STEM教育要素:

  如果你想开展以VR为主题的短期STEM活动,那么,制作一个立体镜是不错的选择。立体镜做法简单、材料价格低廉,同时又能呈现出VR眼镜的一项重要原理——立体视觉。

  到学校周边的小卖部或书店看看,你常常能够发现类似上图的这种玩具,这就是立体镜。通过镜片观看画面,你会看到画面似乎立体了起来。

  这便是用到了立体视觉的原理。当我们从观察一个物体时,物体在两只眼睛视野中的位置有着变化和差异。以下图为例,如果把视点A和视点B看成两只眼睛的话,同一个物体会呈现在不同的背景之中,物体离我们越近,这种现象越明显。

  我们可以用一个小活动体验视差的存在,目视前方,举起一只手指,记住我们看到手指的背景。现在,闭上一只眼睛,看看手指的背景有没有变化,再换另一只眼睛看看手指的背景位置在哪里。

  在平时的生活中,我们看到一个物品时,两只眼睛都在工作,六和采王中王,大脑会根据眼镜所看到的的角度判断东西的远近,这就是立体视觉。

  VR眼镜就是利用这一特点,人为制造两幅不同视角的图像来欺骗眼睛,让我们感受到立体视觉的效果。

  立体镜发明于十八世纪,可以说是VR技术的滥觞。立体镜也是运用立体视觉的,只不过与VR不同,它的图像是固定的。

  立体镜分为袖珍式和反射式两种,上面介绍的是袖珍式立体镜的工作方式,这里我们介绍反射式立体镜的制作方法。

  这种制作方法来源于KiwiCo,准备硬纸板、镜子、凸透镜和两幅立体视觉的画即可做出来。有条件的老师可以用激光切割设计原型并进行拼接。

  观看时,将左右两幅画插入画框中,画面通过镜面的反射进入眼睛,我们就能看到两侧不同的画面。

  如果想以VR为主题开发长期的STEM课程,那么,谷歌开发的Google Cardboard是科技教师开发相关课程的好材料。

  首先我们先介绍一下Google Cardboard。Google Cardboard是由谷歌公司开发的一款与智能手机配合使用的虚拟现实头戴式显示器。它最大的特点是用折叠的纸板制成,极大地降低了制作的成本,制作的过程也是动手性十足。

  此外,Google Cardboard还是免费开源的,你可以在网上下载到Google Cardboard 的全部图纸,并根据说明书的建议,自己动手制作出VR眼镜。这一点上,Google Cradboard的在教育上有很多开发的价值。一肖一码期期大公开

  我们可以以Google Cardboard为蓝本,通过VR眼镜的图纸的修改与个人数据测量,设计出一个只适合自己的VR眼镜。

  举个例子,每一个人眼睛的距离是不一样的,这个距离被称为瞳距。虽然VR眼镜的距离会考虑大多数人的瞳距,但如果瞳距过宽或过窄则会影响使用体验。

  在Cardboard图纸中,我们看到默认的瞳距是64mm,我们可以用尺子测量自己的瞳距,并对图纸进行修改。

  改变了VR眼镜的瞳距尺寸,手机投影尺寸也需要跟随改变。谷歌贴心地为教育者准备了相应的个性化修改程序VIEWER PROFILE GENERATOR。在程序的网页上设定Inter-lens distance参数,即可生成合适的视频。

  我们可以通过背景经验活动的设计,帮助学生理解VR背后的科学、技术、工程和数学,最后用“设计适合自己的VR眼镜”为核心工程问题解决。

  教师设计相关活动的时候,一定会遇到各种各样的问题。谷歌还设计了一个专门的搜索引擎,你可以在上面查询Google Cardboard的各种信息。

  当然,Google Cardboard只是设计VR眼镜主题课程的一种方法,我们还能通过不同的材料制作出VR眼镜,原理都是类似的。

  在科技学堂微信公众号回复关键词“VR”,即可获取Google Cardboard的开源图纸和“VR世界STEM课程设计建议ppt”。