《虚拟现实(Virtual Reality)》教学大纲
制定时间:2025年4月
一、课程基本信息
(一)适用专业:软件工程
(二)课程代码: 3DX1200A
(三)学分/课内学时:3学分/48学时
(四)课程类别:专业教育
(五)课程性质:选修/理论课
(六)先修课程:《数据库原理及应用》、《人机交互技术》
(七)后续课程:《毕业设计》、《软件工程项目综合实训》
二、课程教学目标
《虚拟现实》是软件工程专业教育选修课程,安排在大学第三年级进行授课。针对有一定的C#编程基础同时又对虚拟现实开发感兴趣的学生所开设的一门选修课程。本门课程全面介绍了Unity的基本使用、图形系统与组件的使用和物理引擎的使用等多方面的知识。本课程内容丰富,从基础知识到高级特效从简单应用程序到完整3D应用案例,适合不同需求、不同水平层次的学生。本课程讲解的知识基础、实用,并且课程量适中,让学生在结束该课程后能够具备使用Unity进行开发的能力,顺利进入到虚拟现实应用开发的领域中。
本课程以项目为导向开展教学实践活动,使学生全面掌握各个主流平台下进行3D应用开发各方面的知识,了解项目设计规范,熟悉项目设计方法,养成良好的项目开发习惯,培养团队协作精神。围绕课程目标,在课程改革过程中形成“创新式立体化教学模型”,该模型以高素质高技能人才培养为核心,以“阶梯递进”课程体系为主体,采取组件嵌入式项目构建模式,充分体现教、学、做一体化。
(一)具体目标
目标1:学生应掌握虚拟现实技术基本概念、原理、软硬件设备及相关理论知识。掌握虚拟现实建模方法,能够理解建模中常用的工具、方法和基本数学知识。掌握虚拟现实中的计算机技术,能够综合运用计算机技术开发相应的数字媒体软件。(对应毕业要求观测点2.3、3.1)
目标2:掌握虚拟现实引擎工具,常用的开发工具,熟练使用虚拟现实软硬件设备进行综合案例的仿真、软硬件搭建、工程实施和部署运行。学生应能够自己动手、或团队协作形式开发虚拟现实相关应用,如面向文化创意产业开发相关VR 应用。(对应毕业要求观测点3.2、5.2、10.1)
(二)课程目标与毕业要求的对应关系
毕业要求 |
毕业要求指标点 |
课程目标 |
教学单元 |
评价方式 |
2.问题分析:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理,识别、表达并通过文献研究分析软件领域复杂工程问题,综合考虑可持续发展的要求,以获得有效结论。 |
观测点 2.3:能运用数学、自然科学和工程科学与技术和计算机专业的基本原理,分析软件领域的复杂工程问题及其影响因素,并结合文献研究,确定合理的方案,获得有效结论。 |
目标1 |
虚拟现实的基本概念与应用领域;Unity 的环境搭建与界面认知;Unity 的常用组件; |
实验 期末考试 |
3.设计/开发解决方案:能够针对软件领域复杂工程问题设计和开发解决方案,设计满足特定需求的软件应用系统,体现创新性,并从健康、安全与环境、全生命周期成本与净零碳要求、法律与伦理、社会与文化等角度考虑可行性。 |
3.1,掌握软件工程设计和产品开发全周期、全流程的设计/开发方法和技术,了解影响设计目标和技术方案的各种因素,进行需求分析; |
目标1 目标2 |
Unity 的模型导入与组件使用;音频和视频;C#脚本基础; |
实验 期末考试 |
3.2 能够针对特定需求,进行软件应用系统的解决方案设计,完成软件单元(部件)和软件体系架构的设计,在设计中体现创新意识; |
5.使用现代工具:能够针对软件领域复杂工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对软件领域复杂工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。 |
5.2能够针对软件领域的工程问题,选择恰当的计算机软硬件、通信网络等技术和工具进行分析; |
10.项目管理。理解并掌握与软件工程项目相关的管理原理与经济决策方法,并能够在多学科环境中应用。 |
10.1理解软件应用系统设计中相关的经济决策方法和工程项目管理方法,能够将其思想应用到解决软件应用系统设计中的复杂工程问题; |
目标2 |
3D 数学基础;UGUI 界面开发;物理系统;动画系统;导航寻路功能;Unity 数据持久化技术; |
实验 期末考试 |
三、教学内容与方法
(一)教学内容及要求
序 号 |
教学单元 |
教学内容 |
学习产出要求 |
推荐学时 |
推荐教学方式 |
支撑 课程目标 |
备注 |
1 |
虚拟现实概述 |
虚拟现实的基本概念;虚拟现实的发展历史;虚拟现实的分类;虚拟现实的应用领域; Unity基础与开发环境搭建 |
了解虚拟现实的相关概念, 简单了解虚拟现实的发展历史,了解虚拟现实的应用领域,掌握Unity开发环境搭建。 |
2 |
讲授 |
目标1 |
|
2 |
Unity 界面 |
Project 面板,Hierarchy 面板, Scene 面板,工具栏,Inspector 面板,Game 面板和 Console 面板,预制体资源,资源包的导入和导出。 |
掌握unity界面的布局与基本应用。熟练掌握预制体资源,资源包的导入和导出。 |
6 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
3 |
Unity 的常用组件 |
地形,实时光源,烘焙与贴图,摄像机,音视频。 |
熟练掌握Unity 的常用组件的基本使用; |
6 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
4 |
C#脚本基础 |
Unity 脚本编辑器,脚本的常用核心类,脚本的生命周期,脚本的绑定、初始化、销毁,多脚本管理。 |
掌握Unity 脚本编辑器,熟悉脚本的常用核心类,了解脚本的生命周期,脚本的绑定、初始化、销毁,掌握多脚本管理。 |
8 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
5 |
3D坐标体系 |
3D 坐标系基础,向量,矩阵,矩阵运算。 |
了解3D 坐标系基础,掌握向量、矩阵和矩阵运算。 |
2 |
讲授 案例 |
目标1 |
|
6 |
UGUI 界面开发 |
基础组件和事件,锚点与屏幕自适应,UGUI 高级组件,使用 UGUI 进行布局管理。 |
理解基础组件和事件,掌握锚点与屏幕自适应,了解UGUI 高级组件,熟悉使用 UGUI 进行布局管理 |
4 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
7 |
物理系统 |
Rigidbody 组件,碰撞,物理材质,Character Controller 组件,射线,关节组件。 |
理解Rigidbody 组件,熟悉碰撞原理,了解物理材质和Character Controller 组件,掌握射线和关节组件的使用 |
6 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
8 |
动画系统 |
Animation 动画编辑器,动画资源的导入和设置,Mecanim 动画系统。 |
掌握Animation 动画编辑器,掌握动画资源的导入和设置,了解Mecanim 动画系统。 |
4 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
9 |
导航寻路功能,数据持久化技术 |
基本导航寻路功能,寻航代理组件,数据的存取,JSON 的基本语法,读取和存储 JSON 文件 |
了解基本导航寻路功能,寻航代理组件,掌握unity对本地数据的存取,掌握JSON 的基本语法,掌握读取和存储 JSON 文件 |
4 |
讲授 案例 实验 |
目标1、2 |
|
10 |
实战开发 |
项目规划和设计,需求分析,功能模块设计与完成,完成项目开发 |
综合运用unity 3d的各项组件完成项目规划设计制作与开发。 |
6 |
案例 实验 |
目标2 |
|
(二)教学方法
1.课堂讲授
(1)采用启发式教学,激发学生主动学习的兴趣,培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力,引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。
(2)在教学内容上,系统讲授虚拟现实技术的理论、C#脚本语言、场景的设置、背景、光源以及层次控制等知识点,使学生能够系统掌握虚拟现实的建模技术,掌握应用系统开发的基本技能。
(3)在教学过程中采用电子教案,多媒体教学与传统板书、教具教学相结合,提高课堂教学信息量,增强教学的直观性。
(5)课内实验和课内讨论相结合,每周至少一次进行答疑。
2.实验教学
实验教学是虚拟现实课程中重要的实践环节,目的是培养学生虚拟现实建模技术能力。课程必做实验12个,各实验按照虚拟现实建模基本原则要求学生完成实验过程,并提交实验报告。
四、考核及成绩评定
(一)考核内容及成绩构成
课程目标 |
考核内容 |
成绩评定方式 |
成绩占总评分比例 |
目标成绩占当次考核比例 |
学生当次考核平均得分 |
目标达成情况计算公式 |
目标1:学生应掌握虚拟现实技术基本概念、原理、软硬件设备及相关理论知识。掌握虚拟现实建模方法,能够理解建模中常用的工具、方法和基本数学知识。掌握虚拟现实中的计算机技术,能够综合运用计算机技术开发相应的数字媒体软件。 |
虚拟现实的基本概念与应用领域;Unity 的环境搭建与界面认知;Unity 的常用组件;Unity 的模型导入与组件使用;音频和视频;C#脚本基础; |
实验 |
20% |
50% |
A1 |
|
期末考试 |
30% |
50% |
B1 |
目标2:掌握虚拟现实引擎工具,常用的开发工具,熟练使用虚拟现实软硬件设备进行综合案例的仿真、软硬件搭建、工程实施和部署运行。学生应能够自己动手、或团队协作形式开发虚拟现实相关应用,如面向文化创意产业开发相关VR 应用。 |
音频和视频;C#脚本基础;3D 数学基础;UGUI 界面开发;物理系统;动画系统;导航寻路功能;Unity 数据持久化技术; |
实验 |
20% |
50% |
A2 |
|
期末考试 |
30% |
50% |
B2 |
总评成绩(100%)=实验(30%)+期中考试(10%)+期末考试(60%) |
100% |
—— |
—— |
|
(二)平时考核成绩评定
实验:必做实验12次,支撑目标1、目标2,共占总评分40%,
目标1包含实验1(占2%)、实验2(占3%)、实验3(占3%)、实验4(占3%)、实验5(占3%)、实验6(占3%)、实验7(占比3%),共占20%。
目标2包含实验8(占4%)、实验9(占4%)、实验10(占4%)、实验11(占4%)、实验12(占4%),共占10%。
对应目标的评分标准如下:
对应目标 |
目标1:学生应掌握虚拟现实技术基本概念、原理、软硬件设备及相关理论知识。掌握虚拟现实建模方法,能够理解建模中常用的工具、方法和基本数学知识。掌握虚拟现实中的计算机技术,能够综合运用计算机技术开发相应的数字媒体软件。 |
目标2:掌握虚拟现实引擎工具,常用的开发工具,熟练使用虚拟现实软硬件设备进行综合案例的仿真、软硬件搭建、工程实施和部署运行。学生应能够自己动手、或团队协作形式开发虚拟现实相关应用,如面向文化创意产业开发相关VR 应用。 |
考查点 |
项目基本规范,虚拟现实基础知识 |
项目开发综合能力 |
成绩比例 |
50% |
50% |
评分标准 |
100% 至 90% |
能够按照项目格式规范进行项目命名和建立目录结构,实验目的明确、步骤完整、场景逼真度高、物理模拟准确、引导清晰,虚拟场景的合理性、真实感、交互逻辑完善;基础交互流畅,数据记录完整,实验流程符合预设方案,结果可重复性高。 |
能够根据实验要求,把所有功能实现,并且对附加的任务要求也能完成。实验效果良好,操作能力强,页面内容表现规范。 |
89% 至 80% |
能够按照项目格式规范进行项目命名和建立目录结构,实验目的基本明确、步骤基本完整、场景逼真度高、引导清晰,虚拟场景的合理性、真实感、交互逻辑基本完善;数据记录完整,实验流程符合预设方案,结果可重复性高。 |
能够根据实验要求,把主要功能实现,对附加的任务要求能部分完成。实验效果良好,操作能力强,页面内容表现基本规范。 |
79% 至 70% |
能够按照项目格式规范进行项目命名,实验目的基本明确、步骤基本完整、引导基本清晰,虚拟场景的合理性、交互逻辑基本完善;数据记录基本完整,实验流程符合预设方案,结果可重复性高。 |
能够根据实验要求,实现主要功能。实验效果良好,有一定操作能力,页面内容表现基本规范,页面内容能够展现,基本能够实现实验要求。。 |
69% 至 60% |
能够按照项目格式规范进行项目命名,实验目的基本明确、步骤基本完整、引导基本清晰,虚拟场景的合理性;数据记录基本完整,实验流程符合预设方案。 |
能够根据实验要求,实现一些功能,有一定代码编写能力,页面内容基本能够展现,基本能够实现实验要求。 |
59%至 0 |
项目格式不规范,实验目的不明确、步骤不完整,虚拟场景没实现;数据记录基本没有,实验流程不符合预设方案。 |
动手操作能力差;操作不规范,不能完成实验要求。 |
(三)期末考核成绩评定
参见期末考试试题评分标准。
五、参考学习资料
推荐教材1:《Unity虚拟现实开发教程》,吴孝丽等,人民邮电出版社.2023年, ISBN: 9787115620378
推荐参考书1:《Unity3D开发标准教程》,吴亚峰等,人民邮电出版社.2023年,第2版,ISBN:9787115565501
推荐参考书2:《Unity 3D增强现实开发实战》吴哲夫等.人民邮电出版社.2019年,ISBN:9787115494092
推荐学习网站:https://www.bilibili.com/