第1章三维设计基础1.2三维设计的相关技术 教案（表格式）-高中教学同步《信息技术人工-三维设计与创意》（人教-中图版2019）

《信息技术-三维设计与创意》教案
课 题 第1章三维设计基础1.2三维设计的相关技术 课 型 班课 课 时 1
授课班级 高一1班
学习目标 理解三维建模技术的概念和应用： 学习如何利用计算机系统中的三维设计软件进行物体空间形状的描述。 掌握正向工程建模的基本流程，包括从构思到数字模型的转换。 通过案例分析，如动画角色、游戏场景等，了解三维建模技术的实际应用。 掌握三维重建技术的原理和分类： 理解基于图像和基于激光的三维重建技术的区别和应用场景。 学习逆向工程建模的概念，以及在文物数字化、建筑复原等方面的应用。 通过具体实例，如洛阳博物馆东汉石辟邪文物的三维扫描和重建，加深对三维重建技术的理解。 熟悉三维渲染技术的关键要素和过程： 学习添加材质、设置纹理、布置灯光等手段，使三维模型或场景更加立体真实。 掌握直接光照和间接光照的概念，以及它们对渲染效果的影响。 通过实际渲染案例，如添加光照和材质后的三维场景图，提高学生的实践操作能力。 了解三维显示技术的基本原理和类型： 学习人眼产生立体视觉的原因，以及三维显示技术如何模拟这一过程。 掌握佩戴式三维显示技术和裸眼式三维显示技术的工作原理和优缺点。 探讨全息式三维显示技术的潜在应用和当前挑战。 认识虚拟现实技术的核心特性和系统组成： 理解虚拟现实技术的沉浸感、交互性和构想性三大特性。 学习虚拟现实系统的关键技术和组成部分，包括检测系统、显示系统和模拟系统。 探索虚拟现实技术在飞行员模拟训练、城市虚拟漫游等领域的应用前景。 探究三维打印技术的原理和应用领域： 学习三维打印技术如何将数字模型转化为实体模型的过程。 了解常用的三维打印材料和设备，以及在模具制造、工业设计等领域的应用。 通过具体案例，如汽车零件、日常用品等的三维打印，增强学生对三维打印技术的实践认识。
学习重难点 教学重点： 三维建模技术： 重点理解三维建模技术的定义和应用场景。 学习如何利用计算机软件描述物体空间形状，包括自然界中的物体和虚构角色或画面。 强调三维建模在创意表达和专业设计中的重要性。 三维重建技术： 重点掌握三维重建技术的原理和分类（基于图像和基于激光）。 学习如何通过特定技术获取现实世界中物体的三维数据并重建模型。 探讨三维重建技术在博物馆文物重建、建筑物复原等领域的应用。 三维渲染技术： 重点理解渲染过程中的关键要素，如材质、纹理、灯光等。 学习光照对三维模型真实感的影响，包括直接光照和间接光照的概念。 强调表面属性对渲染效果的重要性，以及不同光照模型的应用。 三维显示技术： 重点掌握三维显示技术的基本原理，包括双目视差原理和裸眼式三维显示技术。 学习佩戴式三维显示技术和全息式三维显示技术的特点及应用。 探讨当前三维显示技术的发展现状和未来趋势。 虚拟现实技术： 重点理解虚拟现实技术的核心特性（沉浸感、交互性、构想性）。 学习虚拟现实系统的主要组成，包括检测系统、显示系统和模拟系统。 探讨虚拟现实技术在飞行员训练、城市漫游等领域的应用。 三维打印技术： 重点掌握三维打印技术从数字模型到实体模型的转换过程。 学习三维打印技术在不同材料和设备中的应用。 探索三维打印技术在工业设计、医疗等领域的实际应用案例。 教学难点： 三维建模技术： 难点在于学生需要熟练掌握复杂的三维设计软件，将创意准确地转换为三维数字模型。 设计人员的专业要求较高，需要大量的实践操作和经验积累。 三维重建技术： 难点在于理解基于图像和基于激光的三维重建技术的具体实现过程，以及它们的优缺点和适用场景。 实际重建过程中可能遇到的技术挑战，如图像清晰度、激光扫描精度等。 三维渲染技术： 难点在于掌握光照、纹理、材质等多个因素对渲染效果的综合影响。 实际操作中如何调整参数以达到理想的渲染效果需要丰富的经验和技巧。 三维显示技术： 难点在于理解不同的三维显示技术的工作原理，特别是全息式三维显示技术的复杂性和当前限制。 学生需要理解并能区分各种显示技术的适用场合和优缺点。 虚拟现实技术： 难点在于整合多种技术（如动态环境建模、立体显示、传感技术等）来创建高度逼真的虚拟环境。 学生需要理解复杂的虚拟现实系统组成，并掌握各部分的功能和相互作用。 三维打印技术： 难点在于理解三维打印过程中材料的选择和打印设备的工作原理。 实际操作中如何优化打印参数以获得高质量的打印成品需要深入的学习和实践。
教学方法 讲授法：通过直接讲解和阐述，向学生介绍三维设计技术的基础知识、原理和应用。例如，在解释三维建模技术、三维重建技术等概念时使用。 案例分析法：通过具体的实例来展示技术的实际应用，如利用三维建模技术创建动画角色或游戏场景的案例，以及洛阳博物馆东汉石辟邪文物的三维扫描和重建案例，帮助学生理解技术的具体应用。 图解法：利用图像、图表和示意图直观展示复杂的技术过程，如三维重建技术和渲染技术的步骤图示，帮助学生更好地理解和记忆技术细节。 实践操作法：虽然课程内容以理论为主，但通过推荐实践操作和实验，鼓励学生亲自尝试使用三维设计软件进行建模，或尝试使用三维打印设备制作实物模型，从而加深对技术的理解和应用能力。 讨论与互动法：在授课过程中穿插问题讨论和思考，鼓励学生提出疑问并参与解答，通过互动交流深化对三维设计技术的认识。 多媒体教学法：结合视频、动画演示等多媒体元素，展示三维显示技术和虚拟现实技术的效果，增强学习体验的直观性和沉浸感。
课前准备 教材准备： 整理和编排详细的教学大纲，确保涵盖三维设计相关的所有技术，如三维建模、三维重建、三维渲染、三维显示、虚拟现实和三维打印等。 准备相关的教材和参考书籍，以便学生可以在课后进行复习和深入学习。 课件制作： 制作内容丰富、图文并茂的PPT课件，包括各种技术的基本原理、应用场景以及实例分析。 准备教学视频或动画，特别是对于复杂的技术过程（如三维渲染、虚拟现实系统构成），以帮助学生更好地理解。 案例收集： 收集各种技术的实际案例，如三维建模在动画制作中的应用、三维重建在博物馆文物数字化中的应用等。 准备案例分析的详细资料，供课堂讨论和分析使用。 设备与软件准备： 确保计算机实验室的设备齐全，软件安装完毕，包括各种三维设计软件、三维扫描和打印设备等。 准备虚拟现实设备的演示环境，确保设备正常运行。 互动环节设计： 设计课堂互动环节，如问答、小组讨论、实际操作演练等，以提高学生的参与度和兴趣。 准备相关的互动工具，如投票器、答题卡等。 评估与反馈： 制定课后评估计划，包括作业、小测验和项目作品等，以检验学生对知识的掌握程度。 准备课后反馈表格，收集学生对课程内容和教学方法的意见，以便不断改进教学效果。
教学媒体 PPT课件：详细展示三维设计技术的各个方面，包括三维建模、三维重建、三维渲染等。 视频演示：展示虚拟现实设备的操作和效果，以及三维打印设备的工作流程。 实物展示：如可能，展示通过三维打印技术制造的实物模型。 软件演示：现场操作各种三维设计软件，实时展示三维建模和渲染过程。 互动设备：使用投票器、答题卡等工具进行课堂互动，提高学生参与度。 参考书籍和教材：提供详细的参考资料供学生课后复习和深入学习。 案例研究资料：分发关于各种三维设计技术应用的案例分析材料。 多媒体教学工具：利用教室内的多媒体设备播放教学视频、动画等辅助教学材料。 虚拟现实设备：如果条件允许，展示并让学生体验VR头盔和其他相关设备。 三维打印机：展示三维打印机及其工作原理，让学生了解从数字模型到实体模型的转换过程。
教学过程
教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图
活动一： 创设情境 生成问题 开始课程以一个引人入胜的视频介绍，展示三维设计在不同领域的应用，如电影、游戏、医疗等。 提出问题：“你们知道这些精彩的三维效果是如何制作的吗？”和“三维设计背后的技术有哪些？” 观看视频，记录自己对三维设计技术的认识和疑问。 与同桌讨论视频内容，分享各自的观点和疑惑。 通过生动的视频引起学生兴趣，激发他们对三维设计技术的好奇心。 通过提问促进学生主动思考，为后续学习做铺垫。
活动二： 调动思维 探究新知 详细介绍三维建模技术、三维重建技术、三维渲染技术和三维显示技术等，使用PPT课件辅助说明。 演示一个简单的三维建模过程，让学生看到从无到有的创建过程。 认真听讲并做笔记，对于不清楚的地方举手提问。 观察教师的演示，并提出自己的见解或疑问。 提供详尽的技术解析，帮助学生构建知识体系。 现场演示增加理解，提高学生对操作流程的认识。
活动三： 调动思维 探究新知 组织学生进行小组讨论，探讨虚拟现实技术和三维打印技术在现实生活中的应用。 提供几个案例，指导学生分析三维技术如何解决实际问题。 在小组内分享自己对虚拟现实和三维打印的看法。 共同讨论老师提供的案例，并尝试给出自己的见解。 鼓励学生通过小组讨论加深理解，并培养团队合作能力。 通过案例分析训练学生的实际应用能力和问题解决能力。
活动四： 巩固练习 素质提升 提供一系列练习题和设计任务，要求学生利用所学的三维设计技术完成一个小项目。 走动课堂，个别指导学生，解答他们在练习中遇到的问题。 独立或小组合作完成设计任务。 向老师求助解决遇到的具体问题。 实践是检验真知的唯一标准。通过实际操作，让学生巩固和应用所学知识。 老师的即时反馈可以帮助学生及时纠正错误，提高学习效率。
课堂小结 作业布置 课堂小结 本节课我们深入探讨了1.2节“三维设计的相关技术”，这些技术是现代三维作品设计和制作不可或缺的一部分。我们从以下几个方面进行了学习： 三维建模技术：了解了如何利用计算机三维设计软件描述物体空间形状，将创意转换成三维数字模型。 三维重建技术：学习了通过特定技术获取现实世界中物体的三维数据，并重建这些物体的三维模型的方法。 三维渲染技术：掌握了通过添加材质、设置纹理和布置灯光等手段，使三维模型或场景更加立体和真实的技巧。 三维显示技术：探讨了实现三维立体显示的不同技术，包括佩戴式和裸眼式三维显示技术。 虚拟现实技术：了解了虚拟现实技术的基本原理和关键技术，以及它们如何与三维设计结合，创造出高度沉浸感的作品。 三维打印技术：学习了如何利用数字模型文件通过逐层打印的方式快速制造实体模型。 以上内容不仅让我们了解了各种三维设计技术，还让我们认识到了这些技术在实际应用中的广泛性和重要性。 作业布置 为了加深对本课程内容的理解和应用，请完成以下作业任务： 研究作业：选择一个你感兴趣的三维设计技术（如三维建模技术或三维打印技术），查找并阅读一篇相关技术的最新应用案例，写一份300字的案例分析报告，简述该技术的具体应用和带来的创新或改变。 实践作业：利用你选择的三维设计软件，尝试创建一个简单的三维模型（如一个杯子或一个小房子），并在班级论坛分享你的设计过程和最终模型图像。不需要非常复杂，重在实践操作和体验建模过程。 思考题：讨论三维重建技术和三维渲染技术在电影制作中的应用，你认为未来这些技术会如何发展？它们将如何影响电影行业的未来？（200字左右）
板书设计 1.2 三维设计的相关技术 1. 三维设计概述 定义: 利用计算机系统描述物体空间形状的技术。 应用范围: 包括三维建模、三维重建、三维渲染、三维显示、虚拟现实和三维打印等。 2. 三维建模技术 (1.2.1) 定义: 使用三维设计软件创建数字模型。 优点: 形象地表达创意。 缺点: 需要高专业技能。 应用领域: 动画、游戏、建筑设计。 3. 三维重建技术 (1.2.2) 定义: 获取现实中物体的三维数据并重建模型。 技术类型: 基于图像和基于激光。 应用场景: 文物重建、商品展示。 4. 三维渲染技术 (1.2.3) 定义: 通过添加材质、纹理、灯光使模型更真实。 关键因素: 光照（直接光、间接光）、表面属性。 效果: 增强立体感和真实感。 5. 三维显示技术 (1.2.4) 原理: 利用人眼立体视觉，通过双目视差实现立体显示。 类型: 佩戴式（3D眼镜、VR头盔）、裸眼式、全息式。 特点: 提供深度感和空间感。 6. 虚拟现实技术 (1.2.5) 定义: 生成与现实环境高度近似的数字化环境。 特性: 沉浸感、交互性、构想性。 关键技术: 动态环境建模、实时三维图形生成等。 7. 三维打印技术 (1.2.6) 定义: 以数字模型文件为基础，逐层打印制造实体模型。 材料: 尼龙、金属、塑料等。 应用: 模具制造、工业设计、珠宝制作等。
教学反思 在本次课程中，我们探讨了1.2节“三维设计的相关技术”，这是现代三维作品设计和制作不可或缺的一部分。通过详细介绍三维建模、三维重建、三维渲染、三维显示、虚拟现实和三维打印等技术，学生们能够了解到这些技术如何共同作用，使三维作品得以实现和完善。 教学目标回顾 知识与理解: 学生应理解各种三维设计技术的基本原理和应用场景。 应用与实践: 学生能识别不同技术的优势与局限，并能应用于解决实际问题。 分析与评估: 学生能评价每种技术的效率和效果，以及它们在未来可能的发展方向。 综合与创新: 鼓励学生思考如何将这些技术综合运用于创新项目。 教学方法与互动 讲授与演示: 使用PPT和视频材料详细讲解每种技术的核心原理和应用实例。 小组讨论: 学生分组探讨特定技术如何解决实际问题。 问答环节: 开放式提问，鼓励学生提出疑问和见解。 教学反思 成功之处 内容丰富，涵盖全面: 课程内容全面覆盖了三维设计的关键技术，使学生能够获得系统的认识。 实际应用案例: 通过具体案例（如文物数字化、虚拟现实游戏等）帮助学生更好地理解和记忆技术应用。 互动性高: 小组讨论和问答环节增加了课堂互动，提高了学生的参与度和兴趣。 需要改进的地方 深入技术细节: 部分学生反映，对于某些技术（如全息式三维显示技术）的原理解释不够深入，未来可以配合更多的图解或现场演示来增强理解。 增加实操环节: 理论与实践结合是技术教学的重要环节，未来可以考虑引入简单的三维设计软件操作练习，让学生亲自体验从模型建立到渲染的完整过程。 跨学科融合: 可以考虑与艺术、历史等其他学科的结合，探讨三维技术在不同领域的应用，以培养学生的综合应用能力。 总结 总体而言，本次课程成功地向学生介绍了三维设计的相关技术，并通过丰富的案例和互动环节增强了学生的理解和兴趣。未来的教学中，将更注重深入技术细节的讲解和实际操作的训练，以进一步提高教学效果。