1.3在社會(huì)中的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)人教-中圖版高中信息技術(shù)選擇性必修5

第1章三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3三維設(shè)計(jì)在社會(huì)中的應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過(guò)程和工程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識(shí)，培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀，樹立總體國(guó)家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社選擇性必修5三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意第1章三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.3三維設(shè)計(jì)在社會(huì)中的應(yīng)用。隨著媒體技術(shù)的快速發(fā)展，三維設(shè)計(jì)逐漸深入社會(huì)各領(lǐng)域。利用三維設(shè)計(jì)，可以獲取物體在三維空間中的數(shù)據(jù)并經(jīng)過(guò)一定的渲染手段，進(jìn)行可視化表達(dá)，從而能夠直觀、生動(dòng)地表達(dá)設(shè)計(jì)方案，把很多抽象的問(wèn)題和細(xì)節(jié)形象化。那么，什么是三維設(shè)計(jì)？它和二維設(shè)計(jì)有什么不同？三維設(shè)計(jì)的一般過(guò)程是什么？與三維設(shè)計(jì)相關(guān)的技術(shù)有哪些？三維設(shè)計(jì)主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？本章，我們將帶著這些問(wèn)題，通過(guò)體驗(yàn)、觀察、分析、探究，一起學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)與方法。教學(xué)目標(biāo)1.了解三維設(shè)計(jì)的不同應(yīng)用類型。2.認(rèn)識(shí)三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)在數(shù)字化環(huán)境中的普遍性。3.了解三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)在不同領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。4.感受三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)給人們生活、工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)的影響。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):了解三維設(shè)計(jì)的不同應(yīng)用類型。教學(xué)難點(diǎn):感受三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)給人們生活、工作和學(xué)習(xí)帶來(lái)的影響。教學(xué)方法與教學(xué)手段案例分析法、講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。教學(xué)過(guò)程問(wèn)題導(dǎo)入體驗(yàn)探索體驗(yàn)網(wǎng)上漫游三維設(shè)計(jì)越來(lái)越多地融入我們的工作、學(xué)習(xí)和生活中。自2020年年初新型冠狀病毒疫情暴發(fā)以來(lái)，越來(lái)越多的博物館、天文館、科技館、公園等推出了網(wǎng)上漫游的功能，方便足不出戶的人們?cè)诰W(wǎng)上瀏覽文物，學(xué)習(xí)天文、科技知識(shí)，進(jìn)行“云逛”。圖1.3.1（參見教材P28）為“全景故宮”的畫面。體驗(yàn)：在網(wǎng)上搜索“全景故宮”，進(jìn)入相應(yīng)的網(wǎng)站瀏覽故宮，感受技術(shù)給我們生活帶來(lái)的改變。思考：你還體驗(yàn)過(guò)三維設(shè)計(jì)的哪些應(yīng)用？三維設(shè)計(jì)給社會(huì)帶來(lái)了怎樣的影響？維設(shè)計(jì)的應(yīng)用類型根據(jù)三維設(shè)計(jì)作品發(fā)布方式的不同，三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用類型大體可以分為實(shí)體模型設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)、三維交互設(shè)計(jì)三類。實(shí)體模型設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)體模型設(shè)計(jì)時(shí)，首先在三維設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)制作，然后通過(guò)三維打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、雕刻機(jī)等設(shè)備按一定比例打印或雕刻出實(shí)體模型（圖1.3.2）（參見教材P29）。與基于圖紙進(jìn)行模型設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法相比，實(shí)體模型設(shè)計(jì)具有直觀、形象、方便編輯修改等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、室內(nèi)設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)、雕塑創(chuàng)作等領(lǐng)域。三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)三維動(dòng)畫是利用三維技術(shù)生成的一系列內(nèi)容連續(xù)的動(dòng)態(tài)立體的畫面。進(jìn)行三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)腳本和故事內(nèi)容，利用三維設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)中建立一個(gè)虛擬世界，設(shè)置燈光和照明，再為模型賦上特定的材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)要求的視覺(jué)效果；然后根據(jù)動(dòng)畫分鏡頭腳本設(shè)定角色對(duì)象的動(dòng)畫、運(yùn)動(dòng)路徑、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)等；達(dá)到理想的動(dòng)畫效果后，再進(jìn)行逐幀渲染繪制；渲染的結(jié)果可以直接輸出動(dòng)畫視頻文件，也可以輸出逐幀的連續(xù)畫面，再通過(guò)后期特效處理，合成三維動(dòng)畫（圖1.3.3）（參見教材P29）。三維動(dòng)畫除了用于動(dòng)畫片、電影之外，還可以用來(lái)模擬真實(shí)物體的變化、運(yùn)動(dòng)過(guò)程。由于其精確性和真實(shí)性，目前被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、軍事、科研等諸多領(lǐng)域。三維交互設(shè)計(jì)三維交互設(shè)計(jì)與三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)的不同之處在于：構(gòu)建完三維場(chǎng)景、角色和調(diào)試完動(dòng)畫后，并不直接渲染成動(dòng)畫輸出，而是需要根據(jù)用戶的行為和輸入，定義虛擬角色運(yùn)動(dòng)、狀態(tài)變化的規(guī)則，然后將場(chǎng)景、角色、規(guī)則一起發(fā)布成可執(zhí)行文件。應(yīng)用時(shí)，運(yùn)行這個(gè)文件，根據(jù)用戶的行為和輸入，使場(chǎng)景中的角色與之互動(dòng)，如操縱虛擬角色，讓它旋轉(zhuǎn)、放大或縮小，也可以移動(dòng)虛擬相機(jī)，從不同角度觀看虛擬場(chǎng)景。三維交互設(shè)計(jì)被廣泛應(yīng)用于三維產(chǎn)品或文物展示、教育培訓(xùn)、娛樂(lè)游戲、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。例如，各大博物館、展覽館等提供的三維交互產(chǎn)品（圖1.3.4）（參見教材P30），可以讓用戶通過(guò)設(shè)備進(jìn)行交互，體驗(yàn)與常規(guī)展覽不同的觀展趣味，增強(qiáng)科普教育內(nèi)容的趣味性與交互性。又如，利用三維試穿作品，客戶可以利用服裝和鞋子試穿、飾品試戴等功能，有效節(jié)省在門店試衣的時(shí)間，同時(shí)降低商品的損耗。另外，還出現(xiàn)了很多有趣的三維交互游戲，讓人在閑暇之余，放松身心。實(shí)踐活動(dòng)體驗(yàn)三維動(dòng)畫和三維交互作品1.在中查找“人體解剖3D模型”“神奇的汽車”等應(yīng)用程序并進(jìn)行安裝。打開這些應(yīng)用程序，觀看關(guān)于人體各系統(tǒng)或汽車各組成部分的三維動(dòng)畫（圖1.3.5）（參見教材P30），體會(huì)三維動(dòng)畫的優(yōu)勢(shì)所在。2.在中查找“虛擬試衣間”等三維交互應(yīng)用程序并進(jìn)行安裝。打開應(yīng)用程序，試著輸入自己的身高、體重等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行試裝（圖1.3.6）（參見教材P31），體會(huì)三維交互作品和三維動(dòng)畫的不同之處。維設(shè)計(jì)在各領(lǐng)域的應(yīng)用三維設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、影視娛樂(lè)、教育科研、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在提高工作效率、帶給人們視覺(jué)享受等方面顯示出巨大的潛力。工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域隨著我國(guó)工程設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，三維設(shè)計(jì)在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中起到越來(lái)越重要的作用。三維設(shè)計(jì)越來(lái)越多地應(yīng)用于鐵路設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，以提高設(shè)計(jì)單位的核心競(jìng)爭(zhēng)力。例如，鐵路隧道三維設(shè)計(jì)中的模型建立工作主要包括地質(zhì)三維建模、三維選線和隧道三維建模。在建立三維模型并設(shè)置好參數(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)隧道、軌道等（圖1.3.7）（參見教材P31）工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與輸出，從而有效提高設(shè)計(jì)的效率和精度。利用三維設(shè)計(jì)，可以方便地設(shè)計(jì)出飛機(jī)、輪船（圖1.3.8）（參見教材P32）、工業(yè)設(shè)備、各種產(chǎn)品（圖1.3.9）（參見教材P32）的三維模型，在直觀、高效表達(dá)設(shè)計(jì)理念的同時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，在投入生產(chǎn)之前進(jìn)行裝配和測(cè)試，可以優(yōu)化工程設(shè)計(jì)的流程。建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域利用三維技術(shù)可以制作出建筑物、樓盤、公共場(chǎng)所等的三維設(shè)計(jì)圖紙、三維動(dòng)畫或者漫游宣傳片、房間虛擬展示等，給人以身臨其境的感受。很多城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，都是通過(guò)三維設(shè)計(jì)制作出規(guī)劃后的設(shè)計(jì)圖，在表達(dá)設(shè)計(jì)師意圖的同時(shí)，可以充分展示建成后的美景。接著通過(guò)三維動(dòng)畫或者三維漫游作品等方式在公共場(chǎng)所如廣場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、車站等地方展示，讓人們從規(guī)劃的全景、各建筑物的功能等不同方面，多方位了解城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案（圖1.3.10）（參見教材P32）。在開始建造樓盤或者進(jìn)行室內(nèi)裝修前，設(shè)計(jì)師制作出樓盤或者室內(nèi)裝修的三維效果圖（圖1.3.11、圖1.3.12）（參見教材P33），供客戶觀看和感受效果。如果不滿意，可以及時(shí)更換其他設(shè)計(jì)方案，這也是三維設(shè)計(jì)給人們工作、生活帶來(lái)的便捷之處。影視娛樂(lè)領(lǐng)域利用三維技術(shù)，從人物建模、復(fù)雜場(chǎng)景設(shè)計(jì)、特技表演等各方面，都可以模擬出真實(shí)拍攝無(wú)法獲得的鏡頭運(yùn)動(dòng)、角色動(dòng)畫、渲染效果和視覺(jué)特效等。在突破真實(shí)拍攝的局限、彌補(bǔ)不足的同時(shí)，可以帶給人們逼真的視覺(jué)感受、鮮明的色彩沖擊力，從而在影視、片頭動(dòng)畫、廣告動(dòng)畫方面得到廣泛的應(yīng)用（圖1.3.13）（參見教材P33）。目前，國(guó)內(nèi)外的三維電影如雨后春筍般出現(xiàn)，其中人物之逼真、場(chǎng)景之奇幻、特效之精彩，在帶給人們一次次視覺(jué)盛宴的同時(shí)，也越來(lái)越凸顯出科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)的完美契合。隨著三維設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，三維游戲也從簡(jiǎn)單的色塊堆砌而成的單調(diào)畫面，發(fā)展成數(shù)百萬(wàn)多邊形組成的精細(xì)人物、畫面等。三維游戲中的角色十分逼真，環(huán)境空間是立體的，可以模擬現(xiàn)實(shí)世界中的任務(wù)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，玩家在三維游戲中可以隨時(shí)進(jìn)行視角的選擇，從不同視角觀看三維空間環(huán)境，還可以對(duì)三維空間中的物體進(jìn)行大小調(diào)整、角度旋轉(zhuǎn)等操作（圖1.3.14）（參見教材P33）。相對(duì)于二維游戲來(lái)說(shuō)，三維游戲更容易使玩家產(chǎn)生沉浸體驗(yàn)，提升玩家參與游戲的積極性。教育科研領(lǐng)域三維技術(shù)的出現(xiàn)，極大地豐富了教學(xué)情境。利用三維設(shè)計(jì)，可以放大微觀世界、呈現(xiàn)地貌特征和水利水電工程（圖1.3.15）（參見教材P34）、重現(xiàn)歷史事件、模擬技術(shù)操作（圖1.3.16）（參見教材P34）等，在把知識(shí)形象化的同時(shí)，使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。另外，存在危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)可以在三維虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，以確保人身安全。醫(yī)療領(lǐng)域三維設(shè)計(jì)在醫(yī)療領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。例如，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)知識(shí)（圖1.3.17）（參見教材P34），利用三維動(dòng)畫學(xué)習(xí)手術(shù)操作的所有過(guò)程，利用三維設(shè)備輔助手術(shù)的開展......此外，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)醫(yī)院提供的X射線、核磁共振等醫(yī)學(xué)影像文件，建立三維模型，然后利用三維打印技術(shù)，通過(guò)三維打印設(shè)備把三維模型打印出來(lái)，植入人的身體里。圖1.3.18（參見教材P34）為三維打印的椎骨模型。除了上述領(lǐng)域外，三維設(shè)計(jì)還廣泛應(yīng)用于國(guó)防建設(shè)、交通管理、服裝設(shè)計(jì)、電商銷售等領(lǐng)域，為人們的工作和生活帶來(lái)便利。三維設(shè)計(jì)已經(jīng)滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中。項(xiàng)目實(shí)施安裝軟件，制作三維家居效果圖1.調(diào)研三維家居設(shè)計(jì)軟件，選擇一個(gè)合適的設(shè)計(jì)軟件，并安裝在計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備中，完成表1.3.1。表1.3.1三維家居設(shè)計(jì)軟件表三維家居設(shè)計(jì)軟件特點(diǎn)在哪種設(shè)備上使用《我家我設(shè)計(jì)》計(jì)算機(jī)2.利用安裝的三維家居設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)家居設(shè)計(jì)方案，制作三維家居效果圖，初步體驗(yàn)從二維空間到三維空間的轉(zhuǎn)換。3.小組成員討論，進(jìn)一步修改完善制作的效果圖?？偨Y(jié)評(píng)價(jià)1.請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)本章的核心概念與關(guān)鍵能力。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫下表。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度二維坐標(biāo)系和三維坐標(biāo)系□不了解□了解□理解二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)的不同□不了解□了解□理解三維設(shè)計(jì)的一般過(guò)程□不了解□了解□理解三維設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)□不了解□了解□理解三維設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)□不了解□了解□熟悉三維設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用□不了解□了解□熟悉三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用類型□不了解□了解□熟悉三維設(shè)計(jì)在社會(huì)中的應(yīng)用□不了解□了解□熟悉三維設(shè)計(jì)對(duì)社會(huì)的影響□不了解□了解□理解3.回答以下問(wèn)題，完成活動(dòng)反思。（1）在本章的項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，你和小組成員合作得愉快嗎？你們小組有哪些地方做得好，哪些地方做得不夠好？還可以如何改善？（2）在制作項(xiàng)目作品時(shí)，你覺(jué)得收集、分析、歸納的資料是否恰當(dāng)？能否滿足制作的需要？課后作業(yè)1.上網(wǎng)查閱三維設(shè)計(jì)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用。2.三維設(shè)計(jì)在給人們帶來(lái)好處的同時(shí)，是否也帶來(lái)一些負(fù)面的影響？查閱相關(guān)資料，并結(jié)合生活實(shí)際談?wù)勛约旱挠^點(diǎn)。3.以“3D賽車”“3D空戰(zhàn)”為關(guān)鍵詞搜索并安裝相關(guān)應(yīng)用程序，體驗(yàn)三維游戲所帶來(lái)的沖擊力。4.你最想用三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)什么？草擬自己的目標(biāo)，并將自己的