轻松玩转3D One AI

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书名：轻松玩转3D One AI

ISBN：978-7-115-63668-3

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版　　权

著    王增福

责任编辑 李永涛

人民邮电出版社出版发行　　北京市丰台区成寿寺路11号

邮编　100164 　电子邮件　315@ptpress.com.cn

网址　http://www.ptpress.com.cn

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内 容 提 要

广州中望龙腾软件股份有限公司（简称中望软件）开发的3D One AI是一款功能强大的三维仿真软件，集成了三维创意设计、人工智能、开源硬件和编程等功能。利用3D One AI提供的三维虚拟仿真功能，我们可以快速构建并模拟真实的科技应用场景，将抽象的人工智能知识可视化呈现。

本书以生活中的常见应用场景为案例设计基础，详细介绍3D One AI的基本操作及功能，通过案例的制作来引导学生理解和掌握相关的知识点。

学生学习本书，可以掌握3D One AI的基本操作和功能，并且能够通过案例的制作来提高自己的实践能力和问题解决能力。同时，本书也注重知识的系统性和连贯性，让学生能够更好地掌握3D One AI的完整应用流程。

本书适合作为中小学信息科技社团的人工智能教材，也可作为中小学教师开设人工智能课程的参考用书。

序  言

在历史的长河中，科技的发展带来了众多突破。其中，生成式人工智能正在深刻改变我们的学习模式和思维方式。在这个充满变革的时代，我有幸为您介绍一本独具创意的青少年科普教材——《轻松玩转3D One AI》。

在编写本书的过程中，作者王增福老师展现出了他出色的艺术审美和科创精神。他深刻认识到中小学阶段科技教育的重要性，同时也理解学校在资源方面的有限性。怀着对科技教育的热情和对教育公平的执着追求，王老师精心编写了本书。

我有幸见证了这本书的创作过程，它就像一部时光机，记录了3D One AI的逐步进化。王老师从3D One AI的beta版开始，一直追踪到2.58版的发布，其间3D One AI不断优化，王老师也不断更新和迭代本书的内容。正是他的坚持不懈，才能为学生呈现崭新的3D One AI应用全景。

在这个充满变革的时代，人工智能的快速发展给教育领域带来了前所未有的挑战与机遇。正是这种挑战，促使我们重新审视教育的本质和未来，继而推动教育的创新与变革。本书正是为适应这一时代需求而编写的，旨在帮助学生了解人工智能的最新发展，激发他们对科技的兴趣和创造力。

本书以任务驱动的方式组织内容，由简至难，循序渐进，使学生更容易学习和理解。每个任务都配套完善的场景资源文件，让学生能更好地理解任务场景。通过本书的学习，学生将掌握3D One AI的技能，更重要的是，拥有对科技的敬畏之心和对未知的探索之心。

在科技飞速发展的今天，我们对教育有了更高的期许。让我们共同努力，为推动科技与教育的融合，为培养更多的科技创新人才而不懈奋斗，共同迎接未来的挑战。

张帆

中望软件教研总监

前  言

随着社会的不断进步和科学技术的持续发展，人工智能这一前沿科技领域正在快速崭露头角，其广泛的应用正在不断渗透进我们日常生活的方方面面。在此背景下，推动人工智能教育的发展已成为当今中国社会的一项重要使命。国务院于2017年正式发布了《新一代人工智能发展规划》，明确提出在中小学阶段设置人工智能相关课程，并逐步推广编程教育。

随着教育信息化2.0行动的深入推进，教育部印发的《高中信息技术课程标准（2017版）》中，进一步将人工智能、三维创新设计、开源硬件、物联网和大数据处理等新技术纳入信息技术学科的范畴。这一变革性举措将有助于提升我国公民的信息素养和创新能力，培养适应科技快速发展的人才，进一步推动我国在人工智能领域的领先地位。

广州中望软件积极响应人工智能教育政策，特别为青少年开发了一款人工智能三维仿真软件——3D One AI。该软件将三维创新设计、人工智能、开源硬件和编程等多个领域的技术融合在一起，同时融入了信息、技术、数学和艺术等多学科的知识，旨在让每个用户都能具备与AI沟通的能力，并动手实现他们对未来世界的创想。

本书由4篇共计24课组成，旨在帮助学生全面了解3D One AI及其与人工智能的相互关系。学生通过快速学习途径，可以很快熟悉3D One AI的界面布局和基本操作；通过实际案例的制作，深入掌握全局属性设置、物体属性设置、受力与速度、关节等工具的设置和使用。同时，本书还详细介绍了软件所提供的各种电子件模型，包括RGB灯、舵机、马达、开关、电子显示屏、伺服电机、虚拟摄像头、扬声器、真空吸盘、循迹传感器、距离传感器、力传感器、颜色传感器及位置传感器等，为学生提供了丰富的学习内容。

大部分课程设计中包括学习目标、学习重点、案例介绍、案例制作（程序设计）、分享交流和自我评价等环节，帮助学生了解目标、掌握重点知识、熟悉案例内容、掌握制作过程、梳理所学重点内容并反馈掌握程度。其中，案例制作（程序设计）是最重要的环节，便于让学生了解每个案例的详细制作步骤，掌握3D One AI工具的使用方法和操作技巧。

为了帮助学生更好地掌握和理解每个环节的知识点，在很多课程中添加了操作小技巧、知识点拨、思考与分享等小栏目。

本书配套资源中包含书中案例的源文件以及案例操作的视频教学文件，读者可以使用微信扫描封底二维码，关注“职场研究社”公众号，发送“63668”后，将获得配套资源下载链接和提取码。将下载链接复制到浏览器中并访问下载页面，即可通过提取码下载配套资源。

感谢i3D One青少年三维创意社区的林山、张帆、安文凤、江丽梅、孙小洁、钟嘉怡、钟娴薇等老师，对本书内容结构设计和技术层面提供的支持与帮助。

书中不足之处在所难免，欢迎提出宝贵意见或建议（邮箱：liyongtao@ptpress.com.cn）。

王增福

2023年10月

第1篇　3D One AI基础

本篇是学习3D One AI的基础内容，其中第1～2课介绍3D One AI的基本理论和操作方法，旨在让初学者对3D One AI有个初步的认识和理解。通过这两课的学习，初学者可以了解3D One AI和人工智能之间的关系，并掌握快速学习3D One AI的途径。同时，初学者还可以熟悉3D One AI的界面布局和基本操作方法。第3～5课为3D One AI基础案例部分，本部分内容主要通过简单的案例教学，帮助初学者掌握全局属性设置、物体属性设置、受力与速度、关节等工具的设置与使用方法，并能够编写简单的程序。

本篇课程安排如下图所示。

在内容环节设计上，第1～2课主要由学习目标、学习重点、探索新知、分享交流和自我评价5部分组成；第3～5课主要由学习目标、学习重点、案例介绍、案例制作、分享交流和自我评价6部分组成，如下页图所示。其中，案例制作是内容环节中最重要的，这个环节主要通过步骤讲解的方式，让初学者了解每一个案例的操作过程。

第1课　走进3D One AI

● 知道什么是3D One AI。

● 了解3D One AI的功能。

● 如何快速学习3D One AI。

知道什么是3D One AI并了解其功能。

1.1　认识3D One AI

3D One AI是一款以三维技术和人工智能为导向的仿真软件。它以物理刚体和世界时间的概念为基础，具备强大的三维数据处理与显示能力。用户可以通过编程或界面交互的操作，灵活运用平台的虚拟开源硬件技术与人工智能技术，实现动态仿真人工智能行为并输出三维动画。通过使用3D One AI，用户可以了解、融入并运用人工智能，通过动手实践综合学习多学科知识。

例如，在第19课的颜色分辨器案例中，为了实现分辨不同的颜色，我们运用了编程、虚拟硬件（颜色传感器、电子显示屏）以及人工智能技术（颜色识别技术），通过三维虚拟仿真方式进行呈现，如图1-1所示。

图1-1

1.2　3D One AI的功能

借助3D One AI，我们不仅可以模拟人工智能，通过虚拟仿真技术深入感受人工智能的应用场景，还可以通过编写程序来锻炼逻辑思维能力，进一步提升我们的智力水平，挖掘潜在的智慧。

1．图像、语音识别

图像识别和语音识别是人工智能领域的两大重要支柱。它们依托计算机科学技术，对图像和语音进行深度分析、识别，从而实现对各类不同模式的目标和对象进行辨识。在3D One AI中，图像识别技术和语音识别技术相辅相成，可以精准识别各种文字、图片、声音、条形码等，同时还能利用摄像头和麦克风实现精准的人机互动。例如，通过人脸识别和语音识别技术，用户可以实现对家中门窗、家电开关的控制，如图1-2所示。

图1-2

2．机器学习

机器学习是人工智能领域中的一个重要分支。其主要任务是通过指导计算机从数据中获取知识，并利用这些经验来提高自身的性能，而无须进行明确的编程。在机器学习的过程中，算法会不断地对大型数据集进行训练，以发现其中的模式和相关性，并根据数据分析的结果做出最佳的决策和预测。

3D One AI的机器学习功能能够让计算机更好地认识世界万物。通过拍摄实物，计算机可以立即学习物品的特征，并将这些特征应用到编程中。例如，在第15课的物品分辨器案例中，计算机通过识别物品，如果判断结果是水杯，那么电子显示屏就会显示判断结果“判断正确”和物品名称“水杯”，如图1-3所示。

图1-3

3．积木、Python编程

编程是编写计算机程序的简称，旨在让计算机按照特定的指令和规则进行计算，以解决特定问题或完成特定任务。在3D One AI中，可以通过积木（图形化）和Python两种模式进行编程，并且可以在两种编程模式之间随时切换，以快速验证程序的正确性。通过编程，用户可以控制仿真结果和进行调试，从而确保程序的准确性和可靠性，如图1-4所示。

图1-4

4．虚拟电子件

3D One AI通过赋予三维模型电子件属性，能够全面模拟摄像头等真实电子件的搭建过程，包括电子件和传感器等各种电子件模型。用户可以学习、体验和应用各种开源电子件，并通过这些虚拟电子件模拟各种真实电子件搭建场景过程，例如在第22课的停车场案例中，借助于虚拟电子件舵机、虚拟摄像头、电子显示屏和距离传感器等采集车辆车牌信息和控制门禁的起落，如图1-5所示。

图1-5

5．虚拟仿真

虚拟仿真是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机系统。3D One AI作为一款三维仿真软件，可以进行智能行为仿真，实现避障、循迹、图像识别等智能行为。3D One AI可以通过三维动画的形式呈现设计结果，例如在第16课的循迹小车案例中，通过循迹传感器控制小车沿着黑色轨迹行驶，如果循迹传感器的左右检测点同时检测到黑色轨迹，小车会停止行驶，如图1-6所示。

图1-6

1.3　如何快速学习3D One AI

在学习3D One AI时，若想提升个人能力，并在人工智能领域取得一定成就，需要做好以下几点。

1．多看

多看是指在学习的过程中，应当多观看一些视频教程和教学案例，以便从中学习自身尚未掌握的一些技能。

青少年三维创意社区中有一个名为“人工智能”的模块。该模块包含了丰富的视频教程、课件以及作品源文件等课程资源。这些资源为学习者提供了详尽的人工智能知识和技能学习途径。为了更好地了解和利用这些资源，让我们一起前往社区的官方网站进行深入探究。

1．打开青少年三维创意社区官方网站。

2．单击“专题”/“人工智能”，进入人工智能页面，如图1-7所示。

图1-7

在页面右侧有“认识AI”“体验AI”“学习AI”“玩转AI”4个专区，每个专区都有其独特的特性，用户可以根据自己的需求和兴趣进行选择。

● 认识AI：该专区旨在帮助用户了解人工智能领域的相关知识，如图像识别、语音识别、机器学习、积木编程、Python编程以及虚拟电子件等模块的内容。并且，每个模块下都提供了相应的推荐学习资料，以帮助用户深入学习，如图1-8所示。

图1-8

● 体验AI：该专区以玩中学、赢奖励的方式，借助AI活动，帮助用户在轻松愉快的氛围中体验AI的乐趣。通过设置不同难度的关卡，让用户在挑战中了解和掌握AI知识，同时赢得奖励，以激发用户对AI学习的兴趣。

为了实现体验AI这一目标，需要用户下载并安装3D One AI。安装完成后，打开3D One AI，在资源库的“场景专区”中可以找到各种游戏。在玩游戏的过程中，可以查看游戏的源程序。这样，用户可以在娱乐的同时学习每个游戏的编程，如图1-9所示。

图1-9

● 学习AI：该专区提供全面的学习支持，包括热门推荐、官方入门和教学课程等多种学习资源，如图1-10所示。

图1-10

这些课程是由官方和一线教师编写及录制的优质学习资源，既可在线观看，也可选择下载。

● 玩转AI：该专区供用户参加比赛来展示自己的实力，如图1-11所示。

图1-11

在浏览社区官方网站的过程中，单击“专题”/“人工智能”，进入人工智能页面，单击“玩转AI”就会跳到“成果大赛”栏目，如图1-12所示。

图1-12

在这里我们可以查看各种赛项活动，如果想查看更多的AI大赛，可以单击“参加更多AI大赛”。我们可以查看“教育部白名单竞赛”，还可以查看“全国大赛”“省市区赛”“官方大赛”，如图1-13所示。

图1-13

2．多思考

从搭建场景中的模型，到物体属性设置、电子件模型设置，再到程序编写和仿真测试，思考贯穿于3D One AI制作的整个过程。在设计过程中，好的项目离不开好的想法和制作思路，这些想法和思路都来自于思考。例如，在定点停车案例的设计过程中，我们可以遵循表1-1所示的设计思路。

表1-1　定点停车设计思路

3．多做

俗话说熟能生巧，是指通过不断的实践和积累经验，能够掌握技巧或找到窍门。学习3D One AI也一样：只有多做，才能驾驭3D One AI工具的使用；只有多做，才能熟练掌握3D One AI的使用方法和技巧；只有多做，才能培养我们的逻辑思维能力；只有多做，才能提高我们的水平；只有多做，才能创作出优秀的3D One AI作品。

通过本课的学习，我们知道了什么是3D One AI，了解了3D One AI的功能以及快速学习3D One AI的方法和技巧。

说一说你计划怎样学习3D One AI，对于学习3D One AI你还有哪些方法和建议？

根据本课所讲内容的掌握情况，在表1-2中相应的“优秀”“良好”“待提高”位置画√。

表1-2　评价表