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第1章 虚拟现实技术概论1

1.1 虚拟现实技术的基本概念1

1.1.1 虚拟现实技术定义2

1.1.2 虚拟现实技术的特性3

1.1.3 虚拟现实系统的组成3

1.1.4 虚拟现实的关键技术5

1.2 虚拟现实系统的分类6

1.2.1 沉浸式虚拟现实系统7

1.2.2 增强虚拟现实系统8

1.2.3 桌面式虚拟现实系统8

1.2.4 分布式虚拟现实系统9

1.3 虚拟现实技术的主要研究对象10

1.4 虚拟现实技术的应用11

1.5 虚拟现实技术的发展和现状13

1.5.1 虚拟现实技术发展历程13

1.5.2 虚拟现实技术研究现状14

1.5.3 虚拟现实技术的发展趋势15

本章小结16

第2章 虚拟现实系统的输入设备18

2.1 三维位置跟踪器18

2.1.1 跟踪器的性能参数20

2.1.2 机械跟踪器21

2.1.3 电磁跟踪器22

2.1.4 超声波跟踪器23

2.1.5 光学跟踪器25

2.1.6 惯性跟踪器26

2.1.7 GPS跟踪器27

2.1.8 混合跟踪器28

2.2 虚拟现实系统的交互接口29

2.2.1 手势接口29

2.2.2 三维鼠标31

2.2.3 数据衣32

本章小结32

第3章 虚拟现实系统的输出设备34

3.1 图形显示设备34

3.1.1 人类视觉系统35

3.1.2 头盔显示器36

3.1.3 沉浸式立体投影系统39

3.1.4 立体眼镜42

3.2 声音显示设备43

3.2.1 三维声音43

3.2.2 人类的听觉系统44

3.2.3 基于H RTF的三维声音46

3.2.4 基于扬声器的三维声音47

3.3 触觉反馈48

3.3.1 人类的触觉系统48

3.3.2 触觉反馈接口49

3.3.3 力反馈接口52

本章小结54

第4章 虚拟现实的计算体系结构56

4.1 绘制流水线57

4.1.1 图形绘制流水线58

4.1.2 触觉绘制流水线62

4.2 图形体系结构63

4.2.1 基于PC的图形体系结构63

4.2.2 基于工作站的体系结构65

4.3 分布式虚拟现实体系结构66

4.3.1 多流水线同步66

4.3.2 联合定位绘制流水线68

4.3.3 分布式虚拟环境70

本章小结74

第5章 虚拟现实系统的核心技术76

5.1 三维建模技术76

5.1.1 几何建模技术77

5.1.2 物理建模技术78

5.1.3 行为建模技术79

5.2 立体显示技术80

5.2.1 双目视差显示技术80

5.2.2 全息技术82

5.3 真实感实时绘制技术83

5.3.1 真实感绘制技术83

5.3.2 图形实时绘制技术84

5.4 三维虚拟声音的实现技术85

5.5 人机交互技术86

5.5.1 手势识别技术86

5.5.2 面部表情识别技术87

5.5.3 眼动跟踪技术88

5.5.4 语音识别技术88

5.6 碰撞检测技术89

本章小结90

第6章 三维全景技术92

6.1 三维全景概述92

6.1.1 三维全景的分类93

6.1.2 三维全景特点95

6.1.3 三维全景的应用领域96

6.2 全景照片的拍摄硬件100

6.2.1 硬件设备100

6.2.2 硬件配置方案103

6.3 全景照片的拍摄技巧103

6.4 三维全景的软件实现方法105

6.4.1 常见的三维全景软件105

6.4.2 三维全景图的软件实现106

本章小结107

第7章 虚拟现实技术的应用109

7.1 虚拟现实技术的早期应用109

7.1.1 虚拟现实技术应用的起源109

7.1.2 虚拟现实技术早期应用领域110

7.2 虚拟现实技术的现代应用110

7.2.1 虚拟游戏应用110

7.2.2 虚拟医疗保健应用113

7.2.3 虚拟工程制造业应用116

7.2.4 虚拟城市规划应用117

7.2.5 虚拟军事应用119

7.2.6 虚拟娱乐与社交网络应用120

7.2.7 虚拟商业应用123

7.2.8 虚拟教育应用125

7.3 虚拟现实技术应用的未来发展126

本章小结126

第8章 虚拟现实技术的相关软件128

8.1 三维建模软件128

8.1.1 3ds Max129

8.1.2 Maya129

8.1.3 Autodesk 123D131

8.1.4 Blender133

8.2 虚拟现实开发平台135

8.2.1 Unity 3D136

8.2.2 Virtools136

8.2.3 VRP137

8.3 Web3D技术139

8.3.1 Web3D的实现技术140

8.3.2 Web3D的产品和技术解决方案140

本章小结142

第9章 三维建模工具3ds Max145

9.1 基本操作145

9.1.1 软件启动与退出145

9.1.2 文件的打开与保存146

9.1.3 工作界面布局146

9.1.4 视图区常用操作150

9.1.5 主工具栏常用工具151

9.2 基础建模155

9.2.1 内置几何体建模155

9.2.2 以样条线为基础建模159

9.2.3 常用复合建模162

9.3 材质与贴图164

9.3.1 精简材质编辑器165

9.3.2 贴图类型166

9.3.3 贴图坐标168

9.4 摄影机与灯光168

9.4.1 摄影机简介168

9.4.2 灯光简介169

9.5 动画生成的基本流程170

本章小结171

第10章 三维开发工具Unity 3D172

10.1 Unity 3D简介172

10.2 Unity 3D入门及功能介绍174

10.2.1 Unity 3D的版本174

10.2.2 Unity 3D的安装174

10.2.3 Unity 3D界面及菜单介绍175

10.3 第一个Unity 3D程序Hello Cube175

10.4 调试程序179

10.4.1 显示Log179

10.4.2 设置断点180

10.5 光影181

10.5.1 光源类型181

10.5.2 环境光与雾183

10.6 地形183

10.7 天空盒186

10.8 物理引擎188

10.9 动画系统190

10.10 外部资源应用193

10.10.1 贴图194

10.10.2 3ds Max静态模型导出194

10.10.3 3ds Max动画导出196

本章小结197

第11章 虚拟实验室概述198

11.1 虚拟实验室简介198

11.1.1 虚拟实验室定义198

11.1.2 虚拟实验室案例199

11.1.3 虚拟实验室的基本组成202

11.1.4 虚拟实验室的基本功能204

11.1.5 虚拟实验室的主要特点204

11.1.6 虚拟实验室的类型206

11.2 虚拟实验室的国内外发展状况208

11.2.1 国外虚拟实验室发展状况208

11.2.2 国内虚拟实验室发展状况209

11.3 虚拟实验室建设设计210

本章小结213

第12章 增强现实技术214

12.1 增强现实技术概述214

12.1.1 增强现实技术215

12.1.2 国内外发展状况217

12.1.3 增强现实系统的基本结构218

12.1.4 增强现实与虚拟现实的联系与区别219

12.2 增强现实核心技术220

12.2.1 显示技术220

12.2.2 三维注册技术223

12.2.3 标定技术224

12.3 移动增强现实技术225

12.3.1 移动增强现实225

12.3.2 移动增强现实体系构架226

12.3.3 移动增强现实的核心技术227

12.3.4 移动增强现实技术的应用228

12.3.5 移动增强现实技术发展方向228

12.4 增强现实的开发工具229

12.4.1 ARToolKit简介229

12.4.2 Vuforia简介230

12.4.3 增强现实其他开发工具232

12.5 增强现实的主要应用领域233

12.5.1 娱乐领域233

12.5.2 教育领域234

12.5.3 产品装配、检验与维修领域235

12.5.4 军事领域236

12.5.5 医疗诊断领域236

12.5.6 其他领域237

12.6 增强现实技术未来发展趋势237

本章小结241

参考文献242