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第一部分 增强现实和虚拟现实概述2

第1章 计算机产生的世界2

1.1 什么是增强现实2

1.1.1 平视显示器3

1.1.2 头戴式瞄准具和显示器5

1.1.3 智能眼镜和增强型显示器5

1.2 什么是虚拟现实7

1.3 结论9

第2章 了解虚拟空间10

2.1 视觉空间的定义和内容10

2.1.1 视觉和物体空间11

2.1.2 内容11

2.2 三维空间中的位置与方向定义12

2.2.1 位置的定义13

2.2.2 方向与旋转的定义14

2.3 导航15

2.4 结论16

第二部分 理解人的感官与其输入／输出设备的关系18

第3章 视觉的机制18

3.1 视觉通路18

3.1.1 进入眼睛19

3.1.2 映像的形成与探测22

3.2 空间视觉和深度感知线索25

3.2.1 非来自于视网膜的信息线索25

3.2.2 双眼视觉信息线索27

3.2.3 单眼视觉信息线索29

3.3 结论36

第4章 头戴式显示装置的组成技术37

4.1 显示装置的基础知识37

4.1.1 视觉方式37

4.1.2 显示装置的类型39

4.1.3 成像和显示技术39

4.2 相关术语和概念44

4.2.1 关于光45

4.2.2 显示装置的性能和特性45

4.3 视觉结构47

4.4 结论52

第5章 增强性显示装置53

5.1 双眼双通道式增强现实显示装置53

5.1.1 Epson Moverio BT-30053

5.1.2 Lumus的DK-50开发套件55

5.1.3 AtheerAiR眼镜56

5.1.4 DAQRI智能头盔58

5.1.5 Osterhout设计集团的R-7智能眼镜59

5.1.6 NVIS公司的nVisor ST5061

5.1.7 微软公司的HoloLens62

5.1.8 索尼的SmartEyeglass SED-El63

5.2 单眼式增强现实显示装置65

5.2.1 Vuzix的M100智能眼镜65

5.2.2 Vuzix的M300智能眼镜66

5.2.3 Google Glass67

5.3 结论69

第6章 完全沉浸式显示装置71

6.1 个人电脑-控制台驱动的显示装置71

6.1.1 Oculus Rift CV171

6.1.2 HTC Vive73

6.1.3 Sony PlayStation VR75

6.1.4 开放源码虚拟现实开发工具包76

6.2 基于智能手机的显示装置78

6.2.1 Google Cardboard78

6.2.2 三星GearVR79

6.3 计算机辅助虚拟环境和墙壁式虚拟环境80

6.4 半球形和球形83

6.5 结论84

第7章 听觉的机制85

7.1 定义声音85

7.1.1 回声和混响86

7.1.2 听觉的动态范围87

7.2 听觉通道87

7.2.1 外耳88

7.2.2 中耳89

7.2.3 内耳89

7.2.4 从单耳听觉到双耳听觉92

7.3 声音线索和三维定位92

7.4 前庭系统96

7.5 结论97

第8章 听觉显示装置98

8.1 传统的音频设备98

8.1.1 单耳音频98

8.1.2 立体音频99

8.1.3 环绕声101

8.1.4 双耳音频录制103

8.2 结论111

第9章 触觉的机制112

9.1 触觉的科学112

9.2 皮肤的解剖结构和组成113

9.2.1 皮肤的层状结构113

9.2.2 触觉114

9.2.3 运动感觉121

9.3 结论123

第10章 触觉和力反馈装置124

10.1 触错觉124

10.2 触觉反馈装置125

10.2.1 Gloveone126

10.2.2 TeslaSuit128

10.2.3 幻触音频和触觉声转导130

10.2.4 SubPac130

10.2.5 Woojer130

10.2.6 Clark Synthesis公司的Full Contact Audio触觉音频转导器132

10.3 力反馈装置132

10.3.1 CyberGlove Systems公司的CyberGrasp133

10.3.2 Geomagic Touch X幻触装置134

10.4 结论135

第11章 跟踪位置、方向和运动的感应器136

11.1 感应器技术简介136

11.2 光学跟踪器137

11.2.1 多摄像头光学跟踪器137

11.2.2 光学感应器138

11.2.3 微软的Kinect140

11.3 信标跟踪器141

11.4 电磁跟踪器142

11.5 惯性感应器143

11.5.1 惯性感应器的功能原理144

11.5.2 集成案例144

11.6 声学感应器145

11.7 结论147

第12章 导航和交互的实现装置148

12.1 二维和三维交互及导航的对比148

12.2 手动界面的重要性149

12.3 手和手势跟踪150

12.3.1 手套150

12.3.2 双棒／成对控制器152

12.4 全身跟踪154

12.5 游戏和娱乐界面155

12.6 通过意识导航156

12.7 结论157

第三部分 增强和虚拟现实的应用160

第13章 游戏与娱乐160

13.1 虚拟现实与艺术160

13.2 游戏161

13.2.1 单人第一人称游戏161

13.2.2 多人第一人称游戏162

13.2.3 大型多人第一人称游戏162

13.2.4 基于位置的娱乐163

13.3 沉浸式视频／电影虚拟现实164

13.4 结论166

第14章 建筑与施工167

14.1 人造空间167

14.2 建筑设计：Mangan Group Architects168

14.3 施工管理169

14.3.1 Mortenson Construction170

14.3.2 Nabholz Construction172

14.4 房地产销售应用173

14.5 建筑声学174

14.6 结论174

第15章 科学与工程175

15.1 模拟与创新175

15.2 船舶制造与海洋工程175

15.2.1 英国皇家海军26型全球战斗舰176

15.2.2 英国皇家海军机敏级核潜艇176

15.3 汽车工程177

15.4 航空航天工程179

15.5 核工程与制造业181

15.6 结论183

第16章 健康与医疗184

16.1 推动医疗领域发展184

16.2 培训方面的应用184

16.2.1 HelpMeSee白内障手术模拟器185

16.2.2 Simodont牙医培训系统186

16.3 治疗方面的应用187

16.3.1 创伤后应激障碍187

16.3.2 Bravemind188

16.3.3 恐惧症189

16.3.4 血管成像190

16.3.5 医学信息学191

16.4 结论194

第17章 航空航天与国防195

17.1 飞行模拟与训练195

17.2 任务规划与预演197

17.2.1 步兵训练系统198

17.2.2 PARASIM虚拟现实降落伞飞行模拟器198

17.3 步兵情景意识200

17.4 高级座舱电子设备202

17.4.1 军用领域202

17.4.2 商用航空领域204

17.4.3 民用领域205

17.5 太空任务206

17.6 结论208

第18章 教育209

18.1 实践型技能培养209

18.1.1 VRTEX 360焊接模拟器209

18.1.2 SimSpray喷漆培训系统211

18.2 理论、知识习得与概念形成212

18.2.1 建筑专业教育212

18.2.2 谷歌Expeditions先锋项目214

18.3 结论215

第19章 信息控制与大数据可视化217

19.1 什么是大数据217

19.2 大数据分析与人类视野218

19.2.1 纵向研究数据的可视化218

19.2.2 跨领域开采的数据可视化220

19.3 结论222

第20章 遥控机器人与远程临场技术223

20.1 遥控机器人与远程临场的定义223

20.2 太空应用与机器人宇航员Robonaut223

20.3 海底应用225

20.4 地面与空中应用226

20.4.1 DORA灵巧型移动观测自动化系统227

20.4.2 Transporter3D自助式远程临场系统227

20.5 结论228

第四部分 人体、法律和社会因素230

第21章 人体因素考量230

21.1 什么是人体因素230

21.2 身体副作用231

21.2.1 虚拟世界与现实世界的对比231

21.2.2 视觉诱发的晕动症231

21.3 视觉副作用235

21.3.1 辐辏-调节冲突235

21.3.2 潜在影响237

21.4 结论237

第22章 法律与社会问题238

22.1 法律问题238

22.1.1 潜在产品责任238

22.1.2 潜在的法庭应用与意义241

22.1.3 虚拟世界法242

22.2 道德和伦理问题243

22.2.1 暴力型第一人称游戏243

22.2.2 自由言论问题244

22.3 结论245

第23章 未来246

23.1 以广角看未来246

23.2 短期蓝图247

23.3 长期展望247

23.3.1 向增强现实显示器过渡248

23.3.2 触觉与力反馈设备249

23.3.3 3D音效249

23.3.4 软件249

23.4 结论250

附录A 参考文献251

附录B 资源清单278