虚拟现实:理论.技术.开发与应用

本书是HTC子公司威爱教育科技公司的重要作品。书中全方位呈现了虚拟现实的理论、技术、开发与应用。郑志明院士、房建成院士、倪光南院士、郝爱民教授、周明全教授、 Allen Yang博士联袂推荐！赵沁平院士作序！值得每一位虚拟现实从业者及广大师生作为教材及参考读物。

本书全面系统地讲解了虚拟现实基础理论、核心技术、开发流程以及实际应用。全书分为 8 章，主 要内容包括：虚拟现实发展过程，虚物实化技术，实物虚化技术，增强现实、混合现实相关技术，移动 VR、VR 一体机及基于主机的 VR，虚拟现实平台，虚拟现实内容设计，虚拟现实内容制作方式，交互功 能开发，虚拟现实开发引擎，虚拟现实内容开发案例，以及虚拟现实在游戏、影视、社交、教育、电子商务、 旅游和医疗等领域和行业的应用案例。 本书适合作为普通高等院校与职业院校虚拟现实、动漫设计、游戏设计与多媒体技术等专业的教材， 也可作为相关行业设计与研发人员的参考用书。

吕云，博士，副教授，北京航空航天大学软件学院虚拟现实技术与应用研究生培养方向副主任，北京航空航天大学铭品大数据创新实验室执行主任，威爱教育公司总裁，美国佛罗里达国际大学高性能数据库研究中心（HPDRC）资深研究专家。 王海泉 博士、副教授，北京航空航天大学硕士生导师，曾主持多项重量课题，在国内外重要刊物和会议上发表SCI/EI相关论文30余篇，申请专利20余项。 孙 伟 博士、教授，北京航空航天大学软件学院创始院长，美国佛罗里达国际大学计算机学院终身教授，HTC VIVE全球校园事业部总经理，威爱教育创始人兼首席执行官。

第1 章 虚拟现实概述 1 1.1 虚拟现实到底是什么 .2 1.2 虚拟现实——一个全新的世界 4 1.3 虚拟现实的发展过程 .5 1.3.1 VR 概念的提出与演变 .5 1.3.2 当下VR 发展现状 7 1.3.3 VR 发展道路上相互促进的关联技术 9 1.4 本章小结 11 第2 章 虚拟现实系统的核心技术 .13 2.1 虚拟现实的技术结构 .14 2.2 实物虚化技术 .14 2.2.1 几何造型建模 .14 2.2.2 物理行为建模 .16 2.3 虚物实化技术 .18 2.3.1 视觉绘制 .18 2.3.2 并行绘制 .24 2.3.3 声音渲染 .25 2.3.4 力触觉渲染 28 2.4 增强现实、混合现实的相关技术 30 2.4.1 三维注册技术 .30 2.4.2 标定技术 .33 2.4.3 人机交互技术 .33 2.5 本章小结 36 第3 章 虚拟现实系统的解决方案 .37 3.1 常用硬件设备 .38 3.1.1 建模设备 .38 文前.indd 7 2019/3/13 11:10:56 VIII 虚拟现实——理论、技术、开发与应用 3.1.2 三维视觉显示设备 39 3.1.3 声音设备 .42 3.1.4 交互设备 .43 3.2 移动VR .52 3.2.1 谷歌Cardboard .52 3.2.2 谷歌Daydream View .53 3.2.3 三星Gear VR .54 3.2.4 暴风影音——暴风魔镜 55 3.3 VR 一体机 55 3.3.1 HTC Vive Focus .55 3.3.2 微软HoloLens 56 3.3.3 Magic Leap——Magic Leap One .57 3.3.4 三星Exyons VR Ⅲ .58 3.3.5 Pico Neo 58 3.4 基于主机的VR .59 3.4.1 HTC Vive .59 3.4.2 Facebook——Oculus Rift .60 3.4.3 索尼Project Morpheus.63 3.5 虚拟现实平台 .64 3.5.1 HTC Viveport .64 3.5.2 SteamVR .65 3.5.3 谷歌Daydream .66 3.5.4 微软Holographic 平台 67 3.6 本章小结 67 第4 章 虚拟现实内容的设计与开发 69 4.1 内容设计 70 4.1.1 设计目标和原则 .70 4.1.2 设计与开发流程 .71 4.2 虚拟现实内容制作方式 75 4.2.1 手工建模 .76 4.2.2 静态建模 .82 4.2.3 全景拍摄 .83 4.3 交互功能开发 .84 4.3.1 开发步骤 .84 4.3.2 主要交互方式 .85 4.4 虚拟现实开发引擎 91 文前.indd 8 2019/3/13 11:10:56 目录IX 4.4.1 Unity 3D 91 4.4.2 Unreal .93 4.4.3 百花齐放的VR 引擎 .94 4.5 虚拟现实内容开发案例 96 4.5.1 制作展柜三维模型 96 4.5.2 展柜模型的交互开发 . 102 4.6 本章小结 108 第5 章 VR 娱乐 109 5.1 游戏的分类和电子游戏 110 5.2 虚拟现实：更高阶段的游戏体验 110 5.3 虚拟现实电子游戏的影响 111 5.3.1 游戏用户更多，游戏时间更长、频率更高 . 112 5.3.2 虚拟现实电子游戏：虚拟生存的起源 . 112 5.4 VR 游戏 . 113 5.4.1 涂鸦类游戏 113 5.4.2 桌面类游戏 116 5.4.3 射击类游戏 119 5.4.4 竞技类游戏 123 5.4.5 休闲类游戏 126 5.5 VR 影视 . 128 5.6 VR 社交 . 130 5.7 本章小结 136 第6 章 VR 教育革命 . 137 6.1 教育的VR 化发展 . 138 6.1.1 VR 课件制作 138 6.1.2 VR 教室 . 140 6.2 高等教育案例 . 142 6.2.1 场景化沉浸式英语 142 6.2.2 VR 实验室 . 145 6.2.3 VR 无人机仿真培训系统 . 151 6.3 义务教育 152 6.3.1 科学教育 . 152 6.3.2 德育教育 . 154 6.3.3 安全教育 . 154 6.3.4 义务教育的VR 应用实例 156 6.4 本章小结 161 文前.indd 9 2019/3/13 11:10:56 X 虚拟现实——理论、技术、开发与应用 第7 章 VR 行业应用 . 163 7.1 VR 电商 . 164 7.1.1 VR 房地产 . 164 7.1.2 VR 购物 . 165 7.1.3 VR 汽车销售 168 7.2 VR 旅行 . 170 7.2.1 VR 古建筑文物复原 170 7.2.2 VR 景区 . 173 7.3 VR 医疗 . 176 7.3.1 VR 心理疗法 177 7.3.2 VR 手术直播 178 7.3.3 VR 健康管理 181 7.4 VR 心理健康 183 7.4.1 VR 心理健康教育的现状 . 184 7.4.2 VR 心理健康中心的功能 . 184 7.5 VR 其他应用 191 7.5.1 VR 军事应用 191 7.5.2 VR 航天应用 192 7.5.3 VR 设计应用 193 7.6 本章小结 198 第8 章 未来虚拟现实 199 8.1 虚拟现实与教育 200 8.2 虚拟现实与双创 201 8.3 虚拟现实与未来生活 . 202 8.4 本章小结 203 附录A 加州大学伯克利分校Decal Class VR 项目实践 . 204 A.1 环境搭建 . 204 A.1.1 项目综述 . 205 A.1.2 项目设置 . 205 A.1.3 创建场景 . 206 A.1.4 加入VR 支持 208 A.2 枪械构建 . 212 A.2.1 读取控制器输入 . 212 A.2.2 枪械的拾取 . 214 A.2.3 工程整合 . 224 文前.indd 10 2019/3/13 11:10:57 目录XI A.3 怪兽（敌人）构建 225 A.3.1 怪兽预制体 . 225 A.3.2 创建导航网格 225 A.3.3 怪兽移动 . 227 A.3.4 攻击玩家 . 229 A.3.5 射杀怪物 . 230 A.4 功能组合 . 235 A.4.1 产生怪物 . 236 A.4.2 玩家生命管理 238 A.5 文件输出 . 240 A.6 写在最后 . 241 后记 . 242