虚拟现实技术及应用(高等学校动画与数字媒体专业全媒体创意创新规划教材)

虚拟现实技术课程是数字媒体技术的重要专业课程之一，从目前国内外提供的高校教材来看，有的内容过于老旧，有些过于偏重某个方向，在基础知识、新技术、新应用及通用性、拓展性等方面都难于适合专业的发展需要。因此编写一本既能符合专业要求，又能紧跟新技术，适应专业发展需要的新教材是亟待解决的问题，对数字媒体技术专业的发展具有现实的意义和社会价值。本书介绍了虚拟现实技术的近期新发展状况，详细介绍了虚拟现实技术的基础理论及方法，重点介绍了目前具代表性的虚拟现实相关软件、工具的使用和开发方法；既注重原理，又注重实践，配有大量案例，具有良好的可读性和可操作性。本书分为7章，内容包括虚拟现实技术概述、3D数学基础、3ds Max建模工具、Web3D技术、Unity3D、Unreal Engine和增强现实技术。本书适合作为高等学校数字媒体技术、数字媒体艺术、动画、软件工程、虚拟现实等专业虚拟现实技术课程的教材，也适合从事虚拟现实技术研究的人员参考。

冯开平，广东工业大学教授，教育部高等学校工程图学课程教学指导分委会委员，长期从事虚拟现实、工程图学、动画教研工作，出版多部教材。

目录 第1章 虚拟现实技术概述 / 1 1.1? 虚拟现实技术定义 / 1 1.1.1  什么是虚拟现实技术 / 1 1.1.2  四要素 / 1 1.2  VR 系统 / 3 1.2.1  I/O 设备 / 3 1.2.2  VR 引擎 / 3 1.2.3  应用软件和数据库 / 4 1.3  VR 技术类别 / 5 1.3.1  桌面 VR 技术 / 5 1.3.2  沉浸式 VR 技术 / 5 1.3.3  增强现实技术 / 5 1.3.4  分布式 VR 技术 / 6 1.4  VR 技术设备 / 6 1.4.1  设备分类 / 6 1.4.2  典型设备 / 7 1.5  VR 技术的应用 / 8 习题 / 11 第2章 3D 数学基础 / 12 2.1  3D 坐标系 / 12 2.1.1  世界坐标（World Space） / 12 2.1.2  屏幕坐标（Screen Space） / 12 2.1.3  视口坐标（ViewPort Space） / 13 2.2  向量 / 13 2.2.1  向量的加法和减法 / 13 2.2.2  向量的点乘 / 14 2.2.3  向量的叉乘 / 14 2.3  矩阵运算 / 15 2.3.1  矩阵的定义 / 15 2.3.2  矩阵变换 / 16 2.4  四元数和欧拉角 / 17 2.4.1  四元数 / 17 2.4.2  欧拉角 / 18 2.5  3D 几何变换 / 19 2.5.1  平移变换 / 19 2.5.2  缩放变换 / 20 2.5.3  旋转变换 / 20 2.5.4  三维组合变换 / 21 2.6   投影变换 / 23 2.6.1  正交投影 / 23 2.6.2  透视投影 / 24 习题 / 27 第3章 3ds Max 建模工具 / 28 3.1  3ds Max 软件简介 / 28 3.2  3ds Max 的操作流程和工作特性 / 28 3.2.1  操作流程 / 28 3.2.2  3ds Max 的界面 / 29 3.2.3  对象选择方式和显示状态 / 33 3.3  三维建模 / 35 3.3.1  基础建模（基本体） / 35 3.3.2  案例――小推车建模 / 36 3.3.3  高级建模 / 40 3.3.4  案例――多边形建模（链锤） / 46 3.3.5  案例――样条线建模（花瓶） / 49 3.4  材质与贴图 / 51 3.4.1  基础材质 / 51 3.4.2  UVW 贴图修改器 / 54 3.4.3  案例――制作书 / 56 3.5  灯光与摄像机 / 62 3.5.1  灯光 / 62 3.5.2  摄像机 / 64 3.6? 动画 / 64 3.7  案例――烘焙茶壶 / 66 3.8  案例――古场景建模 / 71 习题 / 83 第4章Web3D 技术 / 84 4.1  Web3D 技术概述 / 84 4.1.1  Web3D 的发展和特点 / 84 4.1.2  Web3D 网络资源平台 / 86 4.1.3  Web3D 的应用领域 / 87 4.1.4  常用模型的文件格式 / 88 4.1.5  Web3D 应用系统开发流程 / 88 4.2  可拓展语言 VRML/X3D/X3Dom / 90 4.2.1  VRML/X3D/X3Dom 概述 / 90 4.2.2  X3D 语法结构 / 90 4.2.3  X3D 的数据类型 / 93 4.2.4  X3D 基本节点 / 94 4.2.5  X3D 交互节点 / 97 4.2.6  X3Dom 的实现 / 100 4.3  HTML5 与 WebGL 技术 / 108 4.3.1  HTML5 的内容画布 Canvas / 108 4.3.2  WebGL 概述 / 109 4.3.3  WebGL 编程 / 110 4.3.4  Three.js 框架 / 114 4.4  WebXR 技术 / 117 4.4.1  WebXR 规范 / 117 4.4.2  A-Frame 框架 / 118 4.5  Web3D 应用 / 126 4.5.1  案例――X3Dom 墙纸更换系统开发 / 126 4.5.2  案例――A-Frame 的项目开发 / 128 习题 / 131 第5章 Unity3D / 133 5.1  Unity3D 概述 / 133 5.1.1  Unity3D 安装 / 133 5.1.2  Unity3D 主界面 / 134 5.2  Unity3D 项目开发 / 138 5.2.1  新建项目 / 138 5.2.2  添加 3D 模型 / 139 5.2.3  添加灯光 / 141 5.2.4  GUI 设计 / 142 5.2.5  交互控制脚本 / 143 5.2.6  发布 / 144 5.3  地形地貌场景创建 / 146 5.3.1  地形引擎 / 146 5.3.2  利用高度图生成地形图 / 151 5.4  脚本入门 / 151 5.4.1  C# 基本语法 / 151 5.4.2  脚本的常用方法 / 153 5.4.3  键盘、鼠标和触屏的输入 / 160 5.4.4  事件系统与 UGUI / 163 5.5  动画 / 173 5.5.1  Animation / 173 5.5.2  门动画的创建与制作 / 174 5.5.3  Mecanim 动画系统简介 / 175 5.5.4  案例――Mecanim 人物动画系统 / 177 5.5.5  案例――Mecanim 动物动画系统 / 183 5.6  案例――场景漫游 / 187 5.6.1  场景和角色导入 / 187 5.6.2  烘焙场景 / 188 5.6.3  自动寻路 / 188 5.6.4  粒子效果 / 192 5.6.5  UGUI / 195 5.6.6  捡拾物品 / 197 5.7  案例――VR 游戏开发 / 200 5.7.1  VR 游戏开发流程 / 200 5.7.2  VR 游戏开发的条件 / 201 5.7.3  将头戴式设备连接到计算机 / 202 5.7.4  启动 HTC Vive 系统 / 202 5.7.5  在 Unity3D 中使用 VR 设备 / 204 习题 / 207 第6章 Unreal Engine / 208 6.1  快速入门 / 208 6.1.1  软件下载与安装 / 208 6.1.2  案例――“Hello world” / 210 6.2  案例――关卡设计 / 211 6.2.1  创建新项目 / 211 6.2.2  导航视口 / 212 6.2.3  创建一个新关卡 / 214 6.2.4  放置 Actor / 214 6.2.5  编辑已放置的 Actor / 216 6.2.6  执行构建过程 / 217 6.3  材质创建及编辑 / 217 6.3.1  基础设置 / 217 6.3.2  创建材质 / 220 6.3.3  编辑材质 / 220 6.3.4  为静态网格物体指定材质 / 223 6.4  创建 C++ 类 / 223 6.4.1  推荐的项目设置 / 224 6.4.2  创建 C++ 类 / 224 6.4.3  写入并编译 C++ 代码 / 225 6.4.4  测试代码 / 227 6.5  案例――第一人称射击游戏 / 227 6.5.1  设置项目 / 228 6.5.2  实现角色 / 232 6.5.3  实现发射物 / 246 6.5.4  添加角色动画 / 265 习题 / 277 第7章 增强现实技术 / 279 7.1  增强现实技术概述 / 279 7.1.1  增强现实技术发展 / 280 7.1.2  增强现实技术在各领域的应用 / 280 7.1.3  常用开发工具 / 281 7.2  Vuforia SDK 开发基础 / 283 7.2.1  Vuforia SDK 开发环境 / 283 7.2.2  下载 Vuforia 6 SDK / 283 7.2.3  建立增强现实工程 / 286 7.3  案例――Vuforia 虚拟按钮 / 288 习题 / 292 参考文献 / 294