虚拟现实技术基础教程(第3版)

本书在前两版的基础上增加了虚拟现实技术的近期新进展，将虚拟现实技术中的前沿技术和近期新进展展现在读者面前，从理论、时间和应用的角度阐述了虚拟现实、增强现实技术的特点、理论原理和常用开发软件的应用方法，适合作为高等院校信息、媒体类专业学生的学习教材，也可作为从事虚拟现实技术行业的工程技术人员以及虚拟现实爱好者的参考书籍。

本书是一本学习虚拟现实技术的教材，较全面地介绍了虚拟现实的基本概念、软硬件技术的发展及应用情况，同时对虚拟现实开发中常用的工具软件进行了讲解。学习者通过阅读本书，可以达到事半功倍的效果，成为一名虚拟现实软件项目的开发者和设计者。
本教材以培养虚拟现实技术的软件人才为目标进行编写，层次清晰、结构合理、难易适中、实例丰富，可作为高等院校信息、媒体等专业学生的教材，也可作为从事虚拟现实技术行业的工程技术人员以及虚拟现实爱好者阅读自学的参考书籍。

第1章虚拟现实技术概述1
1.1虚拟现实的基本概念1
1.1.1虚拟现实的概念1
1.1.2虚拟现实的基本特征2
1.1.3虚拟现实系统的组成3
1.2虚拟现实的分类5
1.2.1桌面虚拟现实系统5
1.2.2沉浸式虚拟现实系统6
1.2.3增强现实系统7
1.2.4混合现实系统11
1.2.5分布式虚拟现实系统12
1.2.6其他虚拟现实系统15
1.3虚拟现实的应用领域15
1.3.1航空航天领域16
1.3.2军事领域16
1.3.3医学领域18
1.3.4城市规划20
1.3.5文化、艺术、娱乐领域20
1.3.6虚拟现实教学23
1.3.7虚拟现实技术重构电子商务25
1.3.8虚拟制造27
1.4虚拟现实的发展29
1.4.1虚拟现实的发展历程29
1.4.2虚拟现实技术的发展趋势31
1.4.3国内外虚拟现实技术研究现状32
1.5虚拟现实的Web3D技术34
1.5.1Web3D技术简介34
1.5.2Web3D的核心技术及其特征35
1.5.3Web3D的实现技术36
1.5.4几种常用Web3D技术介绍38
习题41
第2章虚拟现实系统的人机交互设备42
2.1立体显示设备42
2.1.1固定式立体显示设备43
2.1.2VR头盔显示器48
2.1.3AR/MR/VR眼镜49
2.1.4手持式立体显示设备50
2.1.5全息投影显示设备51
2.2跟踪定位传感器53
2.2.1电磁波跟踪传感器53
2.2.2超声波跟踪传感器54
2.2.3光学跟踪传感器55
2.2.4其他类型跟踪传感器55
2.2.5跟踪传感设备的性能参数57
2.2.6三维跟踪设备实例58
2.3VR声音系统与设备62
2.3.1固定式声音设备63
2.3.2耳机式声音设备63
2.3.3语音交互设备63
2.4人机交互设备64
2.4.1三维空间跟踪球64
2.4.2数据手套65
2.4.3三维浮动鼠标65
2.4.4数据衣66
2.4.5触觉和力反馈设备66
2.4.6触觉与力反馈设备的应用68
2.4.7神经/肌肉交互设备70
2.4.8意念控制设备70
2.4.9其他虚拟交互设备72
2.53D建模设备74
2.5.13D摄像机74
2.5.23D扫描仪74
2.5.33D打印机76
2.6虚拟现实硬件系统的综合集成77
习题78
第3章虚拟现实的关键技术和引擎79
3.1立体高清显示技术80
3.1.1立体视觉的形成原理80
3.1.2立体图像再造80
3.1.3其他新型立体显示技术82
3.2三维建模技术86
3.2.1几何建模86
3.2.2物理建模88
3.2.3运动建模89
3.2.4关于六自由度91
3.3三维虚拟声音技术93
3.3.1三维虚拟声音的特征93
3.3.2头部相关传递函数94
3.3.3语音合成技术94
3.4情感计算95
3.4.1情感计算的提出95
3.4.2情感计算的系统架构97
3.4.3情感计算的相关技术98
3.4.4情感建模100
3.4.5情感模型的描述语言102
3.4.6情感计算在人机交互方面的应用103
3.5人机自然交互技术105
3.5.1手势识别技术106
3.5.2体感交互技术109
3.5.3眼动跟踪技术112
3.5.4唇读识别技术120
3.5.5力触觉交互技术123
3.5.6虚拟嗅觉交互技术127
3.5.7虚拟味觉技术129
3.5.8脑机接口技术132
3.5.9多模态融合、多通道的人机交互技术136
3.6虚拟现实引擎140
3.6.1虚拟现实引擎概述140
3.6.2虚拟现实引擎架构142
3.6.3几种虚拟现实引擎介绍143
习题147
第4章虚拟现实建模语言148
4.1VRML概述148
4.1.1VRML的发展历史148
4.1.2VRML的应用特征149
4.1.3VRML编辑器150
4.1.4VRML文件浏览器153
4.2初识VRML文件155
4.2.1VRML的通用语法结构156
4.2.2VRML的基本概念156
4.2.3VRML的计量单位和坐标系统157
4.3VRML文件的主体内容158
4.3.1VRML的节点158
4.3.2常用的域164
4.4VRML的空间造型167
4.4.1基本造型167
4.4.2空间变换169
4.4.3显示文本171
4.4.4复杂造型173
4.5VRML的场景效果174
4.5.1纹理映射174
4.5.2声音技术177
4.5.3灯光效果178
4.6VRML的动态交互181
4.6.1动画设计181
4.6.2传感器交互185
4.6.3脚本应用191
4.6.4实例分析194
习题215
第5章三维全景技术216
5.1全景技术概述216
5.1.1全景技术的特点216
5.1.2全景技术的分类217
5.1.3全景技术的应用219
5.2全景技术常用的硬件与软件221
5.2.1常用硬件221
5.2.2常用软件224
5.3全景图的制作225
5.3.1照片的采集225
5.3.2照片的后期制作226
5.4全景视频简介236
5.4.1全景视频的应用237
5.4.2全景视频的制作238
习题239
第6章虚拟现实建模工具3ds Max240
6.13ds Max基础知识240
6.1.13ds Max的工作界面241
6.1.2视图区244
6.1.3命令面板、快捷键245
6.1.4石墨建模工具246
6.1.5简单对象编辑应用247
6.2二维图形与编辑251
6.2.1创建二维图形251
6.2.2二维图形的编辑252
6.2.3图形转三维模型253
6.3三维建模256
6.3.1建模方法257
6.3.2常用修改器建模258
6.3.3高级修改器建模259
6.4复合对象建模268
6.5NURBS建模271
6.6材质与贴图273
6.6.1材质与贴图编辑窗口273
6.6.2材质库的应用276
6.7灯光的应用278
6.7.1场景灯光介绍278
6.7.2灯光的类型279
6.7.3灯光的参数281
6.8渲染基础283
6.9动画制作287
6.9.1关键帧动画287
6.9.2动画控制器289
6.9.3reacter动画291
6.103ds Max与VRML的数据交换294
习题296
第7章虚拟现实制作工具Cult3D297
7.1Cult3D概述297
7.1.1Cult3D技术特点与应用297
7.1.2Cult3D的系统组成与设计流程299
7.1.3Cult3D Exporter输出器300
7.2Cult3D设计器304
7.2.1Cult3D界面304
7.2.2子窗口功能简介306
7.2.3交互功能设计312
7.33D动画的交互性设置320
7.3.13D旋转动画的交互设置320
7.3.23D缩放（变形）动画的设置322
7.3.3Cult3D的粒子动画325
7.3.4综合应用328
7.4Cult3D Viewer演示器331
7.4.1在网络上发布Cult3D作品331
7.4.2Cult3D作品应用于PPT333
7.4.3Cult3D作品应用于Authorware335
习题337
第8章VR-Platform 12基础338
8.1VR-Platform入门338
8.1.1VRP12新增功能340
8.1.2工作界面341
8.1.3VRP功能分类342
8.2烘焙346
8.2.13ds Max模型烘焙346
8.2.23ds Max的模型优化349
8.2.3CompleteMap与LightingMap的区别351
8.2.4烘焙过程中的注意事项351
8.3VRP的材质编辑352
8.3.1材质面板352
8.3.2常用材质的创建356
8.3.3材质库358
8.4角色库的应用359
8.4.1角色库的调用359
8.4.2动作库361
8.4.3路径动画的创建362
8.4.4创建路径动画的锚点事件365
8.5VRP相机368
8.5.1各类相机简介369
8.5.2其他相机372
8.6脚本编辑373
8.6.1脚本编辑器373
8.6.2系统函数374
8.6.3触发函数与自定义函数377
8.7VRP物理引擎介绍380
8.7.1什么是物理引擎380
8.7.2物理引擎的应用380
8.7.3VRP+物理引擎的特性383
8.7.4物理引擎的发展387
8.8VRP的扩展平台389
8.8.1VRPIE三维网络平台389
8.8.2VRP-MMO平台391
8.8.3VRP-DigiCity平台392
习题395