虚拟现实技术基础教程

第1章 虚拟现实技术概述

1.1 虚拟现实的基本概念

1.1.1 虚拟现实的概念

1.1.2 虚拟现实的基本特征

1.1.3 虚拟现实系统的组成

1.2 虚拟现实的分类

1.2.1 桌面虚拟现实系统

1.2.2 沉浸式虚拟现实系统

1.2.3 增强虚拟现实系统

1.2.4 分布式虚拟现实系统

1.3 虚拟现实的应用领域

1.3.1 航空航天领域

1.3.2 军事领域

1.3.3 医学领域

1.3.4 城市规划

1.3.5 文化、艺术、娱乐领域

1.3.6 教育培训

1.3.7 商务领域

1.4 虚拟现实的发展

1.4.1 虚拟现实的发展历程

1.4.2 虚拟现实技术的发展趋势

1.5 虚拟现实的Web3D技术

1.5.1 Web3D技术简介

1.5.2 Web3D的核心技术及其特征

1.5.3 Web3D的实现技术

思考题

第2章 虚拟现实系统的人机交互设备

2.1 立体显示设备

2.1.1 固定式立体显示设备

2.1.2 头盔显示器

2.1.3 手持式立体显示设备

2.2 跟踪定位设备

2.2.1 电磁波跟踪器

2.2.2 超声波跟踪器

2.2.3 光学跟踪器

2.2.4 其他类型跟踪器

2.2.5 跟踪传感设备的性能参数

2.2.6 三维跟踪设备实例

2.3 虚拟声音输出设备

2.3.1 固定式声音设备

2.3.2 耳机式声音设备

2.4 人机交互设备

2.4.1 三维空间跟踪球

2.4.2 数据手套

2.4.3 三维浮动鼠标器

2.4.4 数据衣

2.4.5 触觉和力反馈设备

2.4.6 神经/肌肉交互设备

2.4.7 语音交互设备

2.4.8 意念控制设备

2.5 3D建模设备

2.5.1 3D摄像机

2.5.2 3D扫描仪

2.5.3 3D打印机

2.6 虚拟现实硬件系统的集成

思考题

第3章 虚拟现实的关键技术和引擎

3.1 立体高清显示技术

3.1.1 立体视觉的形成原理

3.1.2 立体图像再造

3.1.3 其他新型立体显示技术

3.2 三维建模技术

3.2.1 几何建模

3.2.2 物理建模

3.2.3 运动建模

3.3 三维虚拟声音技术

3.3.1 三维虚拟声音的特征

3.3.2 头部相关传递函数

3.3.3 语音合成技术

3.4 人机自然交互技术

3.4.1 手势识别技术

3.4.2 面部表情识别技术

3.4.3 眼动跟踪技术

3.4.4 其他感觉器官的反馈技术

3.5 虚拟现实引擎

3.5.1 虚拟现实引擎概述

3.5.2 虚拟现实引擎架构

3.5.3 几种虚拟现实引擎介绍

思考题

第4章 虚拟现实建模语言

4.1 VRML概述

4.1.1 VRML的发展历史

4.1.2 VRML的应用特征

4.1.3 VRML编辑器

4.1.4 VRML文件浏览器

4.2 初识VRML的文件

4.2.1 VRML的通用语法结构

4.2.2 VRML的基本概念

4.2.3 VRML的计量单位和坐标系统

4.3 VRML文件的主体内容

4.3.1 VRML的节点

4.3.2 常用的域

4.4 VRML的空间造型

4.4.1 基本造型

4.4.2 空间变换

4.4.3 显示文本

4.4.4 复杂造型

4.5 VRML的场景效果

4.5.1 纹理映射

4.5.2 声音技术

4.5.3 灯光效果

4.6 VRML的动态交互

4.6.1 动画设计

4.6.2 传感器交互

4.6.3 脚本应用

4.6.4 实例分析

习题

第5章 三维全景技术

5.1 全景技术概述

5.1.1 全景技术的特点

5.1.2 全景技术的分类

5.1.3 全景技术的应用

5.2 全景技术常用的硬件与软件

5.2.1 常用的硬件

5.2.2 常用的软件

5.3 全景图的制作

5.3.1 照片的采集

5.3.2 照片的后期制作

思考题

第6章 虚拟现实建模工具3d

6.1 3ds Max的基础知识

6.1.1 3D Studio Max的工作界面

6.1.2 视图区

6.1.3 命令面板、快捷键

6.1.4 石墨建模工具

6.1.5 简单对象编辑应用

6.2 二维图形与编辑

6.2.1 创建二维图形

6.2.2 二维图形的编辑

6.2.3 图形转三维模型

6.3 三维建模

6.3.1 建模方法

6.3.2 常用修改器建模

6.3.3 高级修改器建模

6.4 复合对象建模

6.5 NURBS建模

6.6 材质与贴图

6.6.1 材质与贴图编辑窗口

6.6.2 材质库的应用

6.7 灯光的应用

6.7.1 场景灯光介绍

6.7.2 灯光的类型

6.7.3 灯光的参数

6.8 渲染基础

6.9 动画制作

6.9.1 关键帧动画

6.9.2 动画控制器

6.9.3 reacter动画

6.10 3ds Max与VRML的数据交换

思考题

第7章 虚拟现实制作工具Cult3D

7.1 Cult3D概述

7.1.1 Cult3D技术特点与应用

7.1.2 Cult3D的系统组成与设计流程

7.1.3 Cult3D Exporter输出器

7.2 Cult3D设计器

7.2.1 Cult3D界面

7.2.2 子界面功能简介

7.2.3 交互功能设计

7.3 Cult3D Viewer演示器

7.3.1 在网络上发布Cult3D作品

7.3.2 Cult3D作品应用于PPT

7.3.3 Cult3D作品应用于Authorware

思考题

第8章 VR-Platform 12基础

8.1 VR-Platform入门

8.1.1 VRP12新增功能

8.1.2 工作界面

8.1.3 VRP功能分类

8.2 烘焙

8.2.1 3ds Max模型烘焙

8.2.2 3ds Max的模型优化

8.2.3 CompleteMap与LightingMap的区别

8.2.4 烘焙过程中的注意事项

8.3 VRP的材质编辑

8.3.1 材质面板

8.3.2 常用材质的创建

8.3.3 材质库

8.4 角色库的应用

8.4.1 角色库的调用

8.4.2 动作库

8.4.3 路径动画的创建

8.4.4 创建路径动画的锚点事件

8.5 VRP相机

8.5.1 各类相机简介

8.5.2 其他相机

8.6 脚本编辑

8.6.1 脚本编辑器

8.6.2 系统函数

8.6.3 触发函数与自定义函数

8.7 VRP物理引擎介绍

8.7.1 什么是物理引擎

8.7.2 VRP+物理引擎的特性

8.7.3 物理引擎的发展

思考题

参考文献

本书共分8章，内容包括虚拟现实技术概述、虚拟现实系统的人机交互设备、虚拟现实的相关技术、虚拟现实建模语言(VRML)、三维全景技术、三维建模软件3ds Max 2010、虚拟现实制作工具Cult 3D以及VRPlatForm 12基础等。本书在阐述虚拟现实技术的特点、理论的基础上，着重从实践应用的角度出发，通过大量实例介绍了虚拟现实有关软件的使用方法，使读者能够在较短的时间里认识和掌握虚拟现实的相关技术，掌握运用VR技术开发制作具有三维交互、效果逼真的虚拟现实场景的能力。本书可作为高等院校信息、媒体类专业的教材，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的参考书籍。

虚拟现实是20世纪末产生的一项综合性信息技术，它集数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术和网络并行处理等多个信息技术分支于一体，由计算机模拟生成三维虚拟环境。人类置身其中，产生情景交融、身临其境的梦幻感。继多媒体技术、网络技术及人工智能技术后，虚拟现实技术成为研究和应用的热点，也是发展zui快的一项多学科交叉融合综合技术。
本书内容结构注重严密性和系统性，兼顾现代zui新理论研究成果。在虚拟现实快速发展的背景下，本书编写时注重内容新颖、结构合理、技术先进、难易适中，满足不同起点和学习层次读者的需要。
本书前三章以理论知识为主，包括虚拟现实技术的发展过程、技术特点、应用情况，并介绍虚拟现实技术的硬件和关键技术。第四到第八章介绍虚拟现实开发中的相关技术，包括大量实例和图片，既有源代码，也有详细的应用程序实现步骤，适合初学者学习和参考。
本书可作为高等院校信息技术、媒体类专业的教学用书，也可作为教辅资料，或学习应用技术的参考书。
本书配套电子课件、教学素材、源代码、教学实例，读者可从清华大学出版社网站上下载。