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第1章 虚拟现实技术概论1

1.1 虚拟现实技术的基本概念2

1.1.1 虚拟现实技术的定义2

1.1.2 虚拟现实技术的特性3

1.1.3 虚拟现实系统的组成4

1.2 虚拟现实系统的分类6

1.2.1 沉浸式虚拟现实系统6

1.2.2 增强式虚拟现实系统8

1.2.3 桌面式虚拟现实系统9

1.2.4 分布式虚拟现实系统10

1.3 虚拟现实技术的主要研究对象12

1.4 虚拟现实技术的应用13

1.5 虚拟现实技术的发展和现状15

1.5.1 虚拟现实技术的发展历程15

1.5.2 虚拟现实技术的研究现状17

1.5.3 虚拟现实技术的发展趋势17

本章小结20

第2章 虚拟现实的计算体系结构22

2.1 绘制流水线23

2.1.1 图形绘制流水线24

2.1.2 触觉绘制流水线30

2.2 体系结构32

2.2.1 基于PC的体系结构32

2.2.2 基于工作站的体系结构35

2.2.3 基于移动平台的体系结构36

2.3 分布式虚拟现实体系结构38

2.3.1 多流水线同步38

2.3.2 联合定位绘制流水线40

2.3.3 分布式虚拟环境43

本章小结47

第3章 虚拟现实系统的核心技术51

3.1 三维建模技术51

3.1.1 几何建模技术52

3.1.2 物理建模技术54

3.1.3 行为建模技术55

3.2 立体显示技术55

3.2.1 基于双目视差显示技术56

3.2.2 全息投影技术59

3.3 真实感实时绘制技术60

3.3.1 真实感绘制技术61

3.3.2 实时绘制技术62

3.4 三维虚拟声音技术63

3.5 人机交互技术65

3.5.1 手势识别技术65

3.5.2 面部表情识别技术66

3.5.3 眼动跟踪技术67

3.5.4 语音识别技术68

3.6 碰撞检测技术69

本章小结70

第4章 虚拟现实系统的输入设备72

4.1 三维位置跟踪器73

4.1.1 跟踪器的性能参数74

4.1.2 机械跟踪器76

4.1.3 电磁跟踪器77

4.1.4 超声波跟踪器78

4.1.5 光学跟踪器79

4.1.6 惯性跟踪器81

4.1.7 GPS跟踪器82

4.1.8 混合跟踪器83

4.2 导航输入设备85

4.2.1 三维鼠标85

4.2.2 手柄86

4.3 手势输入设备88

4.3.1 手势接口88

4.3.2 数据手套89

4.3.3 运动捕捉设备91

4.4 体感输入设备92

4.4.1 手势运动感应设备92

4.4.2 无线体感设备94

本章小结95

第5章 虚拟现实系统的输出设备97

5.1 图形显示设备98

5.1.1 人类的视觉系统98

5.1.2 头盔显示器99

5.1.3 沉浸式立体投影系统104

5.1.4 立体眼镜108

5.2 声音显示设备109

5.2.1 人类的听觉系统109

5.2.2 基于HRTF的三维声音112

5.2.3 基于扬声器的三维声音113

5.3 触觉反馈115

5.3.1 人类的触觉系统115

5.3.2 接触反馈116

5.3.3 力反馈119

本章小结121

第6章 三维全景技术124

6.1 三维全景概述125

6.1.1 三维全景的分类125

6.1.2 三维全景的特点128

6.1.3 三维全景的应用领域129

6.2 全景照片的拍摄硬件133

6.2.1 硬件设备133

6.2.2 硬件配置方案136

6.3 全景照片的拍摄方法137

6.4 三维全景的软件实现139

6.4.1 常见的三维全景软件139

6.4.2 三维全景图的实现流程141

本章小结142

第7章 3ds Max三维建模144

7.1 常见的三维建模软件145

7.1.1 3ds Max145

7.1.2 Maya145

7.1.3 Rhino145

7.2 3ds Max的基本操作146

7.2.1 软件的启动与退出146

7.2.2 模型的打开、保存与导出147

7.2.3 工作界面布局147

7.2.4 视图区基本操作151

7.2.5 常用工具153

7.3 基础建模157

7.3.1 内置几何体建模157

7.3.2 二维图形建模161

7.3.3 常用复合对象建模164

7.4 材质与贴图167

7.4.1 精简材质编辑器167

7.4.2 贴图类型169

7.4.3 贴图坐标171

7.5 摄影机与灯光172

7.5.1 摄影机172

7.5.2 灯光173

7.6 基础动画174

7.6.1 时间配置174

7.6.2 “自动关键点”动画制作模式176

7.6.3 “设置关键点”动画制作模式177

7.6.4 动画生成的基本流程181

本章小结183

第8章 三维开发工具Unity 3D184

8.1 三维开发工具概述184

8.1.1 Unity 3D184

8.1.2 虚幻游戏引擎4186

8.2 Unity 3D入门及其功能概述187

8.3 Unity 3D的对象与脚本189

8.3.1 Unity 3D的对象189

8.3.2 Unity 3D的脚本192

8.4 调试程序197

8.4.1 显示Log197

8.4.2 设置断点198

8.5 光影198

8.5.1 光源类型198

8.5.2 环境光与雾200

8.6 地形200

8.7 天空盒204

8.8 物理引擎206

8.9 动画系统210

8.10 外部资源应用213

8.10.1 贴图的导入214

8.10.2 3ds Max静态模型的导入215

8.10.3 3ds Max动画的导入216

8.10.4 资源商店中模型的导入217

本章小结219

第9章 增强现实技术221

9.1 增强现实技术概述222

9.1.1 增强现实技术的特征222

9.1.2 增强现实技术的国内外发展状况224

9.1.3 增强现实系统的基本结构225

9.1.4 增强现实与虚拟现实的联系与区别226

9.2 增强现实的核心技术228

9.2.1 显示技术228

9.2.2 三维注册技术231

9.2.3 标定技术235

9.2.4 人机交互技术236

9.3 移动增强现实技术238

9.3.1 移动增强现实238

9.3.2 移动增强现实的发展现状239

9.3.3 移动增强现实系统的构成240

9.3.4 移动增强现实的核心技术241

9.3.5 移动增强现实技术的应用242

9.4 增强现实技术在Unity 3D中的实现243

9.4.1 基于Vuforia SDK的增强现实实现243

9.4.2 基于Wikitude SDK的增强现实实现250

9.4.3 增强现实的其他开发工具255

9.5 增强现实的主要应用领域256

9.5.1 娱乐领域256

9.5.2 教育领域256

9.5.3 产品装配、检验与维修领域258

9.5.4 军事领域259

9.5.5 医疗诊断领域260

9.5.6 其他领域260

9.6 增强现实技术发展的阻碍因素及趋势261

9.6.1 增强现实技术发展的阻碍因素261

9.6.2 增强现实技术发展的趋势262

本章小结267

参考文献268