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第1章 虚拟现实概述 1

1.1 虚拟现实的基本知识 2

1.1.1 虚拟现实的定义 2

1.1.2 虚拟现实的特征和特性 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 桌面式虚拟现实系统 8

1.2.3 分布式虚拟现实系统 9

1.3 虚拟现实技术的主要研究对象 11

1.4 虚拟现实技术的应用领域 12

1.5 虚拟现实技术的发展 14

1.5.1 虚拟现实技术的发展历程 14

1.5.2 虚拟现实技术的研究现状 16

1.5.3 虚拟现实技术的发展趋势 16

本章小结 19

第2章 虚拟现实的计算体系结构 21

2.1 绘制流水线 22

2.1.1 视觉绘制方法 22

2.1.2 图形绘制流水线 23

2.1.3 触觉绘制流水线 29

2.2 体系结构 31

2.2.1 基于计算机的体系结构 32

2.2.2 基于工作站的体系结构 34

2.2.3 基于移动平台的体系结构 35

2.2.4 基于一体机的体系结构 37

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 50

3.1 三维建模技术 51

3.1.1 几何建模技术 51

3.1.2 物理建模技术 53

3.1.3 行为建模技术 54

3.2 立体显示技术 54

3.2.1 双目视差显示技术 55

3.2.2 全息投影技术 57

3.3 真实感实时绘制技术 59

3.3.1 真实感绘制技术 59

3.3.2 图形实时绘制技术 60

3.4 三维虚拟声音技术 62

3.5 人机交互技术 64

3.5.1 手势识别技术 64

3.5.2 面部表情识别技术 65

3.5.3 眼动跟踪技术 67

3.5.4 语音识别技术 67

3.6 碰撞检测技术 69

3.6.1 碰撞检测技术的要求和实现方法 70

3.6.2 碰撞检测技术在人工智能中的应用 70

本章小结 71

第4章 虚拟现实系统的输入设备 73

4.1 三维位置跟踪器 74

4.1.1 虚拟现实的定位追踪 75

4.1.2 跟踪器的性能参数 78

4.1.3 常见的跟踪器 79

4.2 导航输入设备 87

4.2.1 三维鼠标 87

4.2.2 手柄 88

4.3 手势输入设备 89

4.3.1 手势接口 89

4.3.2 数据手套 89

4.3.3 运动捕捉设备 92

4.4 体感输入设备 93

4.4.1 手势运动感应设备 93

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 103

5.1.4 立体眼镜 107

5.2 声音显示设备 108

5.2.1 人类的听觉系统 108

5.2.2 基于HRTF的三维声音 110

5.2.3 基于扬声器的三维声音 112

5.3 触觉反馈 113

5.3.1 人类触觉系统 113

5.3.2 接触反馈 115

5.3.3 力反馈 117

5.3.4 触觉反馈在智能医学中的应用 119

本章小结 122

第6章 三维数字建模与三维全景技术 125

6.1 三维数字建模概述 126

6.2 三维全景概述 128

6.2.1 三维全景的分类 129

6.2.2 三维全景的特点 131

6.2.3 三维全景的应用领域 132

6.3 全景照片的拍摄硬件 135

6.3.1 硬件设备 135

6.3.2 硬件配置方案 137

6.4 全景照片的拍摄方法 138

6.5 三维全景的软件实现 139

6.5.1 全景大师的安装 140

6.5.2 项目管理 141

6.5.3 场景管理 143

6.5.4 皮肤管理 146

6.6 智能三维全景的应用 147

6.6.1 智能化医院三维全景导航系统 148

6.6.2 智能全景盲区行车辅助系统 149

本章小结 151

第7章 三维建模软件3ds Max 153

7.1 常见的三维建模软件 154

7.1.1 3ds Max 154

7.1.2 Maya 154

7.1.3 Rhino 155

7.2 3ds Max的基本操作 155

7.2.1 软件启动与退出 155

7.2.2 模型的打开、保存与导出 156

7.2.3 工作界面布局 156

7.2.4 视图区基本操作 160

7.2.5 主工具栏常用工具 161

7.3 基础建模 165

7.3.1 内置几何体建模 165

7.3.2 二维图形建模 170

7.3.3 常用复合对象建模 178

7.4 材质与贴图 181

7.4.1 精简材质编辑器 181

7.4.2 贴图类型 183

7.4.3 贴图坐标 186

7.5 摄影机与灯光 187

7.5.1 摄影机 187

7.5.2 灯光 188

7.6 基础动画 189

7.6.1 时间配置 189

7.6.2 “自动关键点”动画制作模式 191

7.6.3 “设置关键点”动画制作模式 192

7.6.4 动画生成的基本流程 197

本章小结 199

第8章 三维开发工具Unity 3D 200

8.1 三维开发工具简介 201

8.1.1 Unity 3D介绍 201

8.1.2 虚幻引擎4介绍 202

8.2 Unity 3D入门及其功能概述 203

8.2.1 Unity 3D的界面 203

8.2.2 Unity 3D的菜单 204

8.3 Unity 3D的对象与脚本 205

8.3.1 Unity 3D的对象 205

8.3.2 Unity 3D的脚本 208

8.4 调试程序 212

8.4.1 显示Log 212

8.4.2 设置断点 213

8.5 光影 213

8.5.1 光源类型 213

8.5.2 环境光与雾 215

8.6 地形 215

8.7 天空盒 219

8.8 物理引擎 221

8.9 动画系统 226

8.10 在Unity 3D中实现智能机器人 229

8.11 外部资源应用 233

8.11.1 贴图的导入 234

8.11.2 3ds Max静态模型的导入 234

8.11.3 3ds Max动画的导入 236

8.11.4 资源商店中模型的导入 236

本章小结 238

第9章 增强现实概述 240

9.1 增强现实的基本知识 241

9.1.1 增强现实的定义 241

9.1.2 国内外发展状况 244

9.1.3 增强现实系统的基本结构 245

9.1.4 增强现实与虚拟现实的联系与区别 246

9.2 增强现实系统的核心技术 248

9.2.1 显示技术 248

9.2.2 三维注册技术 251

9.2.3 标定技术 255

9.2.4 人机交互技术 255

9.3 移动增强现实技术概述 256

9.3.1 移动增强现实技术 257

9.3.2 移动增强现实的发展现状 258

9.3.3 移动增强现实系统的构成 259

9.3.4 移动增强现实技术的应用 260

9.4 增强现实技术的开发工具 260

9.4.1 Vuforia SDK的下载与导入 261

9.4.2 在Unity 3D中创建图片识别案例 262

9.4.3 案例的发布 267

9.4.4 增强现实其他开发工具 268

9.5 增强现实技术的主要应用领域 269

9.5.1 医疗领域 269

9.5.2 教育领域 272

9.5.3 交通领域 273

9.5.4 军事领域 274

9.5.5 游戏领域 275

9.5.6 其他领域 275

9.6 增强现实技术的发展 276

9.6.1 增强现实技术发展的阻碍因素 276

9.6.2 增强现实技术的发展趋势 277

本章小结 282

参考文献 283