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第1章　概论 1

1.1　虚拟现实技术概述 2

1.1.1 VR技术的发展过程 2

1.1.2 VR技术的概念与构成 3

1.1.3 VR技术的特征及意义 5

1.1.4 VR技术与三维动画技术的异同 7

1.2　虚拟现实系统的分类 8

1.2.1　沉浸式VR系统 8

1.2.2　桌面式VR系统 10

1.2.3　增强式VR系统 11

1.2.4　分布式VR系统 11

1.3　虚拟现实技术的应用 13

1.3.1　军事与航空航天 13

1.3.2　教育与训练 16

1.3.3　商业应用 19

1.3.4　建筑设计与规划 20

1.3.5　医学领域的应用 21

1.3.6　工业应用 22

1.3.7　影视娱乐界的应用 23

1.4　虚拟现实技术研究现状与研究方向 24

1.4.1 VR技术的现状 24

1.4.2 VR技术的局限性 26

1.4.3 VR技术的研究方向 27

本章小结 27

习题与思考题 28

第2章　虚拟现实系统的硬件设备 29

2.1　虚拟世界的生成设备 29

2.2　虚拟世界的感知设备 31

2.2.1　视觉感知设备 31

2.2.2　听觉感知设备 41

2.2.3　触觉、力觉感知设备 42

2.3　空间位置跟踪定位设备 44

2.3.1　磁跟踪系统 45

2.3.2　光学跟踪系统 46

2.3.3　机械跟踪系统 46

2.3.4　声学跟踪系统 47

2.3.5　惯性位置跟踪系统 48

2.3.6　图像提取跟踪系统 48

2.4　面向自然的人机交互设备 48

2.4.1　数据手套 48

2.4.2　数据衣 50

2.4.3　三维控制器 51

2.4.4　三维模型数字化仪 52

本章小结 53

习题与思考题 54

第3章　虚拟现实系统的相关技术与软件 55

3.1　环境建模技术 55

3.1.1　几何建模技术 56

3.1.2　物理建模技术 56

3.1.3　行为建模技术 57

3.2　实时三维图形绘制技术 57

3.2.1　基于几何图形的实时绘制技术 58

3.2.2　基于图像的实时绘制技术 59

3.3　三维虚拟声音的显示技术 60

3.3.1　三维虚拟声音的概念与作用 60

3.3.2　三维虚拟声音的特征 61

3.3.3　人类的听觉模型与头相关转移函数 61

3.3.4　语音识别与合成技术 62

3.4　自然交互与传感技术 63

3.4.1　手势识别 63

3.4.2　面部表情识别 64

3.4.3　眼动跟踪 64

3.4.4　触觉、力觉反馈传感技术 65

3.5　碰撞检测技术 66

3.6　虚拟现实工具软件 67

3.7　Web3D技术与软件 68

3.7.1　Web3D技术特点 68

3.7.2　Web3D应用工具软件 69

3.7.3　Web3D应用与发展 72

本章小结 73

习题与思考题 73

第4章　全景技术 74

4.1　全景技术概述 74

4.1.1　全景技术的特点及应用 75

4.1.2　全景技术的分类 75

4.2　常见全景技术软件 77

4.2.1　QuickTime VR 78

4.2.2 IPIX全景图片技术 79

4.2.3 PixMaker全景图片技术 80

4.2.4 Photo Vista全景图片技术 80

4.2.5 Jietusoft全景图片技术 80

4.3　全景图制作硬件 80

4.3.1　数码相机 81

4.3.2　鱼眼镜头 82

4.3.3　全景头 83

4.4　全景照片拍摄方法与原则 85

4.4.1　全景照片的拍摄方法 85

4.4.2　数码相机的拍摄原则 88

4.5　全景图制作实例 89

4.5.1　柱形全景制作实例 89

4.5.2　球形与立方体形全景制作实例 94

4.5.3　对象全景制作实例 101

本章小结 105

习题与思考题 105

第5章　网络三维互动Cult3D 106

5.1　Cult3D概述 106

5.1.1　Cult3D应用简介 107

5.1.2　Cult3D的组成 109

5.1.3　Cult3D的工作流程 109

5.1.4　Cult3D模型的导出 110

5.2　Cult3D窗口简介 117

5.2.1　Scene Graph（场景图形）窗口 117

5.2.2 Actions（行为）窗口 118

5.2.3 Event Map（事件映射）窗口 121

5.2.4 Stage Window（演示窗口） 123

5.2.5 Object position and orientation（对象位置和方向）窗口 124

5.2.6 Events（事件）窗口 124

5.2.7 Object properties（对象属性）窗口 125

5.3　Cult3D应用 125

5.3.1　制作基本三维演示 125

5.3.2　制作三维交互演示 131

5.3.3　Cult3D的应用展示 144

本章小结 150

习题与思考题 150

第6章　虚拟现实建模语言VRML 151

6.1　VRML虚拟现实建模语言 151

6.1.1　VRML基本概念 151

6.1.2　VRML文件的基本特点 152

6.1.3　VRML场景的编辑与浏览 155

6.2　在场景中建造基本几何模型 159

6.2.1　外形节点Shape的使用 159

6.2.2　构建虚拟场景的几何造型geometry域 159

6.2.3　创建基本几何造型 160

6.2.4　在虚拟场景中添加文本造型 163

6.3　在场景中构建复杂造型 165

6.3.1　虚拟场景中点、线、面的创建 165

6.3.2　构造离散点的集合造型 165

6.3.3　构造空间折线造型 167

6.3.4　构造空间平面集合造型 168

6.4　设置虚拟造型的外观 170

6.4.1　设置虚拟对象的外观和材质 170

6.4.2　为几何体添加纹理 173

6.4.3　纹理的变换 175

6.5　虚拟造型群节点的使用 175

6.5.1　编组节点的使用 175

6.5.2　空间坐标变换节点的使用 177

6.6　构建虚拟现实的环境 179

6.6.1　给虚拟场景添加背景 179

6.6.2　给虚拟场景添加光照 182

6.7　虚拟对象的动画效果 191

6.7.1　时间传感器节点的使用 191

6.7.2　利用插补器构造动画 192

6.8　虚拟对象交互功能的实现 197

6.8.1　检测器的基本功能 197

6.8.2　各类检测器的基本作用与使用 197

6.9　3DSMAX与VRML 207

6.9.1　3DSMAX的场景导出 207

6.9.2　在3DSMAX中插入VRML节点 207

6.9.3　VRML文件的压缩 211

本章小结 211

习题与思考题 212

附录A　VRML的关键字 213

附录B　VRML的域参考 216

参考文献 219