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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 Max153

7.1 常见的三维建模软件154

7.1.1 3ds Max154

7.1.2 Maya154

7.1.3 Rhino155

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 3D200

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Log212

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