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第1章 虚拟现实系统概述1

1.1虚拟现实系统的概念1

1.1.1虚拟现实的概念1

1.1.2虚拟现实的本质3

1.1.3虚拟现实系统的基本特征3

1.2虚拟现实系统的组成4

1.2.1虚拟现实系统的发展4

1.2.2虚拟现实系统的组成6

1.2.3虚拟现实系统的研究内容6

1.2.4虚拟现实系统的应用领域8

1.3虚拟现实系统的分类8

1.3.1分布式虚拟现实系统8

1.3.2沉浸式虚拟现实系统11

1.3.3桌面虚拟现实系统（非沉浸式虚拟现实系统）11

1.3.4增强虚拟现实系统12

1.4虚拟现实系统的研究现状12

1.4.1国外研究现状12

1.4.2国内研究现状13

1.4.3虚拟现实系统研究展望14

小结14

习题14

第2章 虚拟现实系统的硬件设备15

2.1虚拟现实系统的输入设备16

2.1.1基于自然的交互设备16

2.1.2三维定位跟踪设备18

2.2虚拟现实系统的输出设备22

2.2.1视觉感知设备22

2.2.2听觉感知设备26

2.2.3触觉（力觉）反馈设备27

2.3虚拟现实生成设备28

2.3.1基于个人计算机的虚拟现实系统29

2.3.2基于图形工作站的虚拟现实系统29

2.3.3超级计算机30

小结31

习题31

第3章 虚拟现实系统的相关技术32

3.1三维建模技术33

3.1.1几何建模技术33

3.1.2物理建模技术34

3.1.3行为建模技术34

3.2绘制技术35

3.2.1真实感绘制技术35

3.2.2基于几何图形的实时绘制技术36

3.2.3基于图像的实时绘制技术37

3.3三维全景技术38

3.3.1三维全景技术的概念38

3.3.2三维全景图的制作技术38

3.4人机自然交互技术39

3.4.1手势识别技术40

3.4.2面部表情识别技术40

3.4.3眼动跟踪技术41

3.4.4触（力）觉反馈传感技术41

3.5物理仿真技术42

3.5.1设计数学模型42

3.5.2创建物理属性42

3.5.3碰撞检测技术42

3.6三维虚拟声音技术43

3.6.1三维虚拟声音的概念与作用43

3.6.2三维虚拟声音的特征44

3.6.3语音识别与合成技术44

小结45

习题45

第4章 虚拟现实建模语言（VRML）46

4.1 VRML虚拟现实建模语言简介46

4.1.1 VRML的发展历史46

4.1.2 VRML虚拟现实建模语言的功能特征47

4.1.3 VRML网络与应用48

4.2 VRML概述49

4.2.1 VRML 97的关键字49

4.2.2结点50

4.2.3场景图54

4.2.4事件路由54

4.2.5 VRML特殊结点55

4.3 VRML场景生成器Cosmo Worlds59

小结60

习题60

第5章 虚拟现实的图形学基础61

5.1计算机图形学概述62

5.1.1计算机图形学的发展62

5.1.2智能CAD63

5.1.3计算机美术与设计64

5.1.4计算机动画技术64

5.1.5科学计算可视化65

5.1.6计算机图形学的研究内容65

5.2虚拟现实的图形学66

5.2.1虚拟环境中视点的定位66

5.2.2视觉66

5.2.3透视投影67

5.2.4三维裁剪67

5.2.5色彩理论67

5.2.6三维建模70

5.2.7光照70

5.2.8反射71

5.2.9阴影72

5.2.10三维消隐72

5.2.11真实感74

小结75

习题75

第6章 OpenGL虚拟现实图形程序设计接口76

6.1 OpenGL简介77

6.1.1 OpenGL概述77

6.1.2 OpenGL的工作方式78

6.2 OpenGL的程序结构79

6.3 OpenGL程序编写原理与方法80

6.3.1 OpenGL中描述图元的方法80

6.3.2 OpenGL中描述颜色的方法82

6.4 OpenGL变换84

6.4.1模型变换和视图变换85

6.4.2投影变换85

6.4.3视口变换87

6.5 OpenGL光照及纹理处理88

6.5.1光照模型88

6.5.2法线向量88

6.5.3控制光源89

6.5.4控制材质90

6.5.5选择光照模型91

6.6 Open Inventor94

6.6.1 Open Inventor简介94

6.6.2 Open Inventor应用领域94

小结97

习题97

第7章 3ds Max三维建模工具98

7.1 3ds Max的基础知识98

7.1.1 3ds Max概述98

7.1.2 3ds Max的用户界面99

7.2几何体建模101

7.3二维图形建模102

7.4高级造型技巧NURBS103

7.4.1 NURB S概念103

7.4.2建立NURBS模型105

7.5材质与灯光109

7.5.1材质编辑器的使用109

7.5.2设定基本材质112

7.5.3灯光的运用116

7.6 3ds Max与V RM L117

7.6.1在3ds Max中插入VRML结点117

7.6.2将3ds Max的场景导出到VRML118

小结119

习题119

第8章 SketchUp三维模型的建立与实例120

8.1建模方法及工具120

8.2 SketchUp特点121

8.3 SketchUp与传统工具的比较122

8.4 SketchUp功能123

8.4.1 SketchUp软件窗口124

8.4.2 SketchUp中的主要工具125

8.4.3 SketchUp中绘图工具的使用126

8.5虚拟现实软件中三维模型建立的方法132

8.5.1直接导入法基本步骤132

8.5.2后期导入法基本步骤132

8.6贴图的方法和类型132

8.6.1贴图的方法132

8.6.2贴图的类型133

8.7虚拟校园模型133

小结134

习题134

第9章 虚拟现实系统在各行业中的应用135

9.1工程领域的应用135

9.1.1航空发动机设计中的应用136

9.1.2潜水艇设计中的应用137

9.1.3建筑设计中的应用137

9.1.4人体建模方面的应用139

9.1.5工业概念设计中的应用140

9.1.6虚拟空间辅助决策系统中的应用140

9.2艺术与娱乐领域的应用141

9.2.1计算机动画设计中的应用141

9.2.2游戏系统中的应用142

9.2.3电视方面的应用142

9.3科学领域的应用143

9.3.1计算机神经科学中的应用144

9.3.2分子建模中的应用145

9.3.3恐惧表情的表现145

9.3.4遥现操作中的应用146

9.3.5超声波反馈深度探测仪146

9.4虚拟训练147

9.4.1虚拟消防学院147

9.4.2飞行仿真147

9.4.3虚拟手术训练148

9.4.4虚拟军事训练149

9.5虚拟现实系统应用举例151

9.5.1皇家御用金砖的制作151

9.5.2模拟驾驶仿真152

9.5.3数字园区规划153

9.5.4聊城古城的数字复原154

9.5.5油田仿真项目154

9.5.6产品虚拟展示155

小结155

习题155

第10章 虚拟现实系统与教育培训156

10.1虚拟现实应用于教育教学、培训领域的教育理论基础156

10.1.1虚拟现实技术与认知主义学习理论157

10.1.2虚拟现实与行为主义学习理论157

10.1.3虚拟现实技术与建构主义学习理论158

10.1.4虚拟现实技术与人本主义学习理论161

10.2虚拟现实教与学的方法163

10.2.1教学方法163

10.2.2虚拟现实教学方法163

10.2.3虚拟现实学习方式169

小结175

习题175

参考文献176