虚拟现实技术与应用PDF电子书下载

第1章 虚拟现实技术概述 1

1.1 虚拟现实 1

1.1.1 虚拟现实的人机交互原理 1

1.1.2 虚拟现实分类 2

1.1.3 虚拟现实特征 3

1.2 虚拟现实系统的组成与类型 3

1.2.1 虚拟现实系统的组成 3

1.2.2 虚拟现实系统的类型 4

1.3 虚拟现实技术的发展历程 8

1.3.1 探索阶段 8

1.3.2 走向实用阶段 10

1.3.3 理论的完善和应用阶段 11

1.3.4 进入产业化发展阶段 11

1.4 虚拟现实技术的应用 12

1.5 虚拟现实技术的研究方向和现状 16

1.5.1 虚拟现实技术的研究方向 16

1.5.2 国外研究现状 16

1.5.3 国内研究现状 18

1.6 虚拟现实技术的局限性与技术瓶颈问题 19

思考题 20

第2章 虚拟现实系统的硬件设备 21

2.1 典型虚拟现实系统的硬件配置 21

2.2 虚拟现实系统的立体显示设备 24

2.2.1 人眼立体视觉形成原理 24

2.2.2 视觉的感知设备 25

2.3 听觉感知设备 36

2.3.1 人类听觉模型 36

2.3.2 听觉感知设备特性与分类 37

2.4 触觉和力反馈设备 39

2.4.1 触觉感知 39

2.4.2 几种触觉反馈设备 40

2.5 位置跟踪设备 47

2.5.1 位置跟踪设备概述 47

2.5.2 几种位置跟踪设备 49

2.5.3 跟踪设备的性能比较 60

2.5.4 常见的3D位置跟踪设备 60

2.6 动作捕捉系统 64

2.6.1 动作捕捉系统的分类 64

2.6.2 不同动作捕捉系统间的特性比较 68

2.6.3 动作捕捉系统实际应用的技术参数 69

2.7 面部表情捕获系统 71

2.8 嗅觉和味觉感知设备 72

2.8.1 嗅觉感知设备 72

2.8.2 味觉感知设备 72

2.9 其他交互设备 73

2.9.1 脑机交互装置 73

2.9.2 体感交互设备 74

2.10 虚拟现实的计算设备 75

2.10.1 高性能个人计算机与图像加速卡 75

2.10.2 高性能图形工作站 76

2.10.3 高度并行的计算机（超级计算机） 77

2.10.4 分布式网络计算机 78

2.11 虚拟现实系统的系统集成设备 78

2.11.1 主被动立体信号转换器 79

2.11.2 无线彩色触摸屏智能中央控制系统 79

思考题 80

第3章 虚拟现实系统的关键技术 81

3.1 视觉信息的3D显示技术 81

3.1.1 彩色眼镜法（分色法） 82

3.1.2 偏振光眼镜法（分光法） 83

3.1.3 串行式立体显示法（分时法，快门式） 83

3.1.4 分波式立体显示法 84

3.1.5 不闪式3D显示技术 85

3.1.6 裸眼立体显示实现技术 85

3.1.7 全息摄影技术 87

3.2 虚拟现实系统中的虚拟环境建模技术 87

3.2.1 几何建模技术 88

3.2.2 物理建模技术 90

3.2.3 行为建模技术 90

3.2.4 听觉的建模技术 91

3.2.5 气味的数字化技术 92

3.2.6 味觉的体验技术 93

3.3 真实感实时绘制技术 93

3.3.1 真实感绘制技术 93

3.3.2 基于几何图形的实时绘制技术 94

3.3.3 基于图像的实时绘制技术 97

3.4 3D虚拟声音的实现技术 98

3.4.1 3D虚拟声音的概念与作用 98

3.4.2 3D虚拟声音的特征 99

3.4.3 语音识别技术 99

3.4.4 语音合成技术 100

3.5 人机自然交互与传感技术 100

3.5.1 人机交互的经历 100

3.5.2 手势识别技术 102

3.5.3 面部表情识别技术 102

3.5.4 眼动跟踪技术 103

3.5.5 触觉（力觉）反馈传感技术 104

3.6 实时碰撞检测技术 104

3.6.1 碰撞检测的要求 105

3.6.2 碰撞检测的实现方法 105

3.7 脑机交互技术 106

3.8 唇读识别技术 107

3.9 虚拟现实系统的集成技术 107

3.9.1 图像边缘融合与无缝拼接技术 107

3.9.2 光谱分离立体成像技术 108

3.9.3 图像数字几何矫正技术 109

思考题 110

第4章 虚拟现实系统软件 111

4.1 构建虚拟环境的三维视觉建模软件 111

4.1.1 实物虚化的3D视觉建模软件 111

4.1.2 虚构的虚拟环境的3D视觉建模软件 112

4.1.3 3ds Max建模软件 114

4.1.4 Multigen Creator建模平台 115

4.2 虚拟现实开发软件 117

4.2.1 虚拟世界工具箱WTK 117

4.2.2 虚拟现实软件平台介绍 118

4.3 基于Web的3D建模技术平台 120

4.3.1 Web3D的起源 120

4.3.2 Web3D的发展 120

4.3.3 Web3D的应用 121

4.3.4 Web3D的典型开发技术 121

4.3.5 Web3D的未来 126

思考题 127

第5章 全景摄影和全息投影技术 128

5.1 全景摄影技术概述 128

5.1.1 全景摄影技术的分类 129

5.1.2 全景摄影的发展前景 129

5.2 全景摄影硬件要求 130

5.2.1 全景摄影器材的认识 130

5.2.2 相机的节点位置 132

5.2.3 有变焦数码单反相机的配置 134

5.2.4 无变焦数码单反相机的配置 135

5.2.5 胶片单反机的配置 135

5.3 对象全景图制作软件 135

5.4 全景图拼接算法 139

5.5 全息投影技术 144

5.5.1 基本概念 144

5.5.2 发展历史 145

5.5.3 全息投影的技术原理 146

5.6 伪全息、伪立体投影（幻影成像） 149

5.6.1 伪全息、伪立体投影（幻影成像）原理 150

5.6.2 全息摄影技术设备 152

5.7 其他全息技术 154

思考题 154

第6章 增强现实技术 155

6.1 概述 155

6.1.1 技术原理与特征 155

6.1.2 增强现实、混合现实、虚拟现实三者间的关系 156

6.1.3 VR、 AR、 MR之间的区别 158

6.2 增强现实系统的组成形式 159

6.2.1 基于台式显示器的增强现实系统 160

6.2.2 光学透视式增强现实系统 161

6.2.3 视频透视式增强现实系统 161

6.2.4 基于手持显示器的增强现实系统 161

6.2.5 基于投影显示器的增强现实系统 162

6.3 增强现实系统的关键技术 162

6.3.1 显示技术 163

6.3.2 注册技术 164

6.3.3 交互技术 166

6.3.4 虚实融合技术 167

6.3.5 增强虚拟环境技术 167

6.3.6 视频融合技术 168

6.3.7 移动互联网上的相关技术与应用 169

6.4 增强现实技术应用领域 170

6.5 增强现实系统的软件平台 172

6.5.1 增强现实软件 173

6.5.2 EasyAR应用 175

6.6 增强现实系统的硬件 177

6.7 增强现实应用开发案例 183

6.7.1 基于ARToolKit编写AR应用程序 183

6.7.2 样例程序分析 184

6.7.3 应用自己设计的模板图案标识的AR应用程序开发 188

思考题 191

第7章 Cult3D软件与应用 192

7.1 Cult3D概述 192

7.1.1 Cult3D的特点、授权与组成 192

7.1.2 Cult3D Designer 5.3 主界面窗口简介 193

7.1.3 基于Cult3D的虚拟现实模型的开发流程 198

7.2 基于Cult3D的物体虚拟现 202

实模型的开发实例 202

7.2.1 虚拟对象的三维展示 202

7.2.2 Cult3D的综合应用 210

思考题 225

第8章 EON Studio软件与应用 226

8.1 EON Studio安装 226

8.1.1 系统基本配置需求 226

8.1.2 安装过程 227

8.2 基本概念 229

8.2.1 功能节点说明 229

8.2.2 基础功能节点及其构成 230

8.2.3 常用节点介绍 231

8.2.4 节点的使用方法 231

8.2.5 元件的使用方法 233

8.3 创建应用程序 234

8.3.1 虚拟世界的坐标系统 234

8.3.2 创建应用程序的流程 235

8.3.3 导入场景对象 235

8.3.4 物体表面的修改 235

8.3.5 为物体添加动作 235

8.3.6 3D编辑工具 236

8.3.7 运行并保存应用程序 236

8.3.8 EON Studio的文件格式 236

8.4 EON Studio运行界面 237

8.4.1 下拉式菜单 237

8.4.2 工具条 240

8.5 EON Studio视窗 240

8.5.1 基础说明 240

8.5.2 EON Studio视窗类型 240

8.5.3 模拟树状结构 243

8.5.4 逻辑关系定义视窗 245

8.5.5 蝶状结构视窗 248

8.5.6 搜寻视窗 252

8.5.7 事件记录视窗 253

8.5.8 元件视窗 253

8.5.9 标准元件编辑视窗 260

8.6 导入3D物体 263

8.6.1 EON可支持的3D文件格式 263

8.6.2 导入场景模型数据程序 264

8.6.3 导入3D Studio文件及其他外挂程序转换格式 266

8.6.4 更多的导入程序 267

8.6.5 缺口移除精灵 269

8.6.6 脚本编辑器 270

8.7 EON节点和元件使用实例 271

8.7.1 EON Studio的基本节点 271

8.7.2 EON Studio的代理节点 287

8.7.3 EON Studio 5.2 的GUI控制节点 302

8.7.4 EON Studio 5.2 的传感器节点 303

8.7.5 EON Studio 5.2 的运动模型节点 304

8.7.6 EON Studio 5.2 的组合节点 307

8.7.7 EON Studio 5.2 的元件 309

8.8 EON Studio的综合应用 311

8.8.1 互动虚拟现实场景的设计 311

8.8.2 翻盖手机的虚拟展示模型设计 325

思考题 334

参考文献 335