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第1章 绪论 1

1.1 虚拟现实的基本概念 1

1.1.1 虚拟现实定义 2

1.1.2 虚拟现实特点 3

1.1.3 虚拟现实特征 3

1.1.4 虚拟现实研究内容 4

1.2 虚拟现实系统的组成 4

1.2.1 虚拟环境产生设备 5

1.2.2 人与虚拟环境之间的人机交互设备 5

1.3 虚拟现实的起源与发展 6

1.3.1 虚拟现实的起源 6

1.3.2 虚拟现实的发展 7

1.4 军事领域应用 8

1.4.1 虚拟战场环境 8

1.4.2 进行单兵模拟训练 10

1.4.3 进行指挥员训练 11

1.4.4 近战战术训练 12

1.4.5 实施诸军兵种联合演习 12

1.4.6 武器装备的预先研究 13

1.4.7 三维数字沙盘 14

1.4.8 在防灾减灾工程中的应用 15

第2章 新型人机接口设备 17

2.1 虚拟现实系统中人机接口系统的构成 17

2.2 三维定位跟踪设备 18

2.2.1 电磁跟踪设备 19

2.2.2 声学跟踪设备 20

2.2.3 光学跟踪设备 22

2.2.4 机械跟踪设备 24

2.2.5 惯性跟踪设备 25

2.2.6 综合跟踪设备 26

2.2.7 跟踪设备的性能指标 27

2.3 数字化输入设备 28

2.3.1 数据手套 29

2.3.2 浮动鼠标器 31

2.3.3 力矩球 32

2.3.4 数据衣 33

2.4 触觉与力觉反馈 34

2.4.1 触觉装置 34

2.4.2 力反馈设备 36

2.4.3 液压舱 39

2.5 三维扫描仪 40

2.5.1 机械扫描仪 40

2.5.2 激光扫描仪 41

2.5.3 图像扫描仪 41

2.6 虚拟现实的音频系统 42

第3章 立体显示 45

3.1 立体成像原理 45

3.2 计算机立体图像 46

3.3 立体显示方法 48

3.3.1 分色法 48

3.3.2 分时法 49

3.3.3 分光法 50

3.3.4 光栅法 52

3.3.5 自由立体显示技术 52

3.4 典型立体显示系统 53

3.4.1 头盔显示器 53

3.4.2 Stereo Monitor 56

3.4.3 ImmersaDesk 56

3.4.4 手持式显示器（BOOM） 57

3.4.5 洞穴式虚拟环境（CAVE） 58

3.4.6 PowerWal 58

第4章 纹理映射 60

4.1 纹理的定义 61

4.1.1 离散法定义 61

4.1.2 连续函数法定义 62

4.1.3 参数法定义 62

4.2 二维纹理映射 62

4.2.1 纹理坐标值的确定 62

4.2.2 两步法纹理映射 64

4.2.3 几何纹理映射 65

4.3 环境映射 66

4.3.1 立方体环境映射 67

4.3.2 球面环境映射 68

4.4 mip-map纹理映射 71

4.4.1 mip-map纹理映射技术 71

4.4.2 mip-map纹理映射算法实现 72

4.4.3 clip-map纹理 73

第5章 多分辨率模型 75

5.1 LOD概述 75

5.1.1 LOD的基本思想 75

5.1.2 LOD分类 77

5.2 误差测度 79

5.2.1 几何距离误差 80

5.2.2 曲率 82

5.2.3 屏幕误差 83

5.2.4 属性误差 84

5.3 视点相关计算 85

5.3.1 视区内外判断 85

5.3.2 表面方向判断 87

5.3.3 对象屏幕投影判断 88

5.4 典型的LOD模型生成算法 89

5.4.1 近平面合并法 89

5.4.2 几何元素（顶点／边／面）删除法 90

5.4.3 重新划分算法 91

5.4.4 聚类算法 91

5.4.5 小波分解算法 92

第6章 大规模战场地形建立 93

6.1 概述 93

6.2 地形分割 95

6.2.1 网格构网方式 95

6.2.2 四叉树结构 96

6.2.3 二叉树结构 97

6.3 误差度量 98

6.3.1 基于视点距离的误差度量 99

6.3.2 基于几何空间误差的度量方式 99

6.3.3 基于屏幕投影误差的度量方式 100

6.4 基于硬件细分的LOD地形算法 100

6.4.1 硬件构网的地形渲染算法 101

6.4.2 分块四叉树组织结构 101

6.4.3 活动节点的判定与视锥体裁剪 103

6.4.4 细分队列的生成与更新 104

6.4.5 基于连续视点距离的地形块细分 104

6.4.6 Patch地形块间的无缝细分 106

6.4.7 细分计算着色器中的置换贴图 107

第7章 仿真实体模型的动态控制 108

7.1 碰撞检测技术 108

7.1.1 碰撞检测技术基本原理 108

7.1.2 轴向包围盒的碰撞检测 111

7.1.3 包围球的碰撞检测 113

7.1.4 方向包围盒检测算法 114

7.1.5 离散方向多面体检测法 116

7.2 地形匹配 118

7.2.1 点匹配 119

7.2.2 线匹配算法 120

7.2.3 面匹配算法 121

7.2.4 四点匹配算法 123

7.2.5 六点匹配算法 124

7.2.6 其他使用约束的三点匹配算法 124

7.3 地形匹配投影点的查找 125

7.3.1 RSG中点的查找 125

7.3.2 TIN中点的查找 126

7.3.3 投影点高程的计算 127

7.3.4 点的查找优化 128

7.3.5 参考点计算 130

7.3.6 姿态与突变控制 131

第8章 海面建模绘制技术 132

8.1 波浪建模绘制技术 132

8.1.1 波浪的基础概念 132

8.1.2 波浪建模方法 132

8.1.3 折射和绕射仿真 135

8.2 岛礁近岸海浪仿真 137

8.2.1 岛礁近岸波浪建模 137

8.2.2 波浪的卷曲和破碎 138

8.3 波浪的折射和绕射 139

8.3.1 阻障和遮挡作用 140

8.3.2 岛礁背浪侧绕射 141

8.4 波浪的绘制 142

8.4.1 折射和绕射绘制 142

8.4.2 层次细节模型建立 143

第9章 基于OSG的仿真系统 145

9.1 OSG简介 145

9.1.1 OSG概述 145

9.1.2 OSG体系结构（图9.1） 145

9.1.3 OSG资源 149

9.2 基本场景构建 149

9.2.1 Hello World 149

9.2.2 场景中模型处理 150

9.2.3 模型几何变换 152

9.2.4 模型的拾取 153

9.2.5 几何体创建 155

9.2.6 文字显示 158

9.2.7 公告牌技术 159

9.2.8 LOD 160

9.3 真实感 161

9.3.1 纹理与映射 162

9.3.2 光照 166

9.3.3 阴影 168

9.4 人机交互 170

9.4.1 交互过程 170

9.4.2 使用键盘 171

9.4.3 鼠标 173

9.4.4 漫游 174

9.4.5 视线碰撞检测 177

9.5 粒子系统 179

9.5.1 粒子系统简介 179

9.5.2 预定义的特效 180

9.5.3 自定义的特效 181

9.6 动画 184

9.6.1 节点更新与事件回调 184

9.6.2 简单动画 185

9.6.3 显示模型自带的动画 187

9.6.4 控制开关和自由度 187

第10章 基于osgEarth的地理环境仿真 190

10.1 osgEarth介绍 190

10.2 建立地图Map 191

10.2.1 配置文件中进行加载 192

10.2.2 非配置文件加载 193

10.3 经纬度及高程信息显示 195

10.3.1 求经纬度坐标 195

10.3.2 求高程数据 195

10.3.3 求精确高程数据 195

10.3.4 经纬度信息显示实例 196

10.4 实体模型加载 197

10.4.1 运行时加载模型（图10.5） 197

10.4.2 配置文件中加载 198

10.5 注记 199

10.5.1 PlaceNode 199

10.5.2 LabelNode 199

10.5.3 画线 200

10.5.4 画圆 200

10.5.5 绘制椭圆 201

10.5.6 绘制多边形 201

10.5.7 绘制矩形 202

10.5.8 绘制图标 202

10.5.9 绘制挤出多边形 202

10.6 矢量数据加载 203

10.6.1 运行时加载 203

10.6.2 配置文件中加载 204

10.7 一个完整的数字城市程序分析 206

参考文献 211