虚拟现实技术与艺术PDF电子书下载

1　绪论——虚拟现实技术概述 1

1.1　虚拟现实的基本概念 1

1.1.1　虚拟现实的定义 1

1.1.2　虚拟现实的本质特征 1

1.1.3　虚拟现实的组成 2

1.2　虚拟现实技术体系结构 2

1.2.1　虚拟环境系统结构 2

1.2.2　虚拟现实系统组成模块 3

1.3　虚拟现实系统的分类 3

1.3.1　沉浸式虚拟现实系统 3

1.3.2　桌面虚拟现实系统（非沉浸式虚拟现实系统） 3

1.3.3　增强虚拟现实系统 4

1.3.4　分布式虚拟现实系统 4

1.4　虚拟现实的发展历程和研究现状 5

1.4.1　虚拟现实的发展历程 5

1.4.2　国外虚拟现实技术的研究现状 5

1.4.3　国内虚拟现实技术的研究现状 6

1.5　虚拟现实技术的主要应用领域 7

1.5.1　文化艺术领域 7

1.5.2　工程应用 7

1.5.3　在医学领域的应用 9

1.5.4　教育培训领域的应用 9

1.5.5　军事应用 9

1.5.6　城市规划 10

1.5.7　商业 10

参考文献 10

2　虚拟现实的硬件技术 12

2.1　三维位置跟踪器 12

2.2　各种数据手套 13

2.2.1　触觉与力反馈 13

2.2.2　力学反馈手套 14

2.2.3　传感手套（VPL） 14

2.2.4　PowerGlove手控器 14

2.3　三维鼠标 15

2.4　数据衣 16

2.5　立体显示设备 16

2.5.1　头盔式显示器HMD 16

2.5.2　特殊的头部显示器BOOM 17

2.5.3　立体眼镜 17

2.5.4　立体投影显示 17

2.5.5　三维显示器 18

2.6　三维声音生成器 19

2.7　小结 20

参考文献 20

3　虚拟现实的创作平台软件技术介绍 21

3.1　Multigen 21

3.1.1　Vega Prime （视景仿真与交互模块） 21

3.1.2　Multigen Creator（视景建模模块） 23

3.2　VTree 23

3.3　Quest3D 24

3.4　EON Studio 25

3.5　Cult3D 25

3.5.1　Cult3D 25

3.5.2　Cult3D软件的模块与工作流程简介 26

3.5.3　Cult3D Designer V5.2软件界面介绍 26

3.6　VRML97（3DSMAX中的内置模块） 29

3.6.1　VRML97控制面板介绍 29

3.6.2　VRML97节点简介 29

3.6.3　VRML文件的输入与输出 31

3.7　OpenGVS 31

3.7.1　OpenGVS简介 31

3.7.2　OpenGVS API 32

3.7.3　System Facility 33

3.8　Virtools 35

3.8.1　Virtools Dev（主体开发模块） 36

3.8.2　Virtools Physics Pack（物理特性模块） 36

3.8.3　Virtools VR Pack（视景沉浸模块） 37

3.8.4　Virtools Al Pack（人工智能模块） 37

3.8.5　Virtools Xbox Kit（微软的Xbox开发模块） 38

3.8.6　Virtools Server Pack（网络服务器模块） 38

3.8.7　Virtools 3D Life Player 40

3.8.8　Virtools SDK 40

3.9　Java 3D 40

3.10　Viewpoint 41

3.11　Pulse 3D 41

3.12　Atmosphere 42

3.13　Shockwave 3D 42

3.14　Shout3D和Blaxxun3D技术 42

3.14.1　Shout3D支持的特性 43

3.14.2　Blaxxun3D技术简介 43

3.15　3DVRI 43

3.16　VRP 44

3.17　小结 45

参考文献 45

4　虚拟现实软件平台应用实例 46

4.1　虚拟现实经典建模语言（VRML）解析与应用 46

4.1.1　VRML文件的节点研究 46

4.1.2　VRML语言的重要构造技术 52

4.1.3　VRML的综合应用实例——利用3DSMAX制作虚拟现实场景解析 56

4.2　Cult3D与3DSMAX组合的制作实例 58

4.2.1　在3DSMAX中建模、设置材质和动画 58

4.2.2　用Cult3D Exporter输出产品模型 60

4.2.3　在Cult3D Designer中设置虚拟产品的交互功能 60

4.3　小结 64

5　虚拟现实视景系统的建模技术 65

5.1　基于几何的建模技术 65

5.1.1　几何建模方法的数学原理 65

5.1.2　三维几何模型对象的获取方法 67

5.1.3　三维几何建模技术的应用 71

5.2　基于图像的虚拟环境建模技术研究 74

5.2.1　基于图像的虚拟环境建模的技术原理 74

5.2.2　基于图像的全景图环境建模技术 75

5.3　图像与几何相结合的建模技术 77

5.3.1　图像与几何相结合的汽车建模 77

5.3.2　其他虚拟对象的建模 79

5.4　小结 79

参考文献 80

6　虚拟现实场景的优化技术 81

6.1　优化方法概述 81

6.1.1　简单的光照模型 81

6.1.2　消隐技术 81

6.2　基于多边形网格的场景简化技术 82

6.2.1　基于预生成法的LOD技术 82

6.2.2　基于实时生成法的LOD技术 83

6.2.3　可变分辨率LOD（实时自适应优化网格）技术 85

6.2.4　LOD技术的运用技巧 86

6.3　基于Virtools环境LOD的应用方案 86

6.3.1　算法的选取 86

6.3.2　Virtools中集成的LOD技术 87

6.3.3　应用方案解析 89

6.3.4　基于SDK开发的LOD行为模块 90

6.3.5　优化效果 92

6.4　小结 92

参考文献 93

7　虚拟现实特效技术研究 94

7.1　基于粒子系统的仿真特效技术 94

7.1.1　雪的仿真实现 95

7.1.2　雨的仿真实现 96

7.1.3　烟、尾气的模拟 96

7.2　其他的视效仿真 96

7.2.1　雾效的仿真实现 96

7.2.2　声响模拟系统 97

7.2.3　车速表的模拟和实现 97

7.2.4　GPS系统的应用 97

7.3　模型光照与纹理渲染技术 98

7.3.1　漫反射分量 98

7.3.2　镜面反射分量 99

7.3.3　环境分量 99

7.3.4　光照方程 99

7.3.5　光照与渲染技术 100

7.4　基于Cg的Shader纹理特效技术研究 101

7.4.1　基于Cg的流体特效技术 102

7.4.2　基于Cg的Shader多分辨纹理技术 105

7.5　小结 106

参考文献 107

8　虚拟现实视景系统的分布式多客户与交互技术研究 108

8.1　虚拟驾驶系统的分布式多客户技术研究 108

8.1.1　分布式虚拟汽车驾驶系统的体系结构 108

8.1.3　汽车动力学引擎的构建和性能参数设置 118

8.1.4　绝对估算（Dead Reckoning）技术 120

8.1.5　分布式多客户的虚拟汽车驾驶系统开发成果 121

8.2　汽车的碰撞检测与事故仿真技术 121

8.2.1　碰撞检测原理分析 121

8.2.2　事故仿真技术的应用实例 122

8.3　虚拟交通控制系统中的交互技术研究 124

8.3.1　虚拟交通控制系统介绍 124

8.3.2　虚拟控制系统各交互模块的技术研究 125

8.3.3　应用实例 127

8.4　小结 127

参考文献 128

9　虚拟现实的分布式多通道显示技术——基于群集的多通道屏幕投影环境的构筑 129

9.1　虚拟视景系统的分布式显示技术介绍 129

9.1.1　开发平台简介 129

9.1.2　分布式多通道显示的概念 129

9.1.3　帧缓存同步与垂直刷新同步 130

9.2　虚拟视景系统的多通道投影屏幕构筑技术 131

9.2.1　柱形投影屏幕视景的构筑 131

9.2.2　其他的多通道投影屏幕视景构筑技术 133

9.3　多通道投影屏幕运行组件的配置 133

9.3.1　配置文件介绍 133

9.3.2　多通道显示设备文件的配置 134

9.4　基于三通道显示环境的虚拟汽车驾驶舱的开发 137

9.5　小结 139

参考文献 139

10　虚拟图形艺术的审美特性——基于虚拟现实技术的数码图形艺术特征与美学意蕴 140

10.1　数码图形的艺术特征 140

10.1.1　数码图形的数字化与非物质特征 140

10.1.2　同构性 141

10.1.3　时间上的可逆性（无序性） 142

10.1.4　空间上的无限自由性（分布式的多元化空间） 142

10.1.5　交互性（互动性） 143

10.1.6　沉浸性（身临其境） 143

10.1.7　一种新的虚拟艺术实践 143

10.2　数码图形艺术的美学意蕴 144

10.2.1　审美趣味论（生动性与趣味性） 144

10.2.2　全方位、多通道和自由的审美 145

10.2.3　审美营构论——数码图形艺术设计中的构成美学 146

10.2.4　数码图形艺术设计中的审美特性与意境论 150

10.3　小结 153

参考文献 154

11　中国水墨画艺术效果的数码三维仿真 155

11.1　概述 155

11.2　数码三维水墨仿真研究的意义 155

11.3　研究的基本思路和内容 155

11.3.1　基本思路 155

11.3.2　研究内容 156

11.4　小结 159

参考文献 160