虚拟现实技术及应用PDF电子书下载

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 Worlds 59

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CAD 63

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 Inventor 94

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NURBS 103

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 L 117

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VRML 118

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