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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 什么是虚拟现实 1

1.1.2 虚拟现实的特征 4

1.1.3 VR系统与传统计算机图形系统的区别 6

1.2 虚拟现实的发展史 7

1.2.1 虚拟现实的发展 7

1.2.2 虚拟现实的商品化 9

1.3 虚拟现实对传统产生的冲击 11

1.3.1 VR技术对人类生活带来的冲击 11

1.3.2 VR技术对教育带来的冲击 12

1.3.3 VR对社会伦理道德带来的影响 12

1.4 发展中的V R技术研究 13

1.4 1 VR技术的研究课题 13

1.4.2 各国研究VR技术的状况 14

第2章 虚拟现实系统的组成 21

2.1 虚拟现实系统的分类 21

2.1.1 VR的分类 21

2.1.2 桌面VR系统 22

2.1.3 沉浸式VR系统 23

2.1.4 遥现VR系统 25

2.1.5 分布式VR系统 28

2.1.6 扩展现实VR系统 29

2.2 VR系统的体系结构 30

2.3 几个典型的VR系统的介绍 33

2.3.1 VIDEOPLACE系统 33

2.3.2 VIEW系统 34

2.3.3 Dialogue系统 36

2.3.4 SuperVision系统 37

2.3.5 CAVE系统 39

第3章 虚拟现实的三维交互工具 44

3.1 传感器技术 44

3.1.1 跟踪技术实现的基础——传感器技术 44

3.1.2 三维位置传感器 47

3.1.3 三维电磁传感器 48

3.1.4 超声波三维传感器 49

3.2 跟踪探测设备 51

3.2.1 跟踪器 51

3.2.2 跟踪球 53

3.2.3 三维探测器 54

3.3 手数字化设备 54

3.3.1 数据手套 55

3.3.2 电子手套和功率手套 58

3.3.3 其他手数字化设备 59

3.4 立体视觉设备 62

3.4.1 头盔显示器 63

3.4.2 立体眼镜 68

3.4.3 其他三维显示器 70

第4章 虚拟环境中的自然交互技术 72

4.1 自然交互的概念模型 72

4.1.1 概述 72

4.1.2 感知与行为概念模型 73

4.1.3 二维和三维交互概念模型 75

4.2 手势识别 77

4.2.1 基于手势语言的手势识别 78

4.2.2 基于手模型的手势识别 78

4.3 碰撞检测 86

4.4 自动抓取 89

4.4.1 手的抓取分类 89

4.4.2 自动抓取系统 90

4.5 多通道用户界面模型 92

4.5.1 多通道用户界面的概念模型 93

4.5.2 自然交互方式的多通道用户界面模型 94

4.5.3 多通道整合软件结构 94

第5章 实时显示处理技术 97

5.1 影响实时显示的因素 97

5.2 三维图形的实时显示技术 99

5.2.1 减少负载计算量 99

5.2.2 基于图像的实时动态显示技术 103

5.2.3 恒定帧频率的自适应显示 104

5.3 实时图形加速器 106

5.3.1 图形卡性能与图像画面复杂度 106

5.3.2 基于PC的VR产生器 107

5.3.3 基于工作站的图形加速器 110

5.3.4 高度并行VR引擎 111

5.4 大视场双眼体视显示技术 113

5.4.1 立体视觉 113

5.4.2 大视场角头盔显示器 116

5.4.3 新式显示器 117

5.5 分布式实时处理技术 118

第6章 触摸和力量反馈 123

6.1 触摸和力量反馈的概念 123

6.1.1 概述 123

6.1.2 触摸／力量反馈的概念及其区别 124

6.1.3 虚拟触摸／力量反馈的要求 125

6.2 “砂纸”系统 125

6.2.1 建立模拟纹理 126

6.2.2 实时力量显示处理的物理过程 127

6.2.3 力量显示的控制 127

6.3 触摸／力量反馈技术及工具 130

6.3.1 触摸反馈技术及工具 130

6.3.2 力量反馈技术及反馈装置 133

6.3.3 触摸反馈和力量反馈的结合的设备 138

6.4 基于物理模型的力量反馈 139

6.4.1 基于物理模型的力量反馈 139

6.4.2 新式触觉显示器 143

第7章 三维虚拟声音显示 144

7.1 三维声音的概念及作用 144

7.1.1 三维声音的概念及其特征 144

7.1.2 三维虚拟声音的作用 145

7.1.3 虚拟声音显示的研究目标 147

7.2 人类的听觉模型 148

7.2.1 概述 148

7.2.2 混响时间差和混响压力差 148

7.2.3 头部传递函数 150

7.2.4 声音合成技术的验证 152

7.2.5 三维合成声音定位的实验 155

7.3 虚拟声音显示 157

7.3.1 概述 157

7.3.2 虚拟声音显示的建模 157

7.3.3 合成声音跟踪的过程 160

7.3.4 虚拟声音提示 161

7.4 声音传播 162

7.4.1 距离和方向的影响 162

7.4.2 声音跟踪模型 163

7.4.3 声音描述的再现和处理过程 164

7.5 三维声音产生器 165

7.5.1 实时数字信号处理器 165

7.5.2 THE BEACHTRON和THE ACOUSTETRON 168

第8章 三维视觉建模及视觉成像 169

8.1 三维视觉的显示原理 169

8.2 虚拟世界中对象的定义 171

8.2.1 几何对象的描述 172

8.2.2 动态建模 173

8.2.3 对象特征定义 177

8.2.4 柔韧性物体及其变形 178

8.2.5 数据库模式及主要技术特点 181

8.3 细节层次模型分割及自动生成 182

8.3.1 单元分割法 183

8.3.2 细节层次分割 184

8.3.3 多细节层次模型自动生成算法 185

8.4 三维立体图的视觉成像方法 188

8.4.1 基于投影变换原理的立体图生成算法 189

8.4.2 基于相关性原理的立体图光线跟踪算法 190

8.4.3 快速全息图像的成像方法 193

8.5 三维场景装配技术 198

第9章 虚拟现实系统的开发环境及系统评估 199

9.1 虚拟现实系统开发的支撑软件 199

9.1.1 WTK工具软件 200

9.1.2 MR工具箱 202

9.1.3 VR编辑器 203

9.1.4 虚拟现实造型语言VRML 206

9.1.5 分布式虚拟环境创建工具dVS 208

9.2 VR系统开发的软硬件平台 210

9.2.1 基于工作站的开发环境 211

9.2.2 基于PC的系统开发平台 211

9.3 系统集成的协调和评估 216

9.3.1 视觉和图形反馈的评估 217

9.3.2 听觉和声音反馈的评估 220

9.3.3 触觉和力量反馈的评估 222

9.3.4 系统集成的协调评估 223

第10章 虚拟现实技术的应用 227

10.1 虚拟原型用于船舶设计 227

10.1.1 概述 227

10.1.2 舰船虚拟原型系统的开发 229

10.1.3 基于虚拟环境的舰船设计实例 235

10.2 军事仿真模拟 236

10.2.1 概述 236

10.2.2 实时分布仿真系统（SIMNET） 238

10.2.3 飞行模拟器 240

10.3 虚拟现实技术在工程中的应用 241

10.3.1 虚拟空间决策支持系统在商业中的应用 241

10.3.2 机器人和生产制造 244

10.4 医药和治疗 248

10.4.1 外科手术 248

10.4.2 治疗 251

参考文献 252