第一章 引言 1
1.1 虚拟现实的基本概念 1
1.2 虚拟现实系统的特性 2
1.3 虚拟现实发展简史 3
1.4 虚拟现实应用 6
1.5 本书的组织 9
第二章 虚拟现实外设 11
2.1 3-D位置跟踪器 11
2.1.1 3-D电磁跟踪器 12
2.1.2 超声波跟踪器 15
2.2 传感手套 15
2.2.1 VPL数据手套 15
2.2.3 CyberGlove 17
2.2.2 PowerGlove 17
2.3 立体鼠标 18
2.4 数据衣 19
2.5 触觉和力反馈的装置 19
2.6 立体显示设备 20
2.6.1 HMD 20
2.6.2 BOOM 22
2.6.3 立体眼镜 23
2.6.4 立体投影显示 23
2.6.5 3D显示器 25
2.7 3-D声音生成器 25
第三章 基于图形渲染的算法基础 28
3.1 几何造型 29
3.1.1 多面体造型 29
3.1.3 曲线、曲面表示的基础知识 34
3.1.2 曲面造型 34
3.1.4 二次曲面 38
3.1.5 超二次曲面 39
3.1.6 Bézier曲线与Bézier曲面 39
3.1.7 B-样条曲线和曲面 43
3.1.8 有理样条与NURBs曲面 45
3.2 光照模型 45
3.2.1 Lambert漫反射模型 46
3.2.2 Phong模型 49
3.3 三维观察 51
3.3.1 观察坐标 51
3.3.2 投影 54
3.3.3 观察体 59
3.3.4 Z缓存器算法 60
3.4 纹理映射 61
3.4.1 二维纹理映射的基本原理 62
3.4.2 建立纹理映射 63
3.4.3 Catmull算法 64
3.4.4 Blinn方法 67
3.4.5 两步法纹理映射 69
3.4.6 环境映射 72
3.4.7 三维纹理映射技术 73
3.4.8 MIPmap技术 74
第四章 基于图像渲染的理论基础 81
4.1 什么是基于图像渲染 81
4.2 全光模型 82
4.3 光图函数 83
4.3.1 四维光图函数的定义 83
4.3.2 四维参数的离散化 85
4.3.3 光图系统 89
4.3.4 关于光图函数的讨论 93
4.4 同心圆拼图 94
4.4.1 概述 94
4.4.2 同心圆拼图 94
4.5 同心球拼图的构造 97
4.5.1 拍摄方法 97
4.5.2 同心球拼图的构造方法 98
4.5.3 自由漫游 99
4.5.4 压缩 107
4.6 基于部分几何信息的IBR技术 108
4.6.1 视图插值技术 108
4.6.2 图像变形技术 108
4.6.3 基于外极几何的方法(Epipolar Geometry) 109
4.6.4 3D折叠(3D warp)方法 110
4.6.5 层次深度图像(LDI) 112
4.7 讨论 112
第五章 虚拟全景空间的模型与算法 114
5.1 VPS空间模型 115
5.1.1 视点空间 115
5.1.2 虚拟全景空间 115
5.1.3 空间操纵 116
5.2 VPS系统的一般组成 117
5.2.1 全景图像生成器 117
5.2.2 空间编辑器 119
5.2.3 VPS浏览器 120
5.3 全景图像生成的基本思想 121
5.3.1 柱面全景图像的拍摄方法 121
5.3.3 成像模型与象素坐标 122
5.3.2 球面全景图像的拍振方法 122
5.3.4 估计象素焦距 125
5.4 柱面全景图像生成技术 126
5.4.1 柱面正投影算法 126
5.4.2 柱面全景图像的拼接算法 128
5.4.3 柱面全景图像的反投影算法 130
5.4.4 柱面全景图像的漫游 133
5.5 球面全景图像生成技术 135
5.5.1 球面正投影算法 135
5.5.2 鱼眼图像的校正算法 136
5.5.3 球面全景图像反投影算法 140
5.6 全景视频技术 143
5.6.1 摄像机运动简化模型 144
5.6.2 摄像机运动参数估计公式 145
5.6.3 实现中的一些问题 147
5.6.4 测试与评价 149
5.7 视点空间之间的操纵算法 150
5.7.1 简单的缩放实现 151
5.7.2 一种图像变形算法 152
第六章 虚拟现实引擎 157
6.1 帧速率与计算负载 158
6.1.1 图形性能与阴影模式 158
6.1.2 图形性能与场景复杂度 161
6.2 基于PC机的VR引擎 161
6.3 基于SGI工作站的VR引擎 163
6.3.1 InfiniteReality2概述 164
6.3.2 分辨率与显示模式 165
6.3.3 颜色 166
6.3.4 纹理映射 167
6.4 高度并行的VR引擎 171
6.5 分布化VR引擎 173
6.5.1 基于超级服务器的系统 174
6.5.2 IBM分布系统 176
第七章 虚拟现实建模 179
7.1 几何建模 180
7.1.1 造型工具 180
7.1.2 环境外观 180
7.2 运动建模 181
7.2.1 对象位置 181
7.2.2 碰撞检侧 183
7.2.3 交互映射 183
7.2.4 对象层次 185
7.3 物理建模 186
7.3.1 表面变形 186
7.3.2 表面光滑程度 188
7.4 对象行为 189
7.5 模型分割 189
7.5.1 模型分割 189
7.5.2 LoD分割 191
7.6 虚拟现实建模语言VRML 192
7.6.1 VRML简介 192
7.6.2 VRML的特性 193
7.6.3 节点 194
7.6.4 场景图 195
7.6.5 漫游与用户交互 199
7.6.6 VRML创作实例 200
第八章 虚拟现实开发工具 207
8.1 虚拟世界工具箱WTK 207
8.1.1 WTK概述 207
8.1.2 WTK的结构和对象机制 209
8.1.3 WTK的仿真流程管理 212
8.1.4 WTK的窗口和视区 216
8.1.5 WTK的视点 217
8.1.6 WTK的场景结构 218
8.1.7 WTK的几何场景构造 221
8.1.8 WTK的光照处理 223
8.1.9 WTK的材质 224
8.1.10 WTK的纹理 226
8.1.11 传感器 227
8.1.12 三维立体声 228
8.2 Vega 229
8.2.1 什么是Vega 229
8.3 MR：VR应用工具箱 230
8.2.2 场景图管理 230
第九章 分布式虚拟现实系统 233
9.1 概念与特性 233
9.1.1 什么是DVR 233
9.1.2 DVR的特性 234
9.1.3 几个典型DVR系统与工具 235
9.2 DVR的系统结构 236
9.2.1 集中式/复制式结构 236
9.2.2 统一的局部数据库/不同的局部数据库 236
9.3 DVR模型 237
9.3.1 DS模型 237
9.3.2 MPSC模型 237
9.4 DVR中的优先调度算法 238
9.4.1 概述 238
9.4.2 PRR算法 239
9.4.3 结合可见性信息 243
9.5 分布交互仿真DIS 245
9.5.1 概述 245
9.5.2 仿真实体 246
9.5.3 网络接口NIU(network interface unit) 248
9.5.4 计算机生成兵力 249
9.6 高层体系结构HLA 249
9.6.1 HLA概述 249
9.6.2 HLA框架 253
9.6.3 对象模型OM对互操作和可重用的支持 255
9.6.4 基于HLA/RTI的分布交互仿真体系结构 257
第十章 协同虚拟现实系统 260
10.1 CVR的概念与特性 260
10.2 CVR涉及的关键技术 262
10.3.1 引言 264
10.3 虚拟空间会议系统 264
10.3.2 VST的概念 265
10.3.3 VST需研究解决的问题 266
10.3.4 虚拟会议空间的结构与构造 268
10.3.5 虚拟空间会议合成计算模型 271
10.4 VST-1原型系统介绍 274
10.4.1 系统运行环境 274
10.4.2 系统体系结构 275
10.4.3 MCS设计与实现 277
10.4.4 会议管理子系统 280
10.4.5 虚拟对象管理子系统 282
10.4.6 数据分发管理子系统 283
10.4.7 基于DirectPlay的网络通信接口 284
10.4.8 虚拟会议环境构造 286
10.4.10 交互代理子系统 288
10.4.9 视音频采集与处理子系统 288
10.4.11 虚拟会场显示子系统 290
10.4.12 虚拟会场合成 291
第十一章 虚拟现实系统设计和评价方法 295
11.1 引言 295
11.2 两种开发领域 296
11.3 我们的方法 296
11.4 有效迭代 301
11.5 一个实例：Dragon战场可视化虚拟环境 302
11.6 Dragon VE的设计与评价方法 304
11.7 总结 306
第十二章 虚拟现实发展趋势展望 308
12.1 虚拟现实发展面临的三大障碍 308
12.2.1 概述 309
12.2 “虚实结合”是虚拟现实技术发展的必然 309
12.2.2 什么是“虚实结合” 310
12.2.3 为什么需要“虚实结合” 310
12.3 增强现实简介 313
12.3.1 基本概念 313
12.3.2 增强现实的应用 314
12.3.3 增强现实的特征 317
12.4 一个典型的AR系统：虚拟演播室 320
12.4.1 概述 320
12.4.2 数字视频技术 321
12.4.3 蓝室设计和光照 322
12.4.4 摄像机跟踪 322
12.4.5 绘制 323
12.4.6 合成 324
参考文献 325