第1章 虚拟现实概述 1
1.1 虚拟现实的产生与发展 1
1.1.1 虚拟现实的概念 1
1.1.2 虚拟现实的发展 3
1.1.3 虚拟现实系统的构成 5
1.2 虚拟现实的应用 6
1.2.1 军事 6
1.2.2 教育与体育 10
1.2.3 游戏 11
1.2.4 建筑 16
第2章 建模技术 19
2.1 建模技术概述 19
2.2 几何建模 20
2.2.1 几何模型的特点 21
2.2.2 线框建模 21
2.2.3 表面建模 24
2.2.4 实体建模 30
2.3 运动建模 48
2.3.1 运动学运动生成技术 50
2.3.2 动力学运动生成技术 53
2.3.3 人体的运动结构分析 54
2.3.4 基于坐标值的关键帧方法 57
2.4 软体建模 61
2.4.1 碰撞检测 61
2.4.2 粒子建模方法 65
2.4.3 基于物理属性的虚拟手术建模 68
2.5 数据的存档与获取 76
2.5.1 地物建模的数据源 77
2.5.2 虚拟城市建模的数据获取 81
2.5.3 医学影像的获取与存储 83
2.5.4 运动数据获取技术 84
第3章 实时绘制技术 85
3.1 消隐技术 85
3.1.1 物体空间法 85
3.1.2 图像空间法 88
3.1.3 物体空间、图像空间隐藏面消除综合法 90
3.2 LOD技术 90
3.2.1 虚拟场景中LOD技术 90
3.2.2 虚拟场景生成中LOD模型关键技术 94
3.2.3 虚拟场景生成中LOD模型的生成算法 94
3.2.4 基于三角形折叠的LOD算法 98
3.2.5 动态LOD算法 101
3.3 景深技术 103
3.3.1 景深及影响景深的因素 104
3.3.2 基于可编程GPU的景深算法 106
3.3.3 大景深系统 108
3.3.4 景深的艺术效果分析 111
3.4 纹理映射 114
3.4.1 二维纹理映射 114
3.4.2 三维纹理映射 115
3.4.3 基于OpenGL纹理映射 116
3.4.4 基于VTK的三维纹理映射 118
3.5 光照模型 119
3.5.1 光源特性和物体表面特性 119
3.5.2 光照模型及其实现 121
3.5.3 明暗的光滑处理 122
3.5.4 光照模型中的灯光控制及阴影处理 123
3.5.5 基于图像的光照模型 126
3.6 特效技术 128
3.6.1 过程纹理算法 128
3.6.2 基于分形理论的算法 129
3.6.3 基于动态随机过程的算法 130
3.6.4 基于物理原理的方法 131
3.6.5 几种具体特效物体的算法发展现状 132
第4章 引擎构造及关键技术 134
4.1 虚拟现实引擎框架 134
4.1.1 虚拟现实引擎概念 134
4.1.2 虚拟现实引擎的发展历程 136
4.1.3 虚拟现实引擎架构 138
4.1.4 虚拟现实引擎的功能及工作流程 140
4.1.5 漫游引擎的结构 142
4.2 场景调度技术 145
4.2.1 场景管理的设计思想 145
4.2.2 基于场景图的管理 146
4.2.3 基于绘制状态的场景管理 149
4.2.4 基于场景包围体的场景组织 151
4.2.5 绘制过程的场景管理 152
4.2.6 室内场景的优化调度技术 158
4.3 路径规划 161
4.3.1 虚拟场景中的路径规划 161
4.3.2 基于体素化的自动入口生成 168
4.3.3 虚拟场景中的路径规划 179
4.4 立体显示技术 184
4.4.1 立体视觉原理及视觉模型 184
4.4.2 立体显示硬件技术 187
4.4.3 立体显示软件算法 189
4.4.4 平行投影法 189
4.4.5 基于PC的两个立体显示系统 190
4.5 动画与声音调度 193
4.5.1 渲染器 193
4.5.2 模型与动画、细节级别 194
4.5.3 物理引擎、运动和效果 197
4.5.4 声音系统与音频API 200
第5章 碰撞检测技术 203
5.1 面向凸体的碰撞检测 204
5.2 基于一般表示的碰撞检测 207
5.2.1 面向CSG表示模型的碰撞检测算法 207
5.2.2 面向参数曲面的碰撞检测算法 207
5.2.3 面向体表示模型的碰撞检测算法 208
5.3 基于层次包围体树的碰撞检测 209
5.3.1 基于AABB层次包围盒树的碰撞检测算法 209
5.3.2 基于层次包围球树的碰撞检测算法 210
5.3.3 基于OBB层次包围盒树的碰撞检测算法 210
5.3.4 基于k-DOP层次包围体树的碰撞检测算法 211
5.3.5 基于扫成球层次包围体树的碰撞检测算法 212
5.4 基于图像空间的碰撞检测 212
5.5 游戏中常用的碰撞检测技术 219
第6章 几个典型的虚拟现实系统 222
6.1 虚拟现实的研究方向及发展前景 222
6.2 仿真驾驶系统 223
6.2.1 原理 225
6.2.2 系统构成 227
6.2.3 汽车驾驶仿真器的实现 230
6.3 军事作战系统 234
6.3.1 虚拟战场环境在军事仿真中的应用 234
6.3.2 虚拟战场环境系统的基本构成 235
6.3.3 作战仿真的发展趋势 236
6.4 医学 237
6.4.1 虚拟手术概述 237
6.4.2 虚拟手术系统组成及其关键技术 239
6.4.3 系统的交互手段及软硬件平台 242
6.5 虚拟城市系统 242
6.5.1 系统概述 243
6.5.2 发展现状 244
6.5.3 “虚拟城市”建设的意义 246
6.5.4 系统的软件 246
6.5.5 应用实例 247
6.5.6 发展趋势 248
参考文献 249