第一章 虚拟现实技术概论 1
1.1 虚拟现实技术的概念和发展 1
1.2 虚拟现实系统的分类 6
1.2.1 按数据流向进行分类 7
1.2.2 按时间和空间进行分类 8
1.2.3 按传感器与人的感觉器官进行分类 9
1.2.4 按隔离和融合进行分类 10
1.3 虚拟现实系统的硬件组成 10
1.3.1 虚拟世界生成设备 11
1.3.2 感知设备 11
1.3.3 跟踪设备 12
1.3.4 基于自然方式的人机交互设备 13
1.4 虚拟现实系统的体系结构 13
1.4.1 非分布式虚拟现实体系结构 13
1.4.2 分布式虚拟现实体系结构 14
1.5 虚拟现实的研究内容 20
1.6 增强现实技术与随身增强现实技术 24
1.6.1 增强现实的定义 24
1.6.2 增强现实系统的实现分类及其优缺点分析 25
1.6.3 增强现实与虚拟现实比较 28
1.6.4 增强现实的关键技术 29
1.6.5 随身增强现实系统 30
参考文献 31
第二章 虚拟现实系统典型硬件装置 33
2.1 简介 33
2.2 立体显示原理 34
2.2.1 人眼的结构与立体视觉机制 34
2.2.2 立体显示原理 35
2.3 虚拟现实立体显示器 41
2.3.1 台式立体监示器显示系统 41
2.3.2 头盔式立体显示器 42
2.3.3 洞穴式立体显示装置(CAVE) 46
2.3.4 响应工作台立体显示装置 49
2.3.5 墙式立体显示装置 51
2.4 位置跟踪器 54
2.4.1 位置跟踪器的性能指标 55
2.4.2 位置跟踪技术分类及其典型技术 56
2.4.3 虚拟现实系统对位置跟踪器的性能要求 62
2.5 触觉与力觉反馈装置 64
2.5.1 触觉反馈装置 65
2.5.2 力觉反馈装置 68
2.6 虚拟现实的交互设备——传感手套 70
参考文献 74
第三章 真实感图形的实时绘制技术 76
3.1 图形学基础 76
3.1.1 虚拟场景表示 76
3.1.2 场景坐标系 79
3.1.3 取景变换 79
3.1.4 光栅化 85
3.2 消隐 85
3.2.1 景物空间消隐算法 86
3.2.2 图象空间消隐算法 88
3.3 光亮度计算 90
3.3.1 Phong光照明模型 90
3.3.2 增量光亮度计算 91
3.4 纹理映射技术 95
3.4.1 纹理映射原理 95
3.4.2 投影纹理映射技术 96
3.4.3 两步法纹理映射技术 97
3.5 实时消隐技术 99
3.5.1 层次Z缓存算法 99
3.5.2 可见性预计算技术 103
3.6 大规模复杂场景的实时漫游系统 104
3.6.1 场景数据的管理 104
3.6.2 场景加载管理 106
3.6.3 场景层次结构的管理 107
3.6.4 纹理数据的管理 108
3.6.5 实时漫游系统的实例 109
3.7 小结 111
参考文献 111
第四章 多细节层次模型生成和绘制 116
4.1 简介 116
4.2 基本概念 119
4.2.1 重要性度量 119
4.2.2 简化元操作 120
4.2.3 网格简化算法的类型 121
4.3 网格简化算法 123
4.3.1 概述 123
4.3.2 基本顶点聚类的模型简化算法 126
4.3.3 基于删除操作的模型简化算法 130
4.3.4 基于折叠操作的模型简化算法 134
4.3.5 动态模型简化算法 137
4.4 多分辨率模型生成算法 141
4.4.1 简介 141
4.4.2 MRM模型 142
4.4.3 MRM模型自动生成算法 145
4.4.4 多分辨率BSP树 147
4.5 实时连续LOD模型绘制 153
4.5.1 与视点无关的网格简化预处理 153
4.5.2 与视点相关的实时网格简化算法 155
参考文献 159
第五章 基于图象的建模和绘制 162
5.1 简介 162
5.1.1 基于几何的建模和绘制 163
5.1.2 基于图象的建模和绘制 164
5.1.3 绘制流水线的比较 165
5.1.4 IBMR的基本方法分类 166
5.2 图象变换 167
5.2.1 图象变换的前向映射和逆向映射技术 167
5.2.2 图象变形技术 170
5.3 相关的立体视觉理论 174
5.3.1 摄象机定标 175
5.3.2 对应点的寻找方法 184
5.4 基于图象的建模技术 187
5.4.1 全景图 187
5.4.2 光场(light field)和照明图(lumigraph) 190
5.4.3 同心圆拼图(concentric mosaics) 193
5.5 基于图象的绘制 196
5.5.1 视图变形技术 196
5.5.2 基于光场的绘制 200
5.5.3 基于同心拼图的绘制 202
5.6 实例系统 204
5.6.1 QuickTime VR Authoring Studio 204
5.6.2 LightPack光场著作和绘制软件包 207
5.7 我们的相关工作 210
5.7.1 小波空间中基于图象的建模 211
5.7.2 小波空间中的视图合成 211
参考文献 212
第六章 碰撞检测 216
6.1 概述 216
6.1.1 概念 216
6.1.2 约束条件 216
6.1.3 基本算法和典型问题 218
6.2 时间步长问题的解决方法 219
6.3 多物体对测试问题的解决方法 220
6.4 两物体的碰撞检测方法 225
6.4.1 包围盒层次法 225
6.4.2 距离跟踪法 238
6.5 特殊应用的碰撞检测 247
6.5.1 触觉交互 247
6.5.2 可变形物体 248
6.5.3 基于体表示物体 250
6.6 公开算法软件包简介 251
6.7 小结 252
参考文献 252
第七章 三维真实感声音生成 254
7.1 简介 254
7.2 空间听觉感知 254
7.2.1 方向的感知 254
7.2.2 声源距离的感知 257
7.3 室内声学仿真 258
7.3.1 室内声学仿真方法概述 258
7.3.2 虚声源算法 259
7.3.3 声线跟踪算法 262
7.3.4 声线跟踪与虚声源混合算法 263
7.3.5 声音脉冲响应插值算法 263
7.3.6 基于有限元法的室内声学仿真方法 266
7.4 真实感声音的生成 267
7.4.1 真实感声音生成的一般过程 268
7.4.2 距离因素的实现 269
7.4.3 方位因素的实现 270
7.4.4 运动声源的模拟 270
7.4.5 开发环境和实例 271
参考文献 272
第八章 面向实时漫游的虚拟现实造型语言VRML 274
8.1 简介 274
8.1.1 什么是VRML 274
8.1.2 VRML发展的历史 274
8.1.3 VRML的设计目标和准则 275
8.1.4 VRML应用框架 275
8.2 VRML世界的构造 276
8.2.1 文件头 276
8.2.2 场景图结构 276
8.2.3 事件结构 277
8.2.4 感知器 277
8.2.5 脚本和插值器 277
8.2.6 原型：封装和重用 278
8.2.7 分布式场景 278
8.2.8 VRML和WWW 278
8.2.9 显示和交互 278
8.3 VRML的组成元素 279
8.3.1 基本定义 279
8.3.2 域 281
8.3.3 节点及实例化 282
8.3.4 可扩展性 283
8.3.5 原型PROTO和重用USE 283
8.3.6 细节层次LOD 285
8.4 交互控制特征 286
8.4.1 事件和路由访问 286
8.4.2 动画事件路径 286
8.4.3 动画和时间 287
8.4.4 动作感知器 288
8.4.5 可见和接近感知器及碰撞检测 288
8.4.6 脚本 288
8.5 实例 288
8.5.1 实例1 288
8.5.2 实例2 290
8.5.3 实例3 291
8.6 小结 294
参考文献 294