第1章 绪论 1
1.1 虚拟现实（VR）概念 1
1.1.1 VR定义 1
1.1.2 VR历史起源 1
1.1.3 VR技术优点 2
1.2 VR系统特征与基本组成 3
1.2.1 VR系统特征 3
1.2.2 VR系统基本组成 5
1.3 VR系统分类 8
1.3.1 桌面式VR系统 8
1.3.2 头盔显示或沉浸式VR系统 9
1.3.3 增强叠加显示VR系统 10
1.3.4 分布式VR系统 10
1.4 VR技术应用领域 12
思考题 13
参考文献 14
第2章 人的能力及特征 15
2.1 信息接受 16
2.1.1 感觉和知觉的特征 16
2.1.2 视觉机能及其特征 23
2.1.3 听觉 35
2.1.4 其他感觉机能与特征 41
2.2 人的信息处理系统 45
2.2.1 信息存储 45
2.2.2 分析、综合 46
2.2.3 决策 47
2.2.4 信息处理能力 47
2.3 执行器 48
2.3.1 肌肉和骨骼 48
2.3.2 人的运动输出 54
思考题 61
参考文献 62
第3章 视景生成理论 63
3.1 概述 63
3.1.1 视景生成系统组成 63
3.1.2 视景生成工作过程 63
3.2 视景的内部表示 65
3.2.1 图形学表示 65
3.2.2 图像表示 66
3.2.3 视景的高层内部表示 67
3.3 生成真实感三维图形的基本理论 68
3.3.1 曲线曲面的数学基础 69
3.3.2 光线跟踪技术 78
3.3.3 辐射度方法 81
思考题 81
参考文献 82
第4章 虚拟现实系统的常用算法 83
4.1 概述 83
4.2 真实感图形的绘制 83
4.2.1 消隐算法 84
4.2.2 光照模型 87
4.2.3 纹理映射 92
4.3 层次细节简化技术 101
4.3.1 LOD技术 101
4.3.2 网格简化算法 103
4.3.3 基于顶点聚类的模型简化算法 104
4.3.4 基于删除操作的模型简化算法 106
4.3.5 基于渐进网格的模型简化算法 107
4.4 碰撞检测 108
4.4.1 概述 108
4.4.2 包围盒法 111
思考题 115
参考文献 116
第5章 虚拟现实人—机交互设备 118
5.1 立体显示原理 118
5.1.1 人眼的结构与立体视觉机制 118
5.1.2 立体显示原理 120
5.2 立体显示设备 129
5.2.1 HMD 130
5.2.2 BOOM 134
5.2.3 立体眼镜 135
5.2.4 立体投影显示 137
5.2.5 3D显示器 139
5.2.6 墙式立体显示器 139
5.3 虚拟环境中的位置跟踪设备 141
5.3.1 位置跟踪的方式 142
5.3.2 位置跟踪器的性能指标 143
5.3.3 位置跟踪技术的类型 146
5.3.4 虚拟现实系统中不良跟踪的后果 152
5.4 触觉与力觉反馈装置 153
5.4.1 触觉与力觉反馈的原理 153
5.4.2 触觉与力觉反馈装置的种类 155
5.5 VR的3D声音系统 159
5.6 VR硬件的系统集成 161
思考题 164
参考文献 164
第6章 手势的合成与识别 166
6.1 概述 166
6.2 人手结构特点及运动特性 168
6.2.1 关节的运动分析 170
6.2.2 关节的约束 170
6.3 手势合成 172
6.4 手势识别 173
6.4.1 手势识别原理 173
6.4.2 手势建模与手势输入 175
6.4.3 手势识别方法 178
思考题 185
参考文献 185
第7章 开发环境和开发平台 187
7.1 图形API：OpenGL和Direct3 D 187
7.1.1 OpenGL 187
7.1.2 Direct3D 188
7.2 三维视景生成软件 189
7.2.1 IRIS Performer 189
7.2.2 Vega 193
7.2.3 Vega Prime 196
7.2.4 VTree 197
7.2.5 Virtools 199
7.3 硬件计算平台 201
7.3.1 Silicon Graphics-Onyx4 201
7.3.2 SGIOnyx300 202
7.3.3 simFUSION 6000 203
7.4 小结 204
思考题 205
参考文献 205
第8章 飞行器的虚拟制造 206
8.1 概述 206
8.1.1 虚拟制造的概念 206
8.1.2 虚拟制造的分类 207
8.1.3 虚拟制造的主要特点 209
8.2 虚拟制造的关键技术 210
8.2.1 建模技术 210
8.2.2 仿真技术 211
8.2.3 虚拟现实技术 211
8.3 虚拟制造的应用领域 212
8.4 虚拟制造技术在航空领域应用的成功案例 215
8.4.1 三维数字化飞机设计制造技术 215
8.4.2 波音飞机的虚拟制造 217
8.4.3 我国首架数字化电子样机 217
思考题 218
参考文献 219
第9章 虚拟现实技术在航天工程中的典型应用 221
9.1 哈勃太空望远镜维护的虚拟训练 221
9.1.1 哈勃太空望远镜的概况 221
9.1.2 虚拟训练技术 223
9.1.3 训练及评价方法 225
9.2 虚拟风洞技术 226
9.2.1 风洞与虚拟风洞的概念 226
9.2.2 虚拟风洞的系统基本组成 228
9.2.3 虚拟风洞软件工具 235
9.2.4 虚拟风洞技术的发展方向 236
9.3 虚拟现实技术在航天工效学研究中的应用 238
9.3.1 空间实验室舱内视觉环境研究 238
9.3.2 虚拟环境中人的操作判断及反应特性研究 241
9.3.3 航天器交会对接人工控制设计与人—机结合特性研究 242
9.3.4 虚拟环境下的认知工效学研究 245
思考题 256
参考文献 257