第一部分 增强现实和虚拟现实概述 2
第1章 计算机产生的世界 2
1.1 什么是增强现实 2
1.1.1 平视显示器 3
1.1.2 头戴式瞄准具和显示器 5
1.1.3 智能眼镜和增强型显示器 5
1.2 什么是虚拟现实 7
1.3 结论 9
第2章 了解虚拟空间 10
2.1 视觉空间的定义和内容 10
2.1.1 视觉和物体空间 11
2.1.2 内容 11
2.2 三维空间中的位置与方向定义 12
2.2.1 位置的定义 13
2.2.2 方向与旋转的定义 14
2.3 导航 15
2.4 结论 16
第二部分 理解人的感官与其输入／输出设备的关系 18
第3章 视觉的机制 18
3.1 视觉通路 18
3.1.1 进入眼睛 19
3.1.2 映像的形成与探测 22
3.2 空间视觉和深度感知线索 25
3.2.1 非来自于视网膜的信息线索 25
3.2.2 双眼视觉信息线索 27
3.2.3 单眼视觉信息线索 29
3.3 结论 36
第4章 头戴式显示装置的组成技术 37
4.1 显示装置的基础知识 37
4.1.1 视觉方式 37
4.1.2 显示装置的类型 39
4.1.3 成像和显示技术 39
4.2 相关术语和概念 44
4.2.1 关于光 45
4.2.2 显示装置的性能和特性 45
4.3 视觉结构 47
4.4 结论 52
第5章 增强性显示装置 53
5.1 双眼双通道式增强现实显示装置 53
5.1.1 Epson Moverio BT-300 53
5.1.2 Lumus的DK-50开发套件 55
5.1.3 AtheerAiR眼镜 56
5.1.4 DAQRI智能头盔 58
5.1.5 Osterhout设计集团的R-7智能眼镜 59
5.1.6 NVIS公司的nVisor ST50 61
5.1.7 微软公司的HoloLens 62
5.1.8 索尼的SmartEyeglass SED-El 63
5.2 单眼式增强现实显示装置 65
5.2.1 Vuzix的M100智能眼镜 65
5.2.2 Vuzix的M300智能眼镜 66
5.2.3 Google Glass 67
5.3 结论 69
第6章 完全沉浸式显示装置 71
6.1 个人电脑-控制台驱动的显示装置 71
6.1.1 Oculus Rift CV1 71
6.1.2 HTC Vive 73
6.1.3 Sony PlayStation VR 75
6.1.4 开放源码虚拟现实开发工具包 76
6.2 基于智能手机的显示装置 78
6.2.1 Google Cardboard 78
6.2.2 三星GearVR 79
6.3 计算机辅助虚拟环境和墙壁式虚拟环境 80
6.4 半球形和球形 83
6.5 结论 84
第7章 听觉的机制 85
7.1 定义声音 85
7.1.1 回声和混响 86
7.1.2 听觉的动态范围 87
7.2 听觉通道 87
7.2.1 外耳 88
7.2.2 中耳 89
7.2.3 内耳 89
7.2.4 从单耳听觉到双耳听觉 92
7.3 声音线索和三维定位 92
7.4 前庭系统 96
7.5 结论 97
第8章 听觉显示装置 98
8.1 传统的音频设备 98
8.1.1 单耳音频 98
8.1.2 立体音频 99
8.1.3 环绕声 101
8.1.4 双耳音频录制 103
8.2 结论 111
第9章 触觉的机制 112
9.1 触觉的科学 112
9.2 皮肤的解剖结构和组成 113
9.2.1 皮肤的层状结构 113
9.2.2 触觉 114
9.2.3 运动感觉 121
9.3 结论 123
第10章 触觉和力反馈装置 124
10.1 触错觉 124
10.2 触觉反馈装置 125
10.2.1 Gloveone 126
10.2.2 TeslaSuit 128
10.2.3 幻触音频和触觉声转导 130
10.2.4 SubPac 130
10.2.5 Woojer 130
10.2.6 Clark Synthesis公司的Full Contact Audio触觉音频转导器 132
10.3 力反馈装置 132
10.3.1 CyberGlove Systems公司的CyberGrasp 133
10.3.2 Geomagic Touch X幻触装置 134
10.4 结论 135
第11章 跟踪位置、方向和运动的感应器 136
11.1 感应器技术简介 136
11.2 光学跟踪器 137
11.2.1 多摄像头光学跟踪器 137
11.2.2 光学感应器 138
11.2.3 微软的Kinect 140
11.3 信标跟踪器 141
11.4 电磁跟踪器 142
11.5 惯性感应器 143
11.5.1 惯性感应器的功能原理 144
11.5.2 集成案例 144
11.6 声学感应器 145
11.7 结论 147
第12章 导航和交互的实现装置 148
12.1 二维和三维交互及导航的对比 148
12.2 手动界面的重要性 149
12.3 手和手势跟踪 150
12.3.1 手套 150
12.3.2 双棒／成对控制器 152
12.4 全身跟踪 154
12.5 游戏和娱乐界面 155
12.6 通过意识导航 156
12.7 结论 157
第三部分 增强和虚拟现实的应用 160
第13章 游戏与娱乐 160
13.1 虚拟现实与艺术 160
13.2 游戏 161
13.2.1 单人第一人称游戏 161
13.2.2 多人第一人称游戏 162
13.2.3 大型多人第一人称游戏 162
13.2.4 基于位置的娱乐 163
13.3 沉浸式视频／电影虚拟现实 164
13.4 结论 166
第14章 建筑与施工 167
14.1 人造空间 167
14.2 建筑设计：Mangan Group Architects 168
14.3 施工管理 169
14.3.1 Mortenson Construction 170
14.3.2 Nabholz Construction 172
14.4 房地产销售应用 173
14.5 建筑声学 174
14.6 结论 174
第15章 科学与工程 175
15.1 模拟与创新 175
15.2 船舶制造与海洋工程 175
15.2.1 英国皇家海军26型全球战斗舰 176
15.2.2 英国皇家海军机敏级核潜艇 176
15.3 汽车工程 177
15.4 航空航天工程 179
15.5 核工程与制造业 181
15.6 结论 183
第16章 健康与医疗 184
16.1 推动医疗领域发展 184
16.2 培训方面的应用 184
16.2.1 HelpMeSee白内障手术模拟器 185
16.2.2 Simodont牙医培训系统 186
16.3 治疗方面的应用 187
16.3.1 创伤后应激障碍 187
16.3.2 Bravemind 188
16.3.3 恐惧症 189
16.3.4 血管成像 190
16.3.5 医学信息学 191
16.4 结论 194
第17章 航空航天与国防 195
17.1 飞行模拟与训练 195
17.2 任务规划与预演 197
17.2.1 步兵训练系统 198
17.2.2 PARASIM虚拟现实降落伞飞行模拟器 198
17.3 步兵情景意识 200
17.4 高级座舱电子设备 202
17.4.1 军用领域 202
17.4.2 商用航空领域 204
17.4.3 民用领域 205
17.5 太空任务 206
17.6 结论 208
第18章 教育 209
18.1 实践型技能培养 209
18.1.1 VRTEX 360焊接模拟器 209
18.1.2 SimSpray喷漆培训系统 211
18.2 理论、知识习得与概念形成 212
18.2.1 建筑专业教育 212
18.2.2 谷歌Expeditions先锋项目 214
18.3 结论 215
第19章 信息控制与大数据可视化 217
19.1 什么是大数据 217
19.2 大数据分析与人类视野 218
19.2.1 纵向研究数据的可视化 218
19.2.2 跨领域开采的数据可视化 220
19.3 结论 222
第20章 遥控机器人与远程临场技术 223
20.1 遥控机器人与远程临场的定义 223
20.2 太空应用与机器人宇航员Robonaut 223
20.3 海底应用 225
20.4 地面与空中应用 226
20.4.1 DORA灵巧型移动观测自动化系统 227
20.4.2 Transporter3D自助式远程临场系统 227
20.5 结论 228
第四部分 人体、法律和社会因素 230
第21章 人体因素考量 230
21.1 什么是人体因素 230
21.2 身体副作用 231
21.2.1 虚拟世界与现实世界的对比 231
21.2.2 视觉诱发的晕动症 231
21.3 视觉副作用 235
21.3.1 辐辏-调节冲突 235
21.3.2 潜在影响 237
21.4 结论 237
第22章 法律与社会问题 238
22.1 法律问题 238
22.1.1 潜在产品责任 238
22.1.2 潜在的法庭应用与意义 241
22.1.3 虚拟世界法 242
22.2 道德和伦理问题 243
22.2.1 暴力型第一人称游戏 243
22.2.2 自由言论问题 244
22.3 结论 245
第23章 未来 246
23.1 以广角看未来 246
23.2 短期蓝图 247
23.3 长期展望 247
23.3.1 向增强现实显示器过渡 248
23.3.2 触觉与力反馈设备 249
23.3.3 3D音效 249
23.3.4 软件 249
23.4 结论 250
附录A 参考文献 251
附录B 资源清单 278