上篇 虚拟现实技术概述 3
第1章 虚拟现实的基本概念 3
1.1 虚拟现实的概念 3
1.2 虚拟现实系统的特征 4
1.2.1 沉浸性（Immersion） 4
1.2.2 交互性（Interaction） 5
1.2.3 构想性（Imagination） 5
1.3 虚拟现实的发展 6
1.4 虚拟现实技术在石油工业中的应用 8
1.4.1 地震资料解释 9
1.4.2 井下作业三维仿真 9
1.4.3 员工技术培训 9
1.4.4 应用虚拟现实技术进行事故调查和研究 9
1.4.5 数字油田 10
第2章 虚拟现实系统的组成和分类 11
2.1 虚拟现实系统的组成 11
2.1.1 输入系统 12
2.1.2 输出系统 13
2.1.3 虚拟环境数据库 14
2.1.4 虚拟现实软件 14
2.2 虚拟现实系统的分类 15
2.2.1 桌面虚拟现实系统 15
2.2.2 沉浸式虚拟现实系统 15
2.2.3 分布式虚拟现实系统 16
2.3 典型的虚拟现实系统的介绍 16
2.3.1 VIDEOPLACE系统 16
2.3.2 VIEW系统 17
2.3.4 SuperVision系统 19
2.3.3 Dialogue系统 19
2.3.5 CAVE系统 21
第3章 虚拟现实硬件设备及其相关技术 26
3.1 概述 26
3.1.1 实时三维计算机图形技术 26
3.1.2 立体显示 26
3.1.3 用户（头、眼）的跟踪 27
3.1.4 手及手势、人体姿势的跟踪 27
3.1.5 立体声及语音输入输出 27
3.1.6 触（力）觉反馈 28
3.2 立体显示技术及设备 28
3.2.1 眼睛的立体视觉 28
3.2.2 双目视差——立体成像的基础 30
3.2.3 立体图像的产生与显示 30
3.2.4 视觉显示设备 31
3.2.5 显示方法及效果 34
3.3 听觉技术及设备 35
3.3.1 声音方向的确定 35
3.3.2 录制三维声音 37
3.3.3 虚拟声音的产生 37
3.4 触觉、力觉技术及设备 39
3.4.1 触摸的感觉 39
3.4.2 触觉与运动感觉的关联 39
3.4.3 虚拟触觉的重要性及复杂性 40
3.4.4 触觉和力反馈的装置 41
3.4.5 力反馈的效果 43
3.5 数据手套 43
3.6 鼠标的演变 46
3.7 数据衣 47
4.2 分布式虚拟环境系统dVS 49
4.1 桌面虚拟环境系统VRT 49
第4章 虚拟环境的开发环境与平台 49
4.3 世界工具包WTK 51
4.3.1 虚拟环境的合成 51
4.3.2 仿真管理程序 52
4.3.3 宇宙中的对象 52
4.4 实时三维视景数据库建模和优化工具MultiGen 55
4.5 实时三维视景管理软件OpenGVS 56
4.6 实时视景仿真驱动系统Vega 58
4.6.1 LynX图形环境 59
4.6.2 场景图管理 59
4.6.3 API应用程序接口 59
4.6.4 AudioWorks2声音仿真 59
4.7 视景开发系统VTree SDK 60
4.6.5 Vega Class Recorder记录和重放场景 60
4.7.1 VTree应用编程接口 61
4.7.2 三种层次的开发功能 61
4.8 3D虚拟现实工具EON 61
4.8.1 EON技术简介 61
4.8.2 EON Reality VR软件系统方案 62
4.9 多功能的三维开发工具Virtools 64
4.9.1 Virtools Physics Pack 64
4.9.2 Virtools VR Pack 64
4.9.3 Virtools AI Pack 64
4.9.4 Virtools Xbox Kit游戏开发模块 65
4.9.5 Virtools Server网络服务器模块 65
第5章 人机交互系统的设计 66
5.1 人机交互技术的发展历程 66
5.2 人机交互部分的组成及基本原理 67
5.2.1 硬件系统 68
5.2.2 软件系统 72
5.2.3 用户界面系统 74
5.3 系统集成 77
5.3.1 多信息流集成 77
5.3.2 多信息流同步 79
中篇 几种常用的虚拟环境开发平台 85
第6章 桌面虚拟环境系统平台VRT 85
6.1 VRT简介 85
6.1.1 VRT组件 85
6.1.2 VRT编辑器 86
6.1.3 VRT浏览器 87
6.2 VRT开发步骤 87
6.2.1 准备阶段 87
6.2.2 实现阶段 88
6.3.1 Shape Editor 89
6.2.3 出版发布阶段 89
6.3 构造模型 89
6.3.2 World Editor 96
6.3.3 纹理映射 103
6.3.4 Distance的概念 103
6.4 视点 105
6.4.1 视点控制的任务 105
6.4.2 “虚拟人”的设计 105
6.4.3 视点控制方式的设计 106
6.5 SDK概述 107
6.5.1 SDK应用程序类型 107
6.5.2 VRT、API和应用程序模块之间的关系 108
6.5.3 API接口 108
7.1 MultiGen概述 110
7.1.1 MultiGen Creator简介 110
第7章 基于多边形的建模工具——MultiGen 110
7.1.2 MultiGen Creator应用范围 111
7.1.3 MultiGen Creator系统需求 111
7.2 MultiGen Creator的构成 111
7.2.1 数字地形海拔数据模块（DTED） 111
7.2.2 数字特征分析数据（DFAD）转换模块 112
7.2.3 纹理模块（Texture） 112
7.3 MultiGen Creator的基本环境 113
7.3.1 MultiGen的参考书 113
7.3.2 MultiGen Creator的主界面 113
7.3.3 在3D世界中漫游 115
7.3.4 MultiGen Creator的基本建模模块功能概述 115
7.4 层次结构视图 118
7.4.1 Open Flight结构 118
7.4.3 数据模型的层次目录结构 120
7.4.2 层次结构视图 120
7.5 构建模型 121
7.5.1 实时模型构建时一些好的经验 121
7.5.2 构建一个房子 122
第8章 通用漫游引擎构造工具——OpenGVS 147
8.1 OpenGVS简介 147
8.2 系统的软件结构 149
8.2.1 OpenGVS软件层次 149
8.2.2 OpenGVS的软件模块 150
8.3 系统的软件规则 152
8.4 一个简单的OpenGVS程序实例 154
8.4.1 导入数据库模型 154
8.4.2 Step#0，即User0.c 155
8.4.3 进一步分析 158
8.4.4 Step#1，即User1.c 159
8.4.5 Step#2，即User2.c 162
8.4.6 例子总结 166
8.5 相机 166
第9章 多功能的三维开发工具——Virtools 170
9.1 Virtools系列简介 170
9.2 Virtools Dev简介 171
9.2.1 什么是Virtools Dev 171
9.2.2 Virtools Dev 3.0简介 171
9.2.3 组成Virtools Dev的基本结构 175
9.2.4 Virtools执行流程 176
9.2.5 从3ds max中输出模型与动作并导入Virtools 176
9.2.6 Virtools Dev运行主界面简介 181
9.2.7 Virtools Dev菜单命令介绍 181
9.3.1 实例一：行为交互模块LookAt BB的应用 183
9.3 Virtools实例 183
9.3.2 实例二：行为交互模块Curve Follow的应用 186
下篇 虚拟现实技术的应用 193
第10章 采油厂安全操作仿真演练系统的设计与实现 193
10.1 系统简介 193
10.2 三维场景模型的构建 195
10.2.1 三维模型构建原理 195
10.2.2 建模工具的选择 197
10.2.3 模型构建实例 197
10.3 实时视景生成显示技术 199
10.3.1 可见性判定和消隐技术 200
10.3.2 层次细节模型 200
10.3.3 纹理映射技术 201
10.3.4 单元分割技术 203
10.4 三维场景实时控制程序设计与实现 203
11.1 系统简介 207
第11章 常用电力设备的三维可视化培训系统设计 207
11.2 建模 208
11.2.1 三维可视化对象的结构及工作原理分析 208
11.2.2 多维信息空间数字化 209
11.2.3 多维信息空间数字化建模过程分析 210
11.3 虚拟环境逼真化的显示过程 214
11.3.1 电力培训系统模型的材质分析 215
11.3.2 灯光及摄像机 218
11.3.3 漫游动画的渲染 219
11.4 电力培训系统的后期处理与集成 219
11.4.1 漫游动画的后期处理 220
11.4.2 图片的后期处理 220
11.4.3 后期合成技术及后期编辑 221
12.2 建模 222
12.1 概述 222
第12章 一个虚拟变电所培训系统的设计实例 222
12.3 细节等级（LOD,Level of Detail）管理技术 226
12.3.1 引入的原因 226
12.3.2 LOD管理技术的含义 226
12.3.3 LOD的切换选择标准 227
12.3.4 树的LOD表示 228
12.4 虚拟实体操纵技术 229
12.4.1 基于鼠标的人机交互 230
12.4.2 基于数据手套的人机交互 236
12.5 系统的集成与发布 246
第13章 虚拟现实技术在建筑漫游中的应用 248
13.1 虚拟建筑漫游简介 248
13.2.2 确定场景数据库的树状层次结构 249
13.2.3 场景数据库的构建过程 249
13.2 场景数据库的构建 249
13.2.1 选择合适的建模工具 249
13.3 大庆石油学院新校区模型的构建 250
13.3.1 大庆石油学院新校区模型的树状层次结构 250
13.3.2 地形模型的构建 251
13.3.3 其他模型的构建 251
13.3.4 模型集成 255
13.3.5 建模中常见的问题 256
13.4 通用漫游引擎的实现 257
13.4.1 通用漫游引擎框架结构 257
13.4.2 场景数据库加载 258
13.4.3 输入映射与解释 258
13.4.4 视点控制 259
13.4.5 碰撞检测 260
13.4.6 地形匹配技术 262
14.2.1 建模工具的选择 264
14.2 建模 264
第14章 井下作业三维仿真系统的设计与实现 264
14.1 简介 264
14.2.2 建模过程及实例 265
14.3 交互性图形用户界面的设计 267
14.4 井下作业仿真系统的三维引擎设计 267
14.5 系统关键技术 269
14.5.1 三维场景的显示 269
14.5.2 多边形网格模型 269
14.5.3 碰撞检测 269
14.5.4 粒子系统 270
14.6 系统实现中用到的其他相关技术 271
14.6.1 OpenFlight文件格式——三维实时模拟的标准数据库格式 271
14.6.2 三维视景管理技术 272
参考文献 276