高等教育规划教材 虚拟现实技术基础与应用

第1章 虚拟现实技术概述 1

1.1 虚拟现实概念 1

1.1.1 基本概念 1

1.1.2 虚拟现实技术的特性 4

1.1.3 虚拟现实系统的组成 5

1.2 虚拟现实技术的发展 6

1.2.1 虚拟现实技术发展历程 6

1.2.2 国内外的虚拟现实技术研究 8

1.2.3 虚拟现实技术发展趋势 11

1.3 虚拟现实技术的分类 12

1.3.1 沉浸式虚拟现实系统 12

1.3.2 增强式虚拟现实系统 12

1.3.3 桌面式虚拟现实系统 13

1.3.4 分布式虚拟现实系统 13

1.4 虚拟现实产业发展现状与前景 13

1.4.1 国内虚拟现实产业发展情况 13

1.4.2 国外虚拟现实产业发展情况 14

1.4.3 虚拟现实产业链 15

1.4.4 虚拟现实产业发展前景 15

1.5 增强现实与混合现实技术 16

1.5.1 增强现实与混合现实的概念 16

1.5.2 虚拟现实与增强现实、混合现实的区别 17

1.6 虚拟现实技术典型应用——虚拟博物馆 18

1.6.1 虚拟博物馆及其发展现状 18

1.6.2 虚拟博物馆的特点 20

1.6.3 虚拟博物馆的应用技术 21

1.6.4 虚拟博物馆的发展趋势 22

小结 23

习题 24

第2章 虚拟现实的关键技术 25

2.1 立体高清显示技术 25

2.1.1 立体视觉形成原理 25

2.1.2 立体高清显示技术分类 27

2.2 三维建模技术 30

2.2.1 几何建模 31

2.2.2 物理建模 34

2.2.3 运动建模 35

2.3 三维虚拟声音技术 36

2.3.1 三维虚拟声音的特征 36

2.3.2 头部相关传递函数 36

2.3.3 语音识别与合成技术 37

2.4 人机交互技术 38

2.4.1 手势识别技术 38

2.4.2 面部表情识别技术 39

2.4.3 眼动跟踪技术 41

2.4.4 其他感觉器官的反馈技术 42

2.5 虚拟现实引擎 43

2.5.1 虚拟现实引擎概述 43

2.5.2 虚拟现实引擎架构 44

小结 45

习题 45

第3章 虚拟现实系统的硬件设备 46

3.1 虚拟现实系统的生成设备 46

3.1.1 高性能个人计算机 46

3.1.2 高性能图形工作站 47

3.1.3 巨型机 48

3.1.4 分布式网络计算机 49

3.2 虚拟现实系统的输入设备 50

3.2.1 跟踪定位设备 50

3.2.2 人机交互设备 55

3.2.3 快速建模设备 56

3.3 虚拟现实系统的输出设备 58

3.3.1 视觉感知设备 58

3.3.2 听觉感知设备 68

3.3.3 触觉感知设备 71

3.3.4 肌肉／神经交互设备 74

3.3.5 语言交互设备 75

3.3.6 意念控制设备 75

3.3.7 三维打印机 76

小结 77

习题 77

第4章 虚拟现实开发软件和语言 79

4.1 三维设计软件 79

4.1.1 3ds Max 79

4.1.2 Lumion 82

4.2 虚拟现实开发平台 84

4.2.1 Unity 85

4.2.2 VRP 87

4.2.3 Virtools 90

4.2.4 Unreal Engine 92

4.3 虚拟现实开发语言 95

4.3.1 OpenGL 96

4.3.2 VRML 97

4.3.3 C＃ 98

4.3.4 C＋＋ 100

小结 101

习题 102

第5章 三维全景技术 103

5.1 三维全景概述 103

5.1.1 三维全景的概念 103

5.1.2 三维全景应用领域 105

5.2 全景照片的拍摄硬件 106

5.2.1 全景制作常见硬件 106

5.2.2 VR全景视频设备 107

5.3 全景图的制作 111

5.3.1 制作流程 111

5.3.2 全景拼图软件PTGui Pro的基本操作 114

5.3.3 手机端360°全景图制作步骤 118

5.3.4 全景航拍及应用简介 121

5.3.5 VR全景图的制作 123

小结 126

习题 126

第6章 Unity开发基础 128

6.1 一个Unity简单案例 128

6.2 Unity窗口界面 136

6.2.1 创建Unity项目 136

6.2.2 Scene与场景漫游 136

6.2.3 Hierarchy面板与场景搭建 138

6.2.4 Project与资源管理 140

6.2.5 Inspector与组件管理 140

6.3 物理引擎和碰撞检测 142

6.3.1 碰撞器 142

6.3.2 物理引擎和刚体 143

6.3.3 碰撞检测 144

6.4 Unity资源 147

6.4.1 Terrain地形系统 147

6.4.2 3D模型对象 152

6.4.3 材质贴图 153

6.4.4 灯光 155

6.4.5 摄像机 157

6.4.6 音频 159

6.5 Unity图形用户界面 162

6.5.1 GUI图形用户界面 162

6.5.2 UGUI图形用户界面 162

6.5.3 常用输入类 165

6.6 Mecanim动画系统 165

6.6.1 Unity动画系统概述 165

6.6.2 动画剪辑 166

6.6.3 动画状态机 167

6.7 简单应用举例 171

6.7.1 创建地形 171

6.7.2 场景搭建 171

6.7.3 获取能量和炮弹 172

6.7.4 攻击敌方坦克 174

6.7.5 声音特效 175

6.7.6 发布测试 177

小结 179

习题 179

第7章 综合开发案例 183

7.1 项目开发流程与组织 183

7.1.1 项目开发流程 183

7.1.2 项目开发的组织 184

7.2 虚拟现实应用案例——虚拟装修 184

7.2.1 应用的背景及功能概述 184

7.2.2 应用的策划及准备工作 185

7.2.3 应用的架构 191

7.2.4 应用的界面设计 191

7.2.5 应用的美术资源设计 193

7.2.6 应用的逻辑开发 194

7.2.7 应用界面的完善 204

7.2.8 应用的优化与改进 204

7.2.9 打包与发布 204

7.3 增强现实应用案例——涂涂乐 205

7.3.1 应用的背景及功能概述 205

7.3.2 应用的策划及准备工作 206

7.3.3 应用的架构 206

7.3.4 应用的界面设计 207

7.3.5 应用的美术资源设计 209

7.3.6 应用的逻辑开发 210

7.3.7 应用的优化与改进 211

7.3.8 打包与发布 212

7.4 混合现实应用案例——虚拟试衣间 212

7.4.1 应用的背景及功能概述 212

7.4.2 应用的策划及准备工作 213

7.4.3 应用的架构 215

7.4.4 应用的界面设计 215

7.4.5 应用的美术资源设计 219

7.4.6 应用的逻辑开发 220

7.4.7 应用界面的完善 229

7.4.8 应用的优化与改进 229

7.4.9 打包与发布 229

小结 230

参考文献 231