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第1章 虚拟现实技术概述1

1.1 虚拟现实1

1.1.1 虚拟现实的人机交互原理1

1.1.2 虚拟现实分类2

1.1.3 虚拟现实特征3

1.2 虚拟现实系统的组成与类型3

1.2.1 虚拟现实系统的组成3

1.2.2 虚拟现实系统的类型4

1.3 虚拟现实技术的发展历程8

1.3.1 探索阶段8

1.3.2 走向实用阶段10

1.3.3 理论的完善和应用阶段11

1.3.4 进入产业化发展阶段11

1.4 虚拟现实技术的应用12

1.5 虚拟现实技术的研究方向和现状16

1.5.1 虚拟现实技术的研究方向16

1.5.2 国外研究现状16

1.5.3 国内研究现状18

1.6 虚拟现实技术的局限性与技术瓶颈问题19

思考题20

第2章 虚拟现实系统的硬件设备21

2.1 典型虚拟现实系统的硬件配置21

2.2 虚拟现实系统的立体显示设备24

2.2.1 人眼立体视觉形成原理24

2.2.2 视觉的感知设备25

2.3 听觉感知设备36

2.3.1 人类听觉模型36

2.3.2 听觉感知设备特性与分类37

2.4 触觉和力反馈设备39

2.4.1 触觉感知39

2.4.2 几种触觉反馈设备40

2.5 位置跟踪设备47

2.5.1 位置跟踪设备概述47

2.5.2 几种位置跟踪设备49

2.5.3 跟踪设备的性能比较60

2.5.4 常见的3D位置跟踪设备60

2.6 动作捕捉系统64

2.6.1 动作捕捉系统的分类64

2.6.2 不同动作捕捉系统间的特性比较68

2.6.3 动作捕捉系统实际应用的技术参数69

2.7 面部表情捕获系统71

2.8 嗅觉和味觉感知设备72

2.8.1 嗅觉感知设备72

2.8.2 味觉感知设备72

2.9 其他交互设备73

2.9.1 脑机交互装置73

2.9.2 体感交互设备74

2.10 虚拟现实的计算设备75

2.10.1 高性能个人计算机与图像加速卡75

2.10.2 高性能图形工作站76

2.10.3 高度并行的计算机（超级计算机）77

2.10.4 分布式网络计算机78

2.11 虚拟现实系统的系统集成设备78

2.11.1 主被动立体信号转换器79

2.11.2 无线彩色触摸屏智能中央控制系统79

思考题80

第3章 虚拟现实系统的关键技术81

3.1 视觉信息的3D显示技术81

3.1.1 彩色眼镜法（分色法）82

3.1.2 偏振光眼镜法（分光法）83

3.1.3 串行式立体显示法（分时法，快门式）83

3.1.4 分波式立体显示法84

3.1.5 不闪式3D显示技术85

3.1.6 裸眼立体显示实现技术85

3.1.7 全息摄影技术87

3.2 虚拟现实系统中的虚拟环境建模技术87

3.2.1 几何建模技术88

3.2.2 物理建模技术90

3.2.3 行为建模技术90

3.2.4 听觉的建模技术91

3.2.5 气味的数字化技术92

3.2.6 味觉的体验技术93

3.3 真实感实时绘制技术93

3.3.1 真实感绘制技术93

3.3.2 基于几何图形的实时绘制技术94

3.3.3 基于图像的实时绘制技术97

3.4 3D虚拟声音的实现技术98

3.4.1 3D虚拟声音的概念与作用98

3.4.2 3D虚拟声音的特征99

3.4.3 语音识别技术99

3.4.4 语音合成技术100

3.5 人机自然交互与传感技术100

3.5.1 人机交互的经历100

3.5.2 手势识别技术102

3.5.3 面部表情识别技术102

3.5.4 眼动跟踪技术103

3.5.5 触觉（力觉）反馈传感技术104

3.6 实时碰撞检测技术104

3.6.1 碰撞检测的要求105

3.6.2 碰撞检测的实现方法105

3.7 脑机交互技术106

3.8 唇读识别技术107

3.9 虚拟现实系统的集成技术107

3.9.1 图像边缘融合与无缝拼接技术107

3.9.2 光谱分离立体成像技术108

3.9.3 图像数字几何矫正技术109

思考题110

第4章 虚拟现实系统软件111

4.1 构建虚拟环境的三维视觉建模软件111

4.1.1 实物虚化的3D视觉建模软件111

4.1.2 虚构的虚拟环境的3D视觉建模软件112

4.1.3 3ds Max建模软件114

4.1.4 Multigen Creator建模平台115

4.2 虚拟现实开发软件117

4.2.1 虚拟世界工具箱WTK117

4.2.2 虚拟现实软件平台介绍118

4.3 基于Web的3D建模技术平台120

4.3.1 Web3D的起源120

4.3.2 Web3D的发展120

4.3.3 Web3D的应用121

4.3.4 Web3D的典型开发技术121

4.3.5 Web3D的未来126

思考题127

第5章 全景摄影和全息投影技术128

5.1 全景摄影技术概述128

5.1.1 全景摄影技术的分类129

5.1.2 全景摄影的发展前景129

5.2 全景摄影硬件要求130

5.2.1 全景摄影器材的认识130

5.2.2 相机的节点位置132

5.2.3 有变焦数码单反相机的配置134

5.2.4 无变焦数码单反相机的配置135

5.2.5 胶片单反机的配置135

5.3 对象全景图制作软件135

5.4 全景图拼接算法139

5.5 全息投影技术144

5.5.1 基本概念144

5.5.2 发展历史145

5.5.3 全息投影的技术原理146

5.6 伪全息、伪立体投影（幻影成像）149

5.6.1 伪全息、伪立体投影（幻影成像）原理150

5.6.2 全息摄影技术设备152

5.7 其他全息技术154

思考题154

第6章 增强现实技术155

6.1 概述155

6.1.1 技术原理与特征155

6.1.2 增强现实、混合现实、虚拟现实三者间的关系156

6.1.3 VR、 AR、 MR之间的区别158

6.2 增强现实系统的组成形式159

6.2.1 基于台式显示器的增强现实系统160

6.2.2 光学透视式增强现实系统161

6.2.3 视频透视式增强现实系统161

6.2.4 基于手持显示器的增强现实系统161

6.2.5 基于投影显示器的增强现实系统162

6.3 增强现实系统的关键技术162

6.3.1 显示技术163

6.3.2 注册技术164

6.3.3 交互技术166

6.3.4 虚实融合技术167

6.3.5 增强虚拟环境技术167

6.3.6 视频融合技术168

6.3.7 移动互联网上的相关技术与应用169

6.4 增强现实技术应用领域170

6.5 增强现实系统的软件平台172

6.5.1 增强现实软件173

6.5.2 EasyAR应用175

6.6 增强现实系统的硬件177

6.7 增强现实应用开发案例183

6.7.1 基于ARToolKit编写AR应用程序183

6.7.2 样例程序分析184

6.7.3 应用自己设计的模板图案标识的AR应用程序开发188

思考题191

第7章 Cult3D软件与应用192

7.1 Cult3D概述192

7.1.1 Cult3D的特点、授权与组成192

7.1.2 Cult3D Designer 5.3 主界面窗口简介193

7.1.3 基于Cult3D的虚拟现实模型的开发流程198

7.2 基于Cult3D的物体虚拟现202

实模型的开发实例202

7.2.1 虚拟对象的三维展示202

7.2.2 Cult3D的综合应用210

思考题225

第8章 EON Studio软件与应用226

8.1 EON Studio安装226

8.1.1 系统基本配置需求226

8.1.2 安装过程227

8.2 基本概念229

8.2.1 功能节点说明229

8.2.2 基础功能节点及其构成230

8.2.3 常用节点介绍231

8.2.4 节点的使用方法231

8.2.5 元件的使用方法233

8.3 创建应用程序234

8.3.1 虚拟世界的坐标系统234

8.3.2 创建应用程序的流程235

8.3.3 导入场景对象235

8.3.4 物体表面的修改235

8.3.5 为物体添加动作235

8.3.6 3D编辑工具236

8.3.7 运行并保存应用程序236

8.3.8 EON Studio的文件格式236

8.4 EON Studio运行界面237

8.4.1 下拉式菜单237

8.4.2 工具条240

8.5 EON Studio视窗240

8.5.1 基础说明240

8.5.2 EON Studio视窗类型240

8.5.3 模拟树状结构243

8.5.4 逻辑关系定义视窗245

8.5.5 蝶状结构视窗248

8.5.6 搜寻视窗252

8.5.7 事件记录视窗253

8.5.8 元件视窗253

8.5.9 标准元件编辑视窗260

8.6 导入3D物体263

8.6.1 EON可支持的3D文件格式263

8.6.2 导入场景模型数据程序264

8.6.3 导入3D Studio文件及其他外挂程序转换格式266

8.6.4 更多的导入程序267

8.6.5 缺口移除精灵269

8.6.6 脚本编辑器270

8.7 EON节点和元件使用实例271

8.7.1 EON Studio的基本节点271

8.7.2 EON Studio的代理节点287

8.7.3 EON Studio 5.2 的GUI控制节点302

8.7.4 EON Studio 5.2 的传感器节点303

8.7.5 EON Studio 5.2 的运动模型节点304

8.7.6 EON Studio 5.2 的组合节点307

8.7.7 EON Studio 5.2 的元件309

8.8 EON Studio的综合应用311

8.8.1 互动虚拟现实场景的设计311

8.8.2 翻盖手机的虚拟展示模型设计325

思考题334

参考文献335