虛擬現實與增強現實技術概論

成書過程

修訂過程

虛擬現實技術（VR）和增強現實技術（AR）在人們生活中的套用越來越廣泛，在教育界的套用更是意義顯著，對提高教學效率和學生學習效果尤為重要，大學生需要成為虛擬現實技術的套用者與受益者。但真正懂得和了解VR與AR的人並不多，為改變這種不協調的現象，作者編寫了《虛擬現實與增強現實技術概論》一書。

該教材第1章由婁岩編寫，第2章由鄭琳琳編寫，第3章由龐東興編寫，第4章由劉佳編寫，第5章由丁林編寫，第6章由徐東雨編寫，第7章由馬瑾編寫，第8章由李靜編寫，第9章由鄭璐編寫，第10章由曹鵬編寫，第11章由劉尚輝編寫，第12章由郭婷婷編寫。

出版工作

2016年7月1日，該教材由清華大學出版社出版。

出版社工作人員

責任編輯	封面設計	責任校對	責任印製
賈斌、薛陽	傅瑞學	胡偉民	沈露

內容簡介

全書分為12章。第1章為虛擬現實技術概論，第2章為虛擬現實系統的輸入設備，第3章為虛擬現實系統的輸出設備，第4章為虛擬現實的計算體系結構，第5章為虛擬現實系統的核心技術，第6章為三維全景技術，第7章為虛擬現實技術的套用，第8章為虛擬現實技術的相關軟體，第9章為三維建模工具3ds Max，第10章為三維開發工具Unity 3D，第11章為虛擬實驗室概述，第12章為增強現實技術。還介紹了三維建模軟體3ds Max和Unity 3D的使用技巧，並給出了具體實例。

教材目錄

第1章虛擬現實技術概論

1.1虛擬現實技術的基本概念

1.1.1虛擬現實技術定義

1.1.2虛擬現實技術的特性

1.1.3虛擬現實系統的組成

1.1.4虛擬現實的關鍵技術

1.2虛擬現實系統的分類

1.2.1沉浸式虛擬現實系統

1.2.2增強虛擬現實系統

1.2.3桌面式虛擬現實系統

1.2.4分散式虛擬現實系統

1.3虛擬現實技術的主要研究對象

1.4虛擬現實技術的套用

1.5虛擬現實技術的發展和現狀

1.5.1虛擬現實技術發展歷程

1.5.2虛擬現實技術研究現狀

1.5.3虛擬現實技術的發展趨勢

本章小結

第2章虛擬現實系統的輸入設備

2.1三維位置跟蹤器

2.1.1跟蹤器的性能參數

2.1.2機械跟蹤器

2.1.3電磁跟蹤器

2.1.4超音波跟蹤器

2.1.5光學跟蹤器

2.1.6慣性跟蹤器

2.1.7GPS跟蹤器

2.1.8混合跟蹤器

2.2虛擬現實系統的互動接口

2.2.1手勢接口

2.2.2三維滑鼠

2.2.3數據衣

本章小結

第3章虛擬現實系統的輸出設備

3.1圖形顯示設備

3.1.1人類視覺系統

3.1.2頭盔顯示器

3.1.3沉浸式立體投影系統

3.1.4立體眼鏡

3.2聲音顯示設備

3.2.1三維聲音

3.2.2人類的聽覺系統

3.2.3基於HRTF的三維聲音

3.2.4基於揚聲器的三維聲音

3.3觸覺反饋

3.3.1人類的觸覺系統

3.3.2觸覺反饋接口

3.3.3力反饋接口

本章小結

第4章虛擬現實的計算體系結構

4.1繪製流水線

4.1.1圖形繪製流水線

4.1.2觸覺繪製流水線

4.2圖形體系結構

4.2.1基於PC的圖形體系結構

4.2.2基於工作站的體系結構

4.3分散式虛擬現實體系結構

4.3.1多流水線同步

4.3.2聯合定位繪製流水線

4.3.3分散式虛擬環境

本章小結

第5章虛擬現實系統的核心技術

5.1三維建模技術

5.1.1幾何建模技術

5.1.2物理建模技術

5.1.3行為建模技術

5.2立體顯示技術

5.2.1雙目視差顯示技術

5.2.2全息技術

5.3真實感實時繪製技術

5.3.1真實感繪製技術

5.3.2圖形實時繪製技術

5.4三維虛擬聲音的實現技術

5.5人機互動技術

5.5.1手勢識別技術

5.5.2面部表情識別技術

5.5.3眼動跟蹤技術

5.5.4語音識別技術

5.6碰撞檢測技術

本章小結

第6章三維全景技術

6.1三維全景概述

6.1.1三維全景的分類

6.1.2三維全景特點

6.1.3三維全景的套用領域

6.2全景照片的拍攝硬體

6.2.1硬體設備

6.2.2硬體配置方案

6.3全景照片的拍攝技巧

6.4三維全景的軟體實現方法

6.4.1常見的三維全景軟體

6.4.2三維全景圖的軟體實現

本章小結

第7章虛擬現實技術的套用

7.1虛擬現實技術的早期套用

7.1.1虛擬現實技術套用的起源

7.1.2虛擬現實技術早期套用領域

7.2虛擬現實技術的現代套用

7.2.1虛擬遊戲套用

7.2.2虛擬醫療保健套用

7.2.3虛擬工程製造業套用

7.2.4虛擬城市規劃套用

7.2.5虛擬軍事套用

7.2.6虛擬娛樂與社交網路套用

7.2.7虛擬商業套用

7.2.8虛擬教育套用

7.3虛擬現實技術套用的未來發展

本章小結

第8章虛擬現實技術的相關軟體

8.1三維建模軟體

8.1.13ds Max

8.1.2Maya

8.1.3Autodesk 123D

8.1.4Blender

8.2虛擬現實開發平台

8.2.1Unity 3D

8.2.2Virtools

8.2.3VRP

8.3Web3D技術

8.3.1Web3D的實現技術

8.3.2Web3D的產品和技術解決方案

本章小結

第9章三維建模工具3ds Max

9.1基本操作

9.1.1軟體啟動與退出

9.1.2檔案的打開與保存

9.1.3工作界面布局

9.1.4視圖區常用操作

9.1.5主工具列常用工具

9.2基礎建模

9.2.1內置幾何體建模

9.2.2以樣條線為基礎建模

9.2.3常用複合建模

9.3材質與貼圖

9.3.1精簡材質編輯器

9.3.2貼圖類型

9.3.3貼圖坐標

9.4攝影機與燈光

9.4.1攝影機簡介

9.4.2燈光簡介

9.5動畫生成的基本流程

本章小結

第10章三維開發工具Unity 3D

10.1Unity 3D簡介

10.2Unity 3D入門及功能介紹

10.2.1Unity 3D的版本

10.2.2Unity 3D的安裝

10.2.3Unity 3D界面及選單介紹

10.3第一個Unity 3D程式Hello Cube

10.4調試程式

10.4.1顯示Log

10.4.2設定斷點

10.5光影

10.5.1光源類型

10.5.2環境光與霧

10.6地形

10.7天空盒

10.8物理引擎

10.9動畫系統

10.10外部資源套用

10.10.1貼圖

10.10.23ds Max靜態模型導出

10.10.33ds Max動畫導出

本章小結

第11章虛擬實驗室概述

11.1虛擬實驗室簡介

11.1.1虛擬實驗室定義

11.1.2虛擬實驗室案例

11.1.3虛擬實驗室的基本組成

11.1.4虛擬實驗室的基本功能

11.1.5虛擬實驗室的主要特點

11.1.6虛擬實驗室的類型

11.2虛擬實驗室的國內外發展狀況

11.2.1國外虛擬實驗室發展狀況

11.2.2國內虛擬實驗室發展狀況

11.3虛擬實驗室建設設計

本章小結

第12章增強現實技術

12.1增強現實技術概述

12.1.1增強現實技術

12.1.2國內外發展狀況

12.1.3增強現實系統的基本結構

12.1.4增強現實與虛擬現實的聯繫與區別

12.2增強現實核心技術

12.2.1顯示技術

12.2.2三維註冊技術

12.2.3標定技術

12.3移動增強現實技術

12.3.1移動增強現實

12.3.2移動增強現實體系構架

12.3.3移動增強現實的核心技術

12.3.4移動增強現實技術的套用

12.3.5移動增強現實技術發展方向

12.4增強現實的開發工具

12.4.1ARToolKit簡介

12.4.2Vuforia簡介

12.4.3增強現實其他開發工具

12.5增強現實的主要套用領域

12.5.1娛樂領域

12.5.2教育領域

12.5.3產品裝配、檢驗與維修領域

12.5.4軍事領域

12.5.5醫療診斷領域

12.5.6其他領域

12.6增強現實技術未來發展趨勢

本章小結

參考文獻

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

該教材配有配套教材——《虛擬現實與增強現實技術概論實驗指導與習題集》。

書名	書號	出版社	作者
《虛擬現實與增強現實技術概論實驗指導與習題集》	9787302444848	清華大學出版社	婁岩

教材特色

該教材通以典型案例貫穿其中，並對書中涉獵的晦澀難懂的專業辭彙全部進行了注釋。

該教材的一個亮點是既介紹了虛擬現實技術，也概括了增強現實技術，並且從操作套用的角度引導讀者學會三維建模工具的使用，使讀者既具備基本理論知識又有實際操作能力，成為虛擬現實技術的掌握者和套用者。

該教材從VR和AR技術自身的本質和套用出發，介紹了其理論基礎和技術使用方法，強調知識的系統性、實用性；理論與實踐操作兼顧，使讀者在理論知識與實踐操作技能上同時得到訓練提高，強化虛擬建模操作及模型導入、發布等套用實踐鍛鍊，書中全部操作在機器上進行了檢驗通過。

作者簡介

婁岩，男，中國醫科大學計算機中心和計算機教研室主任、教授。從事計算機和信息技術研究工作。自主研發出中國醫科大學用於教學和管理的“教學資源網際網路平台”和“教學管理區域網路平台”。主編《大數據技術》和《虛擬現實》等教材。獲得2017年中國醫藥教育協會教育創新個人一等獎。

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