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| 編輯推薦： |
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本书在前两版的基础上增加了虚拟现实技术的进展，将虚拟现实技术中的前沿技术和进展展现在读者面前，从理论、时间和应用的角度阐述了虚拟现实、增强现实技术的特点、理论原理和常用开发软件的应用方法，适合作为高等院校信息、媒体类专业学生的学习教材，也可作为从事虚拟现实技术行业的工程技术人员以及虚拟现实爱好者的参考书籍。
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| 內容簡介： |
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本书是一本学习虚拟现实技术的教材，较全面地介绍了虚拟现实的基本概念、软硬件技术的发展及应用情况，同时对虚拟现实开发中常用的工具软件进行了讲解。学习者通过阅读本书，可以达到事半功倍的效果，成为一名虚拟现实软件项目的开发者和设计者。 本教材以培养虚拟现实技术的软件人才为目标进行编写，层次清晰、结构合理、难易适中、实例丰富，可作为高等院校信息、媒体等专业学生的教材，也可作为从事虚拟现实技术行业的工程技术人员以及虚拟现实爱好者阅读自学的参考书籍。
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| 關於作者： |
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喻晓和，男，1960年6月，1978-1982年于华中科技大学学习，1982-1984年在宜昌葛洲坝电厂工作，1984-至今在中南财经政法大学从事教学工作，教学期间发表各类文章50余篇 ，参与教材主编3本
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| 目錄：
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第1章虚拟现实技术概述1
1.1虚拟现实的基本概念1
1.1.1虚拟现实的概念1
1.1.2虚拟现实的基本特征2
1.1.3虚拟现实系统的组成3
1.2虚拟现实的分类5
1.2.1桌面虚拟现实系统5
1.2.2沉浸式虚拟现实系统6
1.2.3增强现实系统7
1.2.4混合现实系统11
1.2.5分布式虚拟现实系统12
1.2.6其他虚拟现实系统15
1.3虚拟现实的应用领域15
1.3.1航空航天领域16
1.3.2军事领域16
1.3.3医学领域18
1.3.4城市规划20
1.3.5文化、艺术、娱乐领域20
1.3.6虚拟现实教学23
1.3.7虚拟现实技术重构电子商务25
1.3.8虚拟制造27
1.4虚拟现实的发展29
1.4.1虚拟现实的发展历程29
1.4.2虚拟现实技术的发展趋势31
1.4.3国内外虚拟现实技术研究现状321.5虚拟现实的Web3D技术34
1.5.1Web3D技术简介34
1.5.2Web3D的核心技术及其特征35
1.5.3Web3D的实现技术36
1.5.4几种常用Web3D技术介绍38
习题41
第2章虚拟现实系统的人机交互设备42
2.1立体显示设备42
2.1.1固定式立体显示设备43
2.1.2VR头盔显示器48
2.1.3AR/MR/VR眼镜49
2.1.4手持式立体显示设备50
2.1.5全息投影显示设备51
2.2跟踪定位传感器53
2.2.1电磁波跟踪传感器53
2.2.2超声波跟踪传感器54
2.2.3光学跟踪传感器55
2.2.4其他类型跟踪传感器55
2.2.5跟踪传感设备的性能参数57
2.2.6三维跟踪设备实例58
2.3VR声音系统与设备62
2.3.1固定式声音设备63
2.3.2耳机式声音设备63
2.3.3语音交互设备63
2.4人机交互设备64
2.4.1三维空间跟踪球64
2.4.2数据手套65
2.4.3三维浮动鼠标65
2.4.4数据衣66
2.4.5触觉和力反馈设备66
2.4.6触觉与力反馈设备的应用68
2.4.7神经/肌肉交互设备70
2.4.8意念控制设备70
2.4.9其他虚拟交互设备72
2.53D建模设备74
2.5.13D摄像机74
2.5.23D扫描仪74
2.5.33D打印机76
2.6虚拟现实硬件系统的综合集成77
习题78
第3章虚拟现实的关键技术和引擎79
3.1立体高清显示技术80
3.1.1立体视觉的形成原理80
3.1.2立体图像再造80
3.1.3其他新型立体显示技术82
3.2三维建模技术86
3.2.1几何建模86
3.2.2物理建模88
3.2.3运动建模89
3.2.4关于六自由度91
3.3三维虚拟声音技术93
3.3.1三维虚拟声音的特征93
3.3.2头部相关传递函数94
3.3.3语音合成技术94
3.4情感计算95
3.4.1情感计算的提出95
3.4.2情感计算的系统架构97
3.4.3情感计算的相关技术98
3.4.4情感建模100
3.4.5情感模型的描述语言102
3.4.6情感计算在人机交互方面的应用103
3.5人机自然交互技术105
3.5.1手势识别技术106
3.5.2体感交互技术109
3.5.3眼动跟踪技术112
3.5.4唇读识别技术120
3.5.5力触觉交互技术123
3.5.6虚拟嗅觉交互技术127
3.5.7虚拟味觉技术129
3.5.8脑机接口技术132
3.5.9多模态融合、多通道的人机交互技术136
3.6虚拟现实引擎140
3.6.1虚拟现实引擎概述140
3.6.2虚拟现实引擎架构142
3.6.3几种虚拟现实引擎介绍143
习题147
第4章虚拟现实建模语言148
4.1VRML概述148
4.1.1VRML的发展历史148
4.1.2VRML的应用特征149
4.1.3VRML编辑器150
4.1.4VRML文件浏览器153
4.2初识VRML文件155
4.2.1VRML的通用语法结构156
4.2.2VRML的基本概念156
4.2.3VRML的计量单位和坐标系统157
4.3VRML文件的主体内容158
4.3.1VRML的节点158
4.3.2常用的域164
4.4VRML的空间造型167
4.4.1基本造型167
4.4.2空间变换169
4.4.3显示文本171
4.4.4复杂造型173
4.5VRML的场景效果174
4.5.1纹理映射174
4.5.2声音技术177
4.5.3灯光效果178
4.6VRML的动态交互181
4.6.1动画设计181
4.6.2传感器交互185
4.6.3脚本应用191
4.6.4实例分析194
习题215
第5章三维全景技术216
5.1全景技术概述216
5.1.1全景技术的特点216
5.1.2全景技术的分类217
5.1.3全景技术的应用219
5.2全景技术常用的硬件与软件221
5.2.1常用硬件221
5.2.2常用软件224
5.3全景图的制作225
5.3.1照片的采集225
5.3.2照片的后期制作226
5.4全景视频简介236
5.4.1全景视频的应用237
5.4.2全景视频的制作238
习题239
第6章虚拟现实建模工具3ds Max240
6.13ds Max基础知识240
6.1.13ds Max的工作界面241
6.1.2视图区244
6.1.3命令面板、快捷键245
6.1.4石墨建模工具246
6.1.5简单对象编辑应用247
6.2二维图形与编辑251
6.2.1创建二维图形251
6.2.2二维图形的编辑252
6.2.3图形转三维模型253
6.3三维建模256
6.3.1建模方法257
6.3.2常用修改器建模258
6.3.3高级修改器建模259
6.4复合对象建模268
6.5NURBS建模271
6.6材质与贴图273
6.6.1材质与贴图编辑窗口273
6.6.2材质库的应用276
6.7灯光的应用278
6.7.1场景灯光介绍278
6.7.2灯光的类型279
6.7.3灯光的参数281
6.8渲染基础283
6.9动画制作287
6.9.1关键帧动画287
6.9.2动画控制器289
6.9.3reacter动画291
6.103ds Max与VRML的数据交换294
习题296
第7章虚拟现实制作工具Cult3D297
7.1Cult3D概述297
7.1.1Cult3D技术特点与应用297
7.1.2Cult3D的系统组成与设计流程299
7.1.3Cult3D Exporter输出器300
7.2Cult3D设计器304
7.2.1Cult3D界面304
7.2.2子窗口功能简介306
7.2.3交互功能设计312
7.33D动画的交互性设置320
7.3.13D旋转动画的交互设置320
7.3.23D缩放（变形）动画的设置322
7.3.3Cult3D的粒子动画325
7.3.4综合应用328
7.4Cult3D Viewer演示器331
7.4.1在网络上发布Cult3D作品331
7.4.2Cult3D作品应用于PPT333
7.4.3Cult3D作品应用于Authorware335
习题337
第8章VRPlatform 12基础338
8.1VRPlatform入门338
8.1.1VRP12新增功能340
8.1.2工作界面341
8.1.3VRP功能分类342
8.2烘焙346
8.2.13ds Max模型烘焙346
8.2.23ds Max的模型优化349
8.2.3CompleteMap与LightingMap的区别351
8.2.4烘焙过程中的注意事项351
8.3VRP的材质编辑352
8.3.1材质面板352
8.3.2常用材质的创建356
8.3.3材质库358
8.4角色库的应用359
8.4.1角色库的调用359
8.4.2动作库361
8.4.3路径动画的创建362
8.4.4创建路径动画的锚点事件365
8.5VRP相机368
8.5.1各类相机简介369
8.5.2其他相机372
8.6脚本编辑373
8.6.1脚本编辑器373
8.6.2系统函数374
8.6.3触发函数与自定义函数377
8.7VRP物理引擎介绍380
8.7.1什么是物理引擎380
8.7.2物理引擎的应用380
8.7.3VRP 物理引擎的特性383
8.7.4物理引擎的发展387
8.8VRP的扩展平台389
8.8.1VRPIE三维网络平台389
8.8.2VRPMMO平台391
8.8.3VRPDigiCity平台392
习题395
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| 內容試閱：
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第3版
前言21世纪注定是一个科技兴旺发达、改天换地的新世纪。从人类进入2000年的那一刻开始，计算机互联网的异军突起，直接就把拥有四大洲、五大洋的蓝色星球变成了一个小小的信息村。2010年之后，移动通信、大数据、云计算、互联网金融、物联网等技术不断地遍地开花，让人们阅尽了互联网平台上魔幻创新的累累硕果。而2020年之后，虚拟现实的又一次风生水起，把人们引入到了一个新的领域和一个新的高度。未来已来，虚拟体验与虚拟感知将成为下一个十年甚至更长时期的科技创新的主题，它们所带来的内涵之丰富、技术之广泛、影响之深远将是过往的科技创新所难以比拟的。从近几年的虚拟现实的实践成果来看，它不仅极大地促进了社会生产力的发展，还是人们解放思想、更新观念、全面提升生活质量、改善工作环境、提高学习效率的加速器。
虚拟现实带给人们的世界不是真实的世界，它是一个集众多芯片、传感器以及其他电子元器件搭建的世界，是对真实的、物理世界的仿真。当人们沉浸在虚拟的环境之中时，可以自然地体验和感知到许多物理世界所难以直接给予的特定信息。
感知是人类用心念来诠释自己特定器官所接收的外部信号。感知可以是直接获取，也可以是间接获取。直接获取是有条件的，需要认知主体亲临环境现场进行体验，而间接获取则有多种形式。实际上，人类感知的信息大多是通过文字、先人教导以及借助于工具获取等。近现代社会中，特别是对科技发展中的许多未知问题，根本无法进行直接的体验感受。例如，航天员登月问题、时空隧道问题、时间原点问题、分子结构问题、宇宙黑洞问题、宇宙引力波问题、量子纠缠问题、量子意识的探索问题等太多的问题都是人类无法能够直接体验、感知获取信息的。也许过去面对那么多问题的时候，人类还没有更好的方法和工具去破解或论证这些排列在前进方向上的问题高墙，只是到了21世纪以后，VR技术的兴起，人们才真正发现，虚拟体验与虚拟感知作为人类探索未来一个重要的环节日益变得高大上，也促使人们重新看待感知的技术问题。
在人类社会历史发展的长河中，感知既是人类天生的生理功能之一，也是人类自然进化的重要特征之一;是人类不断学习的基本形态之一，也是人们情感信息交流的要素之一。然而人类的感知系统仍存在着生理的局限，如何通过技术的力量来增强、扩展、突破自身的感知局限，虚拟现实技术的快速发展无疑指明了一个正确的方向。
需要着重强调的是，虚拟现实技术是一个正在快速发展的新技术，一些理论和一些技术并非成熟和固定不变的，而是曲折前进的，因而在学习虚拟现实技术的时候，应该保持一种动态的思维来认知。总的来说，虚拟现实技术仍处于萌芽阶段，它对人类社会的巨大冲击很可能将在不久后的下一次科技革命中大放异彩。
虚拟现实技术的华丽亮相，促使我国政府对虚拟现实技术的高度关注和重视，为了更多更好更快地培养虚拟现实技术的应用与研究方面的创新人才，我国政府面对快速增长的人才需求，于2020年4月批准了高校设立虚拟现实专业，充分表明虚拟现实技术的发展问题，关键是人才的培养。
本教材立足于虚拟现实的基本原理与应用，以通俗多样的形式表达了虚拟现实的概念及意义，虚拟现实系统有哪些基本的形态，以及虚拟现实技术的产生和发展过程及未来的趋势；详细而全面地讲述了有关虚拟现实技术的主要内容，包括如何使用虚拟现实技术构建虚拟的三维世界、虚拟现实技术将如何深刻改变国家军事部门的指挥系统、训练系统和武器的研发系统，以及对航空航天、城市规划、文化、艺术、娱乐、教育、商业和虚拟制造等多个方面的影响。同时，通过大量的实例来介绍虚拟现实技术与人们的生活、工作和学习紧密相连，以促进读者更好地对虚拟现实技术的理解。
本教材是在第2版的基础上进行的修订，弥补了第2版教材中的一些疏漏之处，也对第2版教材中的不足进行了补充。同时本教材也延续了原书的框架体系，编写中力求做到科学性与实用性、先进性与针对性相统一；做到循序渐进、由浅入深、深入浅出、简明易懂；在正确阐述重要技术理论的同时，既着重于基本概念、基本方法的介绍，也强调学生实战能力的培养。
在本教材第3版的修订中，参考了有关国内多位专家、学者在虚拟现实技术方面的文章和专著，也参考了同行的相关教材和课件案例资料，在此对他们表示崇高的敬意和衷心的感谢！由于作者的水平有限，加上时间仓促，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请专家、同行和读者批评指正。
作者2020年11月于武汉第2版
前言科技发展一日千里。作为全世界新科技革命的先锋，现代虚拟现实技术领域不断涌现出令人眼花缭乱的新概念产品、新思维装备，冲击着人们原有的社会工作和生活方式，改变着人们的认知方法和传统观念。放眼虚拟现实技术领域，昨天的许多概念还是梦想，今天也许就成为了现实，明天则快速地走向了市场。如此快速的变化节奏，给我们每一个人都带来了新的挑战，更带来了新的机遇。
科技发展，教育先行。如果没有源源不断的广大后继研发人才，没有强有力的教育理论和技术作支撑，科技的发展就会后劲乏力。面对虚拟现实技术的强大发展势头，我们深感第1版《虚拟现实技术基础教程》中早期成熟的技术理论需要进一步发展，新技术带来的新思维、新方法、新理论观念又时时召唤着我们每个人的责任感。我们要与时俱进，把虚拟现实技术的成果都记录下来，介绍给每一个学习者，并从理论到技术实践方面进行探究，促使学习者能够更好地了解虚拟现实技术的发展现状、技术原理，以便更深入地掌握其技术要点和问题重点。
考虑到原书接地气、通俗性的特色，第2版仍然保留了原书的框架结构体系，并力求做到以下几点：
新：以的虚拟现实技术发展的成果为实例，进行分析和探究。
前：虚拟现实技术本身是一门正在快速发展的新科技，许多技术并不成熟，但人们不放弃，仍不断努力，有些技术的概念也是刚刚起步研究。为此，我们依然介绍技术的研究情况。
全：三维逼真的环境与人机自然交互是虚拟现实技术的两大研究方向，本教程做了重要的讲解并弥补了第1版教程的不足。例如，在人机交互技术方面，对脑机接口技术、嗅觉交互技术以及多通道交互技术等都进行了有效介绍。
简：通俗易懂，无须高深的其他学科的专业知识，阅读该教程就能够较好地了解虚拟现实技术的基本概念、基本特征、系统组成以及对社会生活的影响现状、软硬件技术的发展方向等。
作为一门形式多样、内容综合和快速成长的课程，本教程的内容体系体现了虚拟现实技术的基础性，并具有技术发展的前沿性和现代技术的时代性。可见，虚拟现实技术的“教”与“学”在强调内容与时俱进的同时，也更应该强调虚拟现实技术知识内容的实践操作和实战应用，更加注重虚拟现实技术思维观念和实战技能的训练。
在本书第2版的修订编写过程中，我们参阅了国内多位专家、学者的虚拟现实技术方面的著作或译著，也参考了同行的相关教材和课件案例资料，在此表示崇高的敬意和衷心的感谢！由于作者的水平有限，加上时间仓促，书中错漏和不妥之处仍在所难免，恳请专家、同行和读者批评指正。如果各位读者有对本书内容改进的建议，可直接发邮件至yuxh6061@163.com。
作者2017年1月于武汉 第1版
前言虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术，是20世纪末发展起来的一门综合性的信息技术。它提供了一种基于可计算信息的、沉浸式交互环境，具体地说，就是采用了以计算机技术为核心的、现代多种高科技设备协同生成的，具有逼真效果的视、听、触觉一体化的并在特定范围内的一个模拟的虚拟环境。在该虚拟环境中，用户借助必要的辅助设备就能够以自然的方式与虚拟环境内的其他各种对象进行交互作用、相互影响，从而使用户产生身临其境的感受和体验。
虚拟现实技术又是一门非常接地气的新技术，随着多种软、硬件技术的突破，虚拟现实技术的应用出现了飞速发展的局面，它突破了传统的军事和空间开发等方面研究时的障碍，并在科学计算可视化、建筑设计漫游、产品设计以及教育、培训、工业、医疗和娱乐等方面都起着越来越广泛的重要作用。充分展示了虚拟现实技术在物体造型性、现实世界模拟性、系统可操作性、通信及娱乐性等方面所拥有的优势与特点，可以预测，虚拟现实技术未来必将给人们的生活、学习和工作带来更多的新概念、新内容、新方式和新方法。
本书内容在介绍虚拟现实技术相关知识的基础上，着重从应用技术的角度出发，主要介绍在虚拟现实的开发和应用中常用的5种工具软件的使用方法，全书共8章。
第1章介绍虚拟现实的基本概念、基本特征、系统组成、分类以及应用领域的现状等。
第2章对虚拟现实应用中常用的各种硬件设备进行了简单的介绍，包括它们的种类和发展情况，主要内容有立体显示设备、跟踪定位设备、虚拟声音输出设备、人机交互设备和3D建模设备等。
第3章介绍目前软硬件构建的虚拟现实系统中所采用的一些高科技原理、技术和发展情况，特别是人机自然交互技术、虚拟现实引擎等。第4章主要介绍基于互联网的VRML的发展、功能、语法概念以及开发三维交互建模的基本方法。
第5章介绍三维全景图技术的概念、特点、分类以及应用范围、制作全景图所需的常用软硬件设备和制作过程等。
第6章主要介绍目前应用为广泛的三维建模工具软件3ds Max ，通过多个实例较完整地表述了3ds Max的建模、材质与贴图、动画设计和灯光、reacter 动画等。
第7章着重介绍Cult3D的组成，给3D模型添加交互元素的过程，使读者可以体会到Cult3D软件的性能和使用方法。
第8章以中视典数字科技有限公司开发的VRPlatform 12为对象进行介绍，较完整地介绍该VR集成平台的应用方法，包括界面、功能模块、材质设置、角色与锚点设置以及脚本的函数应用等。
本书编写过程中，参阅了大量书籍、文献资料和网络资源，在此向所有资源的作者表示感谢，同时，本书的出版也得到了清华大学出版社的大力支持。在此也表示衷心感谢。由于现代社会虚拟现实技术发展速度非常快，尽管编者尽了努力，但限于编者的水平，不当之处在所难免，恳请读者批评指正。
编者2015年于武汉
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