虚拟现实技术与应用

本书为普及与应用虚拟现实(VR)技术而编写，本书主要介绍了VR的概念、发展状况，VR系统的硬件组成，VR系统的相关技术，VR的工具软件等。本书理论与应用实践相结合，通过对本书内容的学习，读者可实现快速入门的目标。
全书共分为6章，第1章为VR技术概论，主要介绍了VR的发展历程、特性、应用现状；第2章主要介绍了VR系统的硬件设备，包括VR感知设备、交互设备、跟踪设备和虚拟世界生成设备；第3章主要介绍了VR系统的相关技术；第4章主要介绍了VR技术的相关软件，包括建模软件和开发引擎；第5章主要介绍了全景技术；第6章主要介绍了Unity 3D开发基础，包括VR和AR的一些应用案例。希望本书的出版有助于推动VR技术的普及，让更多人关注VR技术的应用与开发。
本书可作为高等院校虚拟现实技术、动画、数字媒体技术、数字媒体艺术、教育技术学、计算机应用等专业本科与专科学生的教材，也可作为VR教育培训班的教材及参考书，同时可作为VR爱好者的自学教材。

胡小强，男，汉族，1970年出生，江西南昌人，教授，硕导。武汉大学软件工程国家重点实验室计算机应用专业方向硕士毕业。2004年浙江大学国内访问学者，2017年美国肯塔基大学国外访问学者，现任教育学院副院长。江西省高校中青年“学术带头人”。 2004年5月加入中国图像图形学学会，现为虚拟现实专委会委员兼副秘书长。江西省首批入选高等教育研究专家库成员。2011年7月被聘为江西省中小学教学指导委员会技术与综合实践组组长。

第1章虚拟现实技术概论1
1.1虚拟现实技术概述2
1.1.1虚拟现实技术的定义2
1.1.2虚拟现实技术的发展历程3
1.1.3虚拟现实系统的组成9
1.1.4虚拟现实技术与其他技术11
1.1.5虚拟现实技术的实现意义与影响16
1.2虚拟现实技术的特性17
1.2.1沉浸性18
1.2.2交互性20
1.2.3想象性22
1.3虚拟现实与增强现实、混合现实22
1.3.1增强现实技术23
1.3.2混合现实技术25
1.3.3VR、AR、MR的异同26
1.4虚拟现实中人的因素27
1.4.1人的视觉27
1.4.2人的听觉30
1.4.3身体感觉32
1.4.4健康与安全问题34
1.5虚拟现实技术的研究状况36
1.5.1国外的研究状况36
1.5.2国内的研究状况38
1.5.3目前存在的问题39
1.5.4今后的研究方向40
1.6虚拟现实技术的应用41
1.6.1军事与航空航天41
1.6.2教育与培训44
1.6.3建筑设计与城市规划49
1.6.4娱乐、文化体育艺术51
1.6.5商业领域56
1.6.6工业领域57
1.6.7医学领域59
习题61
第2章虚拟现实系统的硬件设备62
2.1感知设备62
2.1.1视觉感知设备63
2.1.2听觉感知设备78
2.1.3触觉感知设备79
2.1.4味觉感知设备84
2.1.5嗅觉感知设备86
2.2基于自然的交互设备87
2.2.1三维控制器87
2.2.2数据手套88
2.2.3体感交互设备91
2.2.4语音交互93
2.2.5触觉交互93
2.3三维定位跟踪设备94
2.3.1电磁跟踪系统95
2.3.2声学跟踪系统97
2.3.3光学跟踪系统98
2.3.4机械跟踪系统101
2.3.5惯性位置跟踪系统101
2.4虚拟世界生成设备102
2.4.1基于PC的VR系统104
2.4.2基于图形工作站的VR系统105
2.4.3基于分布式计算机的VR系统107
2.4.4三维建模设备108
习题114
第3章虚拟现实系统的相关技术115
3.1立体显示技术115
3.1.1彩色眼镜法116
3.1.2偏振光眼镜法117
3.1.3串行式立体显示法118
3.1.4裸眼立体显示实现技术119
3.1.5全息显示技术120
3.2环境建模技术122
3.2.1几何建模技术123
3.2.2物理建模技术125
3.2.3行为建模技术125
3.2.4听觉建模技术126
3.3真实感实时绘制技术127
3.3.1真实感绘制技术127
3.3.2基于几何图形的实时绘制技术129
3.3.3基于图像的实时绘制技术131
3.4三维虚拟声音的实现技术132
3.4.1三维虚拟声音的概念与作用132
3.4.2三维虚拟声音的特征133
3.4.3语音识别技术134
3.4.4语音合成技术134
3.5自然交互与传感技术135
3.5.1手势识别136
3.5.2面部表情识别137
3.5.3眼动跟踪139
3.5.4触觉（力觉）反馈传感技术139
3.5.5嗅觉交互技术140
3.5.6定位跟踪技术140
3.6实时碰撞检测技术141
3.6.1碰撞检测的要求141
3.6.2碰撞检测的实现方法142
3.7数据传输技术142
3.7.15G通信技术143
3.7.2蓝牙传输技术144
3.7.3WiFi传输技术144
习题145
第4章虚拟现实技术的相关软件146
4.1虚拟现实技术的建模工具软件146
4.1.13ds Max147
4.1.2Maya148
4.1.3CINEMA 4D150
4.1.4DAZ 3D152
4.1.5RealityCapture153
4.2虚拟现实技术开发引擎157
4.2.1Unity 3D158
4.2.2Unreal Engine160
4.2.3VRPlatform162
4.2.4其他开发引擎163
习题166
第5章全景技术167
5.1全景技术概述168
5.1.1全景技术的特点168
5.1.2全景技术的分类168
5.1.3常见的全景技术170
5.2全景制作的硬件设备与拍摄方法174
5.2.1硬件设备174
5.2.2全景照片的拍摄方法183
5.2.3柱形全景作品的制作185
5.2.4球形全景作品的制作188
5.2.5对象全景作品的制作196
5.3手机全景作品的拍摄与制作199
5.3.1手机全景作品的拍摄技术199
5.3.2手机全景拍摄设备199
5.3.3手机全景拍摄201
5.3.4手机全景拍摄后期制作205
5.4无人机全景拍摄214
5.4.1无人机全景拍摄技术214
5.4.2无人机全景拍摄设备215
5.4.3无人机全景拍摄218
5.4.4无人机全景拍摄后期制作与发布220
习题234
第6章Unity 3D开发基础235
6.1Unity 3D开发引擎安装236
6.1.1Unity 3D的历史版本236
6.1.2Unity 3D的安装指南236
6.2Unity 3D开发引擎简介239
6.2.1界面简介239
6.2.2物理引擎和碰撞检测245
6.2.3Unity UGUI246
6.2.4Mecanim动画系统248
6.3VR开发实战案例248
6.3.1VR全景制作演示案例248
6.3.2VR开发演示案例256
6.4AR开发实战案例261
6.4.1AR开发演示案例（一）261
6.4.2AR开发演示案例（二）267
习题271
参考文献272