作者简介
张丽霞,博士,天津职业技术师范大学教师,主要从事图像处理、虚拟现实技术等教学和科研工作。讲授“虚拟现实技术” “面向对象程序设计”等课程。近年来,主持省部级课题3项,主持天津市高校思想政治工作精品项目1项,注册软件著作权7项,发表SCI检索或中文核心期刊论文10余篇,指导学生获天津市大学生新工科大赛一等奖2项,二等奖1项,三等奖1项,指导学生获天津市大学生微视频大赛一等奖1项,二等奖3项,三等奖3项。
目录
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教学课件
教学大纲
实验代码
实验素材
第1章虚拟现实技术概述
1.1虚拟现实技术的概念
1.1.1虚拟现实技术的定义
1.1.2虚拟现实技术的特征
1.1.3虚拟现实系统的构成
1.1.4虚拟现实、增强现实与混合现实的区别
1.1.5虚拟现实与人工智能
1.2虚拟现实技术的分类
1.2.1桌面虚拟现实技术
1.2.2沉浸式虚拟现实技术
1.2.3增强虚拟现实技术
1.2.4分布式虚拟现实技术
1.3虚拟现实技术的发展及趋势
1.3.1虚拟现实技术的发展历程
1.3.2国外虚拟现实技术的研究现状
1.3.3国内虚拟现实技术的研究现状
1.3.4虚拟现实技术的未来
1.4虚拟现实技术的主要应用
1.4.1教育培训
1.4.2军事领域
1.4.3医疗领域
1.4.4文化艺术领域
1.4.5制造业
1.4.6商业
第2章人机交互设备
2.1显示设备
2.1.1视觉因素
2.1.2头盔显示器
2.1.3立体眼镜
2.1.4CAVE立体显示系统
2.1.5墙式立体显示系统
2.1.6裸眼立体显示系统
2.2声音设备
2.2.1听觉因素
2.2.2关键技术
2.2.3相关设备
2.3位姿跟踪技术与设备
2.3.1相关概念
2.3.2机械式位姿跟踪设备
2.3.3电磁式位姿跟踪设备
2.3.4超声波位姿跟踪设备
2.3.5光学式位姿跟踪设备
2.3.6惯性位姿跟踪设备
2.3.7混合位姿跟踪设备
2.4手姿捕捉
2.4.1DataGlove(数据手套)
2.4.2CyberGlove(赛伯手套)
2.4.3PowerGlove(动力手套)
2.4.4Dextrous Hand Master(灵巧手套)
2.5运动捕捉
2.5.1历史发展
2.5.2运动捕捉系统的分类
2.5.3关键技术
2.6触觉/力反馈交互设备
2.6.1相关概念
2.6.2触觉设备
2.6.3力反馈设备
第3章交互场景的构建
3.1对象建模
3.1.1几何建模
3.1.2图像建模
3.1.3图像与几何相结合的建模
3.1.4视觉外观
3.1.5常用的对象建模工具
3.2物理建模
3.2.1分形技术
3.2.2粒子系统
3.2.3碰撞响应
3.3运动建模
3.3.1虚拟摄像机
3.3.2对象位置
3.3.3对象层次
3.4声音建模
3.4.1声音的录制
3.4.2声音的合成
3.4.3声音的重放
3.5虚拟现实开发引擎
第4章全景图制作
4.1全景图的概述
4.1.1全景图的概念
4.1.2全景图的特点
4.1.3全景图的分类
4.2全景图的设备介绍
4.2.1数码相机
4.2.2鱼眼镜头
4.2.3全景云台
4.2.4航拍飞行器
4.3全景图常用软件
4.3.1全景图缝合软件
4.3.2全景图交互软件
4.4全景图的案例制作
4.4.1制作流程
4.4.2照片拍摄及技巧
4.4.3照片的缝合
4.4.4后期修补
4.4.5动态全景图
第5章Unity基础
5.1初识Unity
5.1.1Unity简介
5.1.2Unity项目框架
5.2窗口界面
5.2.1场景窗口
5.2.2层级面板
5.2.3项目面板
5.2.4检视面板
5.3物理引擎
5.3.1刚体
5.3.2碰撞器
5.4地形
5.4.1导入资源包
5.4.2创建地形
5.4.3编辑地形
5.5材质和贴图
5.5.1材质
5.5.2贴图
5.6光照系统
5.6.1光照类型
5.6.2实时光照
5.6.3灯光烘焙
5.7动画
5.7.1动画剪辑
5.7.2动画状态机
5.8音频系统
5.8.1音频概述
5.8.2音频组件
第6章场景漫游案例开发与制作
6.1场景漫游概述
6.1.1场景漫游介绍
6.1.2制作流程
6.2场景漫游案例制作
6.2.1场景制作
6.2.2交互功能制作
第7章机械虚拟拆装训练案例开发与制作
7.1机械零件拆装概述
7.1.1案例介绍
7.1.2制作流程
7.2机械零件的导入与设置
7.2.1机械零件的导入
7.2.2模型的设置
7.3机械零件模型展览的制作
7.3.1坐标系
7.3.2展览操作的实现
7.4前盖的开关实现
7.4.1前期准备
7.4.2开关动画制作
7.5顺序拆装动画制作
7.5.1拆装动画制作
7.5.2动画控制器的设置
7.5.3交互功能制作
7.6GUI
7.6.1添加按钮
7.6.2其他附加功能的实现
7.7打包与发布
第8章沉浸式虚拟现实案例开发与制作
8.1沉浸式虚拟现实技术概述
8.2基于HTC的虚拟现实案例开发
8.2.1HTC VIVE设备介绍
8.2.2HTC VIVE设备连接
8.2.3案例制作
第9章增强现实技术概述与案例制作
9.1增强现实技术概述
9.1.1增强现实概念
9.1.2增强现实的硬件设备
9.1.3增强现实的应用及发展趋势
9.2增强现实实现
9.2.1增强现实的表现形式
9.2.2增强现实的实现原理
9.2.3开发工具
9.2.4Vuforia的安装及工作原理
9.3增强现实简单案例制作
9.3.1Vuforia注册识别图
9.3.2基于Unity的AR场景开发
内容摘要
1.1虚拟现实技术的概念
1.1.1虚拟现实技术的定义
虚拟现实是由英文名Virtual Reality或者Virtual Environment翻译而来。Virtual的中文意思是“虚假”,意味着这个世界或者环境是虚拟的,人造的,存在于计算机内部的。Reality意为“现实”,意味着现实的世界或者环境。所以,Virtual Reality意味着虚拟现实是人工创造的,即利用计算机模拟现实世界生成的存在于计算机内部的环境,用户脱离键盘和鼠标,以自然的方式(视觉、听觉、触觉、嗅觉等)与环境交互,从而产生置身于相应的真实环境中的虚幻感、沉浸感,具有身临其境的感觉。
1.虚拟现实的核心内容
虚拟现实打破了以前以机器为主,人们服从于机器、适应于机器的设计原则,以人为中心,一切设计均服务于人,使用户体验感更愉悦。所以,虚拟现实的核心内容包括3个方面。
(1)环境。
虚拟现实强调环境,尤其是画面清晰、交互友好的环境,而不是数据和信息。简而言之,虚拟现实不仅重视文本、图形、图像、声音、语言等多种媒体元素,更强调综合各种媒体元素形成的环境效果。它以环境为计算机处理的对象和人机交互的内容,开拓计算机应用的新思路。
(2)主动式交互。
虚拟现实强调的交互方式更加友好,采用专业的传感设备,改进传统的人机接口形式来实现,即打破传统的键盘、鼠标、屏幕被动的与计算机交互的方式。用户可以由视觉、听觉、触觉或嗅觉通过头盔显示器、立体眼镜、耳机以及数据手套等来感知环境、干预环境。虚拟现实人机接口是完全面向用户来设计,用户可以通过在真实世界中的行为干预虚拟环境。
(3)沉浸感。
虚拟现实强调的效果是沉浸感,其使人产生身临其境的感觉。传统交互方式,人被动地、间接地、非直觉地、有限地操作当前计算机,容易产生疲倦感。而虚拟现实系统通过相关的设备,采用逼真的感知和自然的动作,使人仿佛置身于真实世界,消除了人的枯燥、生硬和被动的感觉,大大提高工作效率。
2.虚拟现实的交互仿真环境
虚拟现实技术中的“现实”具有不确定性,可以是真实世界的反映,也可以是人们构想出来的。“虚拟”意味着由计算机技术生成的模仿“现实”的仿真环境。所以,这里的交互仿真环境通常包括3种类型。
(1)第
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