虚拟现实技术（微课版）

内容简介

本书是一部系统论述虚拟现实技术的立体化教材。以虚拟现实技术的普及与应用为出发点，在系统的阐述了虚拟现实基础知识的基础上，以案例开发为主，着重介绍具有代表的虚拟现实相关软件的使用方法和技巧，阐述了虚拟现实技术的开发流程和经验，使读者能够快速掌握开发工具，并在较短时间内开发效果逼真的虚拟现实场景。全书分为9章，主要内括：虚拟现实技术概论、人机交互设备、交互场景的构建、全景图基础与案例开发、unity基础、场景漫游案例开发、机械虚拟拆装训台的开发以及增强现实技术的概述与案例制作。

为便于读者学速掌握虚拟现实技术的开发，本书作者精心制作了完整的教学课件、完整的案例素材和源代码、以及丰富的配套□□教程。

本书适合作为普通高等院校与职业院校虚拟现实技术、数字媒体技术、动画、游戏设计与教育技术学等专业的教材，也可作为从事虚拟现实技术的行业、企业工程技术人员以及虚拟现实技术爱好者的参考用书。

目录

第1章虚拟现实技术概述

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1.1虚拟现实技术的概念

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1.1.1虚拟现实技术的定义

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1.1.2虚拟现实技术的特征

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1.1.3虚拟现实系统的构成

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1.1.4虚拟现实、增强现实与混合现实的区别

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1.1.5虚拟现实与人工智能

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1.2虚拟现实技术的分类

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1.2.1桌面虚拟现实技术

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1.2.2沉浸式虚拟现实技术

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1.2.3增强虚拟现实技术

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1.2.4分布式虚拟现实技术

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1.3虚拟现实技术的发展及趋势

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1.3.1虚拟现实技术的发展历程

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1.3.2国外虚拟现实技术的研究现状

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1.3.3国内虚拟现实技术的研究现状

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1.3.4虚拟现实技术的未来

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1.4虚拟现实技术的主要应用

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1.4.1教育培训

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1.4.2军事领域

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1.4.3领域

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1.4.4文化艺术领域

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1.4.5制造业

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1.4.6商业

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第2章人机交互设备

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2.1显示设备

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2.1.1视觉因素

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2.1.2头盔显示器

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2.1.3立体眼镜

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2.1.4CAVE立体显示系统

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2.1.5墙式立体显示系统

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2.1.6裸眼立体显示系统

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2.2声音设备

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2.2.1听觉因素

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2.2.2关键技术

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2.2.3相关设备

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2.3位姿跟踪技术与设备

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2.3.1相关概念

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2.3.2机械式位姿跟踪设备

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2.3.3电磁式位姿跟踪设备

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2.3.4超声波位姿跟踪设备

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2.3.5光学式位姿跟踪设备

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2.3.6惯位姿跟踪设备

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2.3.7混合位姿跟踪设备

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2.4手姿捕捉

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2.4.1DataGlove(数据手套)

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2.4.2CyberGlove（赛伯手套）

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2.4.3PowerGlove（动力手套）

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2.4.4Dextrous Hand Master（灵巧手套）

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2.5运动捕捉

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2.5.1历史发展

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2.5.2运动捕捉系统的分类

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2.5.3关键技术

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2.6触觉/力反馈交互设备

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2.6.1相关概念

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2.6.2触觉设备

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2.6.3力反馈设备

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第3章交互场景的构建

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3.1对象建模

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3.1.1几何建模

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3.1.2图像建模

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3.1.3图像与几何相结合的建模

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3.1.4视觉外观

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3.1.5常用的对象建模工具

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3.2物理建模

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3.2.1分形技术

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3.2.2粒子系统

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3.2.3碰撞响应

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3.3运动建模

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3.3.1虚拟摄像机

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3.3.2对象位置

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3.3.3对象层次

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3.4声音建模

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3.4.1声音的录制

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3.4.2声音的合成

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3.4.3声音的重放

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3.5虚拟现实开发引擎

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第4章全景图制作

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4.1全景图的概述

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4.1.1全景图的概念

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4.1.2全景图的特点

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4.1.3全景图的分类

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4.2全景图的设备介绍

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4.2.1数码相机

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4.2.2鱼眼镜头

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4.2.3全景云台

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4.2.4航拍飞行器

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4.3全景图常用软件

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4.3.1全景图缝合软件

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4.3.2全景图交互软件

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4.4全景图的案例制作

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4.4.1制作流程

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4.4.2照片拍摄及技巧

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4.4.3照片的缝合

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4.4.4后期修补

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4.4.5动态全景图

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第5章Unity基础

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5.1初识Unity

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5.1.1Unity简介

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5.1.2Unity项目框架

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5.2窗口界面

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5.2.1场景窗口

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5.2.2层级面板

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5.2.3项目面板

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5.2.4检视面板

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5.3物理引擎

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5.3.1刚体

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5.3.2碰撞器

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5.4地形

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5.4.1导入资

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5.4.2创建地形

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5.4.3编辑地形

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5.5材质和贴图

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5.5.1材质

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5.5.2贴图

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5.6光照系统

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5.6.1光照类型

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5.6.2实时光照

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5.6.3灯光烘焙

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5.7动画

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5.7.1动画剪辑

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5.7.2动画状态机

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5.8音频系统

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5.8.1音频概述

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5.8.2音频组件

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第6章场景漫游案例开发与制作

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6.1场景漫游概述

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6.1.1场景漫游介绍

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6.1.2制作流程

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6.2场景漫游案例制作

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6.2.1场景制作

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6.2.2交能制作

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第7章机械虚拟拆装训练案例开发与制作

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7.1机械零件拆装概述

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7.1.1案例介绍

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7.1.2制作流程

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7.2机械零件的导入与设置

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7.2.1机械零件的导入

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7.2.2模型的设置

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7.3机械零件模型展览的制作

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7.3.1坐标系

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7.3.2展览操作的实现

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7.4前盖的开关实现

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7.4.1前期准备

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7.4.2开关动画制作

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7.5顺序拆装动画制作

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7.5.1拆装动画制作

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7.5.2动画控制器的设置

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7.5.3交能制作

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7.6GUI

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7.6.1添加按钮

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7.6.2其他附能的实现

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7.7与发布

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第8章沉浸式虚拟现实案例开发与制作

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8.1沉浸式虚拟现实技术概述

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8.2基于HTC的虚拟现实案例开发

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8.2.1HTC VIVE设备介绍

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8.2.2HTC VIVE设备连接

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8.2.3案例制作

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第9章增强现实技术概述与案例制作

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9.1增强现实技术概述

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9.1.1增强现实概念

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9.1.2增强现实的硬件设备

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9.1.3增强现实的应用及发展趋势

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9.2增强现实实现

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9.2.1增强现实的表现形式

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9.2.2增强现实的实现原理

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9.2.3开发工具

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9.2.4Vuforia的安装及工作原理

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9.3增强现实简单案例制作

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9.3.1Vuforia注册识别图

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9.3.2基于Unity的AR场景开发

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摘要与插图

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，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、生硬和被动的感觉提率。

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，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括3种类型。

（1）第1种是对肉眼可以看到的真实世界的仿真再现。

如虚拟小区，虚拟战场、虚拟实验仪器等，这种环境可以是已经存在的，也可能是已经设计好但是尚未建成，也可能是原来完好，现在被破坏，如图1-1所示。

（2）第2种是对真实世界中人类不可见的现象或环行仿真。

如微观世界的细菌、分子结构等。这种环境是真实环境，客观存在的，但是受到人类视觉、听觉器官的限制而不能感应到。一般情况是以特殊的方式（如放大尺度的形式行模仿和仿真，使人能够看到、听到或者感受到，实现科学可视化，如图1-2所示。

（3）第3种是根据人类的主观意念构造的环境。

如游戏场景、三维影视场景等。此环境是虚构的，用户也可以参与，并与行交……