虛擬現(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　近幾年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新技術(shù)，其發(fā)展速度極快，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用，越來越受到人們的關(guān)注和重視?！陡叩葘W(xué)校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)職業(yè)導(dǎo)向系列規(guī)劃教材：虛擬現(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用》是在綜合考慮高等院校、高等職業(yè)學(xué)校相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置、課時安排、學(xué)生接受能力等相關(guān)因素的基礎(chǔ)上編寫的，主要介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念、組成、發(fā)展?fàn)顩r，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備、相關(guān)技術(shù)，虛擬現(xiàn)實建模語言、圖形學(xué)、OpenGL圖形程序設(shè)計接口，3dsMax三維建模工具以及Sketchup三維模型的建立與實例，介紹了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應(yīng)用于教育、培訓(xùn)等領(lǐng)域的教育理論基礎(chǔ)、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)方法等。《高等學(xué)校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)職業(yè)導(dǎo)向系列規(guī)劃教材：虛擬現(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用》適合作為高等學(xué)校教育技術(shù)學(xué)、數(shù)字媒體藝術(shù)、動漫、多媒體技術(shù)、計算機應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為虛擬現(xiàn)實愛好者、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用人員的參考資料。

書籍目錄

第1章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)概述 1.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的概念 1.1.1 虛擬現(xiàn)實的概念 1.1.2虛擬現(xiàn)實的本質(zhì) 1.1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基本特征 1.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成 1.2.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的發(fā)展 1.2.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成 1.2.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究內(nèi)容 1.2.4 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域 1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類 1.3.1 分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 1.3.2 沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 1.3.3 桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（非沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)） 1.3.4增強虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 1.4虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 1.4.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)研究展望 小結(jié) 習(xí)題 第2章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備 2.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入設(shè)備 2.1.1 基于自然的交互設(shè)備 2.1.2 三維定位跟蹤設(shè)備 2.2虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸出設(shè)備 2.2.1 視覺感知設(shè)備 2.2.2 聽覺感知設(shè)備 2.2.3 觸覺（力覺）反饋設(shè)備 2.3虛擬現(xiàn)實生成設(shè)備 2.3.1 基于個人計算機的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 2.3.2 基于圖形工作站的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 2.3.3 超級計算機 小結(jié) 習(xí)題 第3章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù) 3.1三維建模技術(shù) 3.1.1 幾何建模技術(shù) 3.1.2物理建模技術(shù) 3.1.3 行為建模技術(shù) 3.2繪制技術(shù) 3.2.1 真實感繪制技術(shù) 3.2.2 基于幾何圖形的實時繪制技術(shù) 3.2.3 基于圖像的實時繪制技術(shù) 3.3 三維全景技術(shù) 3.3.1 三維全景技術(shù)的概念 3.3.2 三維全景圖的制作技術(shù) 3.4人機自然交互技術(shù) 3.4.1 手勢識別技術(shù) 3.4.2 面部表情識別技術(shù) 3.4.3 眼動跟蹤技術(shù) 3.4.4 觸（力）覺反饋傳感技術(shù) 3.5物理仿真技術(shù) 3.5.1 設(shè)計數(shù)學(xué)模型 3.5.2創(chuàng)建物理屬性 3.5.3碰撞檢測技術(shù) 3.6三維虛擬聲音技術(shù) 3.6.1 三維虛擬聲音的概念與作用 3.6.2 三維虛擬聲音的特征 3.6.3 語音識別與合成技術(shù) 小結(jié) 習(xí)題 第4章 虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML） 4.1 VRML虛擬現(xiàn)實建模語言簡介 4.1.1 VRML的發(fā)展歷史 4.1.2 VRML虛擬現(xiàn)實建模語言的功能特征 4.1.3 VRML網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用 4.2 VRML概述 4.2.1 VRIVIL 97的關(guān)鍵字 4.2.2 結(jié)點 4.2.3 場景圖 4.2.4事件路由 4.2.5 VRML特殊結(jié)點 4.3 VRML場景生成器Cosmo Worlds 小結(jié) 習(xí)題 第5章 虛擬現(xiàn)實的圖形學(xué)基礎(chǔ) 5.1 計算機圖形學(xué)概述 5.1.1 計算機圖形學(xué)的發(fā)展 5.1.2 智能CAD 5.1.3 計算機關(guān)術(shù)與設(shè)計 5.1.4計算機動畫技術(shù) 5.1.5 科學(xué)計算可視化 5.1.6 計算機圖形學(xué)的研究內(nèi)容 5.2虛擬現(xiàn)實的圖形學(xué) 5.2.1 虛擬環(huán)境中視點的定位 5.2.2 視覺 5.2.3 透視投影 5.2.4三維裁剪 5.2.5 色彩理論 5.2.6三維建模 5.2.7 光照 5.2.8 反射 5.2.9 陰影 5.2.10三維消隱 5.2.11 真實感 小結(jié) 習(xí)題 第6章 OpenGL虛擬現(xiàn)實圖形程序設(shè)計接口 6.1 OpenGL簡介 6.1.1 OpenGL概述 6.1.2 OpenGL的工作方式 6.2 OpenGL的程序結(jié)構(gòu) 6.3 OpenGL程序編寫原理與方法 6.3.1 OpenGL中描述圖元的方法 6.3.2 OpenGL中描述顏色的方法 6.4 OpenGL變換 6.4.1 模型變換和視圖變換 6.4.2 投影變換 6.4.3 視口變換 6.5 OpenGL光照及紋理處理 6.5.1 光照模型 6.5.2 法線向量 6.5.3 控制光源 6.5.4控制材質(zhì) 6.5.5選擇光照模型 6.6 Open Inventor 6.6.1 Open Inventor簡介 6.6.2 Open Inventor應(yīng)用領(lǐng)域 小結(jié) 習(xí)題 第7章 3ds Max三維建模工具 7.1 3ds Max的基礎(chǔ)知識 7.1.1 3ds Max概述 7.1.2 3ds Max的用戶界面 7.2幾何體建模 7.3二維圖形建模 7.4高級造型技巧NURBS 7.4.1 NURBS概念 7.4.2 建立NURBS模型 7.5材質(zhì)與燈光 7.5.1 材質(zhì)編輯器的使用 7.5.2設(shè)定基本材質(zhì) 7.5.3 燈光的運用 7.6 3ds Max與VRML 7.6.1在3ds Max中插入VRML結(jié)點 7.6.2將3ds Max的場景導(dǎo)出到VRML 小結(jié) 習(xí)題 第8章 SketchUp三維模型的建立與實例 8.1 建模方法及工具 8.2 SketchUp特點 8.3 SketchUp與傳統(tǒng)工具的比較 8.4 SketchUp功能 8.4.1 SketchUp軟件窗口 8.4.2 SketchUp中的主要工具 8.4.3 SketchUp中繪圖工具的使用 8.5 虛擬現(xiàn)實軟件中三維模型建立的方法 8.5.1 直接導(dǎo)入法基本步驟 8.5.2 后期導(dǎo)入法基本步驟 …… 第9章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)在各行業(yè)中的應(yīng)用 第10章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與教育培訓(xùn) 參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   基于幾何的建模技術(shù)主要研究對象是對物體幾何信息的表示與處理，它涉及幾何信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)造的表示與操縱數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法建模方法。 幾何模型一般可分為面模型與體模型兩類。面模型用面片來表現(xiàn)對象的表面，其基本幾何元素多為三角形；體模型用體素來描述對象的結(jié)構(gòu)，其基本幾何元素多為四面體。面模型相對簡單一些，而建模與繪制技術(shù)也相對較為成熟，處理方便，但難以進行整體形式的體操作（如拉伸、壓縮等），多用剛體對象的幾何建模。體模型擁有對象的內(nèi)部信息，可以很好地表達(dá)模型在外力作用下的體特征（如變形、分裂等），但計算的時間與空問復(fù)雜度也相應(yīng)增加，一般用于軟體對象的幾何建模。 幾何建模通常分為利用程序語言、圖形、軟件進行建模的人工建模方法和利用三維掃描儀對實際物體進行三維建模的自動建模方法。 3.1.2物理建模技術(shù) 在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，虛擬物體（包括用戶的圖像）必須像真的一樣，至少同體物質(zhì)不能彼此穿過，物體在被推、拉、抓取時應(yīng)按預(yù)期方式運動。所以說幾何建模的進一步發(fā)展是物理建模，也就是在建模時考慮對象的物理屬性。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的物理建模是基于物理方法的建模，往往采用微分議程來描述，使它構(gòu)成動力學(xué)系統(tǒng)。這種動力學(xué)系統(tǒng)南系統(tǒng)分析和系統(tǒng)仿真來實現(xiàn)。典型的物理建模方法分為分形技術(shù)和粒子系統(tǒng)。 ①分形技術(shù)：分形技術(shù)是指可以描述具有自相似特征的數(shù)據(jù)集、自相似的典型例子是樹：若不考慮樹葉的區(qū)別，當(dāng)人靠近樹梢時，樹的樹梢看起來也像一棵大樹。由相關(guān)的一組樹梢構(gòu)成一根樹枝，從一定距離觀察時也像一棵大樹。當(dāng)然，南樹枝構(gòu)成的樹從適當(dāng)?shù)木嚯x看時自然是棵樹。雖然，這種分析并不十分精確，但比較接近。這種結(jié)構(gòu)上的白相似稱為統(tǒng)汁意義上的自相似。 自相似結(jié)構(gòu)可用于復(fù)雜的不規(guī)則外形物體的建模。該技術(shù)首先被用于河流和山體的物理特征建模。舉一個簡單的例子，可利用三角形來生成一個隨機高度的地形模型：取三角形三邊的中點并按順序連接起來，將三角形分割成四個三角形，同時，在每個中點隨機地賦予一個高度值，然后遞歸上述過程，就可產(chǎn)生相當(dāng)真實的山體。 分形技術(shù)的優(yōu)點是用簡單的操作就可以完成復(fù)雜的不規(guī)則物體建模，缺點是計算量太大，不利于實時性，因此在虛擬現(xiàn)實中一般僅用于靜態(tài)遠(yuǎn)景的建模。 ②粒子系統(tǒng)：粒子系統(tǒng)是一種典型的物理建模系統(tǒng)，是用簡單的體素完成復(fù)雜運動的建模。所謂體素是用來構(gòu)造物體的原子單位，體素的選取決定了建模系統(tǒng)所能構(gòu)成的對象的范圍。粒子系統(tǒng)由大量稱為粒子的簡單體素構(gòu)成，每個粒子具有位置、速度、顏色和生命周期等屬性，這些屬性可根據(jù)動力學(xué)計算和隨機過程得到。根據(jù)這個可以產(chǎn)生運動進化的畫面，從而在虛擬現(xiàn)實中，粒子系統(tǒng)常用于描述火焰、水流、雨雪、旋風(fēng)、噴泉等現(xiàn)象。為產(chǎn)生逼真的圖形，它要求有反走樣技術(shù)，并花費大量繪制時間。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中粒子系統(tǒng)用于動態(tài)的、運動的物體建模。

編輯推薦

《高等學(xué)校教育技術(shù)學(xué)專業(yè)職業(yè)導(dǎo)向系列規(guī)劃教材:虛擬現(xiàn)實技術(shù)及應(yīng)用》適合作為高等學(xué)校教育技術(shù)學(xué)、數(shù)字媒體藝術(shù)、動漫、多媒體技術(shù)、計算機應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)的教材，也可作為虛擬現(xiàn)實愛好者、虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用人員的參考資料。

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