虛擬現(xiàn)實技術(shù)

前言

21世紀影響世界的三大關(guān)鍵技術(shù)：以計算機和網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)，以基因工程為代表的生命科學(xué)和生物技術(shù)，以納米技術(shù)為代表的新型材料技術(shù)。信息技術(shù)居三大關(guān)鍵技術(shù)之首。國民經(jīng)濟的發(fā)展采取信息化帶動現(xiàn)代化的方針，要求在所有領(lǐng)域中迅速推廣信息技術(shù)，導(dǎo)致需要大量的計算機科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。計算機科學(xué)與技術(shù)的廣泛應(yīng)用是計算機學(xué)科發(fā)展的原動力，計算機科學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)。因此，計算機學(xué)科的優(yōu)秀人才不僅應(yīng)具有堅實的科學(xué)理論基礎(chǔ)，而且更重要的是能將理論與實踐相結(jié)合，并具有解決實際問題的能力。培養(yǎng)計算機科學(xué)與技術(shù)的優(yōu)秀人才是社會的需要、國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。制定科學(xué)的教學(xué)計劃對于培養(yǎng)計算機科學(xué)與技術(shù)人才十分重要，而教材的選擇是實施教學(xué)計劃的一個重要組成部分，《21世紀計算機科學(xué)與技術(shù)實踐型教程》主要考慮了下述兩方面。一方面，高等學(xué)校的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)了基本的必修課和部分選修課程之后，立刻進行計算機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件和硬件開發(fā)與應(yīng)用尚存在一些困難，而《21世紀計算機科學(xué)與技術(shù)實踐型教程》就是為了填補這部分空白。將理論與實際聯(lián)系起來，使學(xué)生不僅學(xué)會了計算機科學(xué)理論，而且也學(xué)會應(yīng)用這些理論解決實際問題。另一方面，計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程內(nèi)容需要經(jīng)過實踐練習(xí)，才能深刻理解和掌握。因此，本套教材增強了實踐性、應(yīng)用性和可理解性，并在體例上做了改進——使用案例說明。實踐型教學(xué)占有重要的位置，不僅體現(xiàn)了理論和實踐緊密結(jié)合的學(xué)科特征，而且對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力有特殊的作用。因此，研究和撰寫實踐型教材是必需的，也是十分重要的任務(wù)。優(yōu)秀的教材是保證高水平教學(xué)的重要因素，選擇水平高、內(nèi)容新、實踐性強的教材可以促進課堂教學(xué)質(zhì)量的快速提升。在教學(xué)中，應(yīng)用實踐型教材可以增強學(xué)生的認知能力、創(chuàng)新能力、實踐能力以及團隊協(xié)作和交流表達能力。實踐型教材應(yīng)由教學(xué)經(jīng)驗豐富、實際應(yīng)用經(jīng)驗豐富的教師撰寫。此系列教材的作者不但從事多年的計算機教學(xué)，而且參加并完成了多項計算機類的科研項目，把他們積累的經(jīng)驗、知識、智慧、素質(zhì)融合于教材中，奉獻給計算機科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)。我們在組織本系列教材過程中，雖然經(jīng)過了詳細的思考和討論，但畢竟是初步的嘗試，不完善甚至缺陷不可避免，敬請讀者指正。

內(nèi)容概要

本書共7章，內(nèi)容包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)概論、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備、虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)及軟件、虛擬現(xiàn)實建模語言VRML、虛擬現(xiàn)實建模工具3ds Max、虛擬現(xiàn)實制作工具cult3D以及綜合實例制作。    本書具有面向?qū)嵺`、重在應(yīng)用的特點，在闡述虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論知識的基礎(chǔ)上，著重介紹具有代表性的虛擬現(xiàn)實相關(guān)軟件的使用方法，以大量的典型實例貫穿其中，使讀者能夠在較短的時間里由淺人深地了解、認識和掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并具備運用VR開發(fā)工具制作三維交互、效果逼真的虛擬現(xiàn)實場景的能力。同時，本書配有各章習(xí)題，且電子教案、使用的素材文件及實例程序代碼均可以從清華大學(xué)出版社網(wǎng)站http：／／www．tup．com．cn下載使用。    本書適合作為高等院校計算機及電子信息類專業(yè)學(xué)生的教材，對于從事虛擬現(xiàn)實技術(shù)的行業(yè)、企業(yè)工程技術(shù)人員以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)愛好者也具有一定的參考價值。

書籍目錄

第1章　虛擬現(xiàn)實技術(shù)概論  1.1　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展史  1.2　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的概念  1.3　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征  1.4　虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類    1.4.1　桌面式VR系統(tǒng)    1.4.2　沉浸式VR系統(tǒng)    1.4.3　增強式VR系統(tǒng)    1.4.4　分布式VR系統(tǒng)  1.5　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域    1.5.1　教育與訓(xùn)練    1.5.2　設(shè)計與規(guī)劃    1.5.3　科學(xué)計算可視化    1.5.4　商業(yè)領(lǐng)域    1.5.5　藝術(shù)與娛樂  1.6　虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究現(xiàn)狀    1.6.1　國外的研究現(xiàn)狀　　1.6.2　國內(nèi)的研究現(xiàn)狀    思考題第2章　虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設(shè)備  2.1　跟蹤定位設(shè)備    2.1.1　電磁波跟蹤器    2.1.2　超聲波跟蹤器    2.1.3　光學(xué)跟蹤器    2.1.4　其他類型跟蹤器    2.1.5　跟蹤傳感設(shè)備的性能比較  2.2　立體顯示設(shè)備    2.2.1　固定式立體顯示設(shè)備　　2.2.2　頭盔顯示器    2.2.3　手持式立體顯示設(shè)備  2.3　手部數(shù)據(jù)交互設(shè)備    2.3.1　數(shù)據(jù)手套    2.3.2　空間球    2.3.3　三維浮動鼠標器  2.4　虛擬聲音輸出設(shè)備    2.4.1　固定式聲音設(shè)備    2.4.2　耳機式聲音設(shè)備  2.5　其他交互設(shè)備    2.5.1　觸覺和力反饋設(shè)備    2.5.2　數(shù)據(jù)衣    2.5.3　三維掃描儀  2.6　虛擬現(xiàn)實硬件系統(tǒng)的集成    思考題第3章　虛擬現(xiàn)實的相關(guān)技術(shù)及軟件  3.1　三維建模技術(shù)及軟件    3.1.1　幾何建模技術(shù)    3.1.2　行為建模技術(shù)    3.1.3　虛擬現(xiàn)實的建模軟件  3.2　視覺實時動態(tài)繪制技術(shù)    3.2.1　實時動態(tài)繪制技術(shù)的基本原理    3.2.2　基于圖形的實時動態(tài)繪制技術(shù)    3.2.3　基于圖像的實時動態(tài)繪制技術(shù)  3.3　三維虛擬聲音技術(shù)    3.3.1　三維虛擬聲音的特征    3.3.2　頭部相關(guān)傳遞函數(shù)    3.3.3　語音合成技術(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)  3.5　物理仿真技術(shù)  3.6　三維全景技術(shù)    3.6.1　三維全景技術(shù)的基本概念    3.6.2　三維全景圖的制作技術(shù)    3.7　虛擬現(xiàn)實開發(fā)軟件工具集　思考題第4章　虛擬現(xiàn)實建模語言VRML第5章　虛擬現(xiàn)實建模工具3ds Max第6章　虛擬現(xiàn)實制作工具Cult3D第7章　綜合實例制作　參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 虛擬現(xiàn)實技術(shù)概論虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality，VR)是20世紀末逐漸興起的一門綜合性信息技術(shù)。該技術(shù)融合了數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、人工智能、多媒體、傳感器、網(wǎng)絡(luò)以及并行處理等多個信息技術(shù)分支的最新發(fā)展成果，涉及眾多研究和應(yīng)用領(lǐng)域，被認為是21世紀最重要的發(fā)展技術(shù)和影響人們生活的技術(shù)之一。VR由計算機產(chǎn)生一種逼真的虛擬三維空間環(huán)境，并使用戶在多種感官上產(chǎn)生沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。它的實時三維空間表現(xiàn)能力、自然交互式的操作環(huán)境以及給人帶來的身臨其境的感受，不但為人機交互技術(shù)開創(chuàng)了新的研究領(lǐng)域，為智能工程的應(yīng)用提供了新的界面工具，為各類工程大規(guī)模的數(shù)據(jù)可視化提供了新的描述方法，同時還為人們探索宏觀世界和微觀世界的運動變化規(guī)律提供了極大的便利。因此，vR不但在房地產(chǎn)、軍事、醫(yī)學(xué)、設(shè)計、考古、藝術(shù)以及娛樂等諸多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，而且還給社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益。有關(guān)人士認為：20世紀80年代是個人計算機的時代，20世紀90年代是網(wǎng)絡(luò)和多媒體的時代，而21世紀則將是VR的時代。

編輯推薦

《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》特點：《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》突出實用特點，采用典型案例分析的方法進行編寫，將虛擬現(xiàn)實的技術(shù)理論與實際應(yīng)用相結(jié)合，在內(nèi)容取舍、文字描述、習(xí)題選擇方面均以面向?qū)嵺`、重在應(yīng)用、便于教學(xué)組織為原則，便讀者能夠遵循指導(dǎo)，由淺入深地了解、認識、掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并能具備運用VR開發(fā)工具制作三維交互、效果逼真的虛擬現(xiàn)實場景的能力。同時，《虛擬現(xiàn)實技術(shù)》各章配有習(xí)題，使用的素材文件及實例程序代碼均可以從清華大學(xué)出版社網(wǎng)站下載使用。

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