虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

前言

21世紀(jì)影響世界的三大關(guān)鍵技術(shù)：以計(jì)算機(jī)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展采取信息化帶動(dòng)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的廣泛應(yīng)用是計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的原動(dòng)力，計(jì)算機(jī)科學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué)。因此，計(jì)算機(jī)學(xué)科的優(yōu)秀人才不僅應(yīng)具有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)理論基礎(chǔ)，而且更重要的是能將理論與實(shí)踐相結(jié)合，并具有解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的優(yōu)秀人才是社會(huì)的需要、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。制定科學(xué)的教學(xué)計(jì)劃對(duì)于培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)人才十分重要，而教材的選擇是實(shí)施教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，《21世紀(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐型教程》主要考慮了下述兩方面。一方面，高等學(xué)校的計(jì)算機(jī)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(jìn)行計(jì)算機(jī)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(jì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐型教程》就是為了填補(bǔ)這部分空白。將理論與實(shí)際聯(lián)系起來，使學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了計(jì)算機(jī)科學(xué)理論，而且也學(xué)會(huì)應(yīng)用這些理論解決實(shí)際問題。另一方面，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程內(nèi)容需要經(jīng)過實(shí)踐練習(xí)，才能深刻理解和掌握。因此，本套教材增強(qiáng)了實(shí)踐性、應(yīng)用性和可理解性，并在體例上做了改進(jìn)——使用案例說明。實(shí)踐型教學(xué)占有重要的位置，不僅體現(xiàn)了理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科特征，而且對(duì)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(shí)踐能力有特殊的作用。因此，研究和撰寫實(shí)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(shí)踐性強(qiáng)的教材可以促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量的快速提升。在教學(xué)中，應(yīng)用實(shí)踐型教材可以增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)知能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流表達(dá)能力。實(shí)踐型教材應(yīng)由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富的教師撰寫。此系列教材的作者不但從事多年的計(jì)算機(jī)教學(xué)，而且參加并完成了多項(xiàng)計(jì)算機(jī)類的科研項(xiàng)目，把他們積累的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、智慧、素質(zhì)融合于教材中，奉獻(xiàn)給計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的教學(xué)。我們?cè)诮M織本系列教材過程中，雖然經(jīng)過了詳細(xì)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(qǐng)讀者指正。

內(nèi)容概要

本書共7章，內(nèi)容包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)及軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML、虛擬現(xiàn)實(shí)建模工具3ds Max、虛擬現(xiàn)實(shí)制作工具cult3D以及綜合實(shí)例制作。    本書具有面向?qū)嵺`、重在應(yīng)用的特點(diǎn)，在闡述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重介紹具有代表性的虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)軟件的使用方法，以大量的典型實(shí)例貫穿其中，使讀者能夠在較短的時(shí)間里由淺人深地了解、認(rèn)識(shí)和掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并具備運(yùn)用VR開發(fā)工具制作三維交互、效果逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的能力。同時(shí)，本書配有各章習(xí)題，且電子教案、使用的素材文件及實(shí)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(jì)算機(jī)及電子信息類專業(yè)學(xué)生的教材，對(duì)于從事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的行業(yè)、企業(yè)工程技術(shù)人員以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)愛好者也具有一定的參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論  1.1　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展史  1.2　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念  1.3　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征  1.4　虛擬現(xiàn)實(shí)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(qiáng)式VR系統(tǒng)    1.4.4　分布式VR系統(tǒng)  1.5　虛擬現(xiàn)實(shí)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(jì)與規(guī)劃    1.5.3　科學(xué)計(jì)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(shí)技術(shù)的研究現(xiàn)狀    1.6.1　國(guó)外的研究現(xiàn)狀　　1.6.2　國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀    思考題第2章　虛擬現(xiàn)實(shí)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(dòng)鼠標(biāo)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(jī)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(shí)硬件系統(tǒng)的集成    思考題第3章　虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)的建模軟件  3.2　視覺實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制技術(shù)    3.2.1　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制技術(shù)的基本原理    3.2.2　基于圖形的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制技術(shù)    3.2.3　基于圖像的實(shí)時(shí)動(dòng)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(yǔ)音合成技術(shù)  3.4　人機(jī)自然交互技術(shù)    3.4.1　手勢(shì)識(shí)別技術(shù)    3.4.2　面部表情識(shí)別技術(shù)    3.4.3　眼動(dòng)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(shí)開發(fā)軟件工具集　思考題第4章　虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言VRML第5章　虛擬現(xiàn)實(shí)建模工具3ds Max第6章　虛擬現(xiàn)實(shí)制作工具Cult3D第7章　綜合實(shí)例制作　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概論虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，VR)是20世紀(jì)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(jì)算機(jī)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(gè)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(rèn)為是21世紀(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)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(jī)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(shí)還為人們探索宏觀世界和微觀世界的運(yùn)動(dòng)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(jì)、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(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。有關(guān)人士認(rèn)為：20世紀(jì)80年代是個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)代，20世紀(jì)90年代是網(wǎng)絡(luò)和多媒體的時(shí)代，而21世紀(jì)則將是VR的時(shí)代。

編輯推薦

《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》特點(diǎn)：《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》突出實(shí)用特點(diǎn)，采用典型案例分析的方法進(jìn)行編寫，將虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)理論與實(shí)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(rèn)識(shí)、掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并能具備運(yùn)用VR開發(fā)工具制作三維交互、效果逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的能力。同時(shí)，《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)》各章配有習(xí)題，使用的素材文件及實(shí)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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