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虚拟现实技术基础与应用

作者：主编 李建 王芳 副主编 张天伍 杨爱云 李雨恒

ISBN：978-7-111-60162-3

所属丛书：高等教育规划教材



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配套资源：电子课件、源代码、素材

申请样书，配套资源均可在本页面申请下载，也可联系微信15910938545直接索取

《虚拟现实技术基础与应用》力求全面系统的描述虚拟现实技术的概念、发展趋势、硬件设备、软件技术以及虚拟现实技术开发的基础知识等。全书共有7章，详细介绍了虚拟现实的概念和发展现状、虚拟现实的关键技术、虚拟现实系统的硬件设备和相关软件、全景摄影和全景图技术、Unity虚拟现实开发平台的基础知识和开发案例等。本书既可以作为高等院校虚拟现实、数字媒体技术、计算机应用等相关专业的基础教材，也为所有对虚拟现实技术感兴趣的读者，提供了一本较为翔实的入门教程。

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装订：平装

编辑：解芳

开本：16

出版日期：
2018-07-10

字数：365 千字

最新版印次：1-6

最新印次时间：2022-01-05

定价：49.0

cip：2018124199

图书简介

配套资源：电子课件、源代码、素材

申请样书，配套资源均可在本页面申请下载，也可联系微信15910938545直接索取

《虚拟现实技术基础与应用》力求全面系统的描述虚拟现实技术的概念、发展趋势、硬件设备、软件技术以及虚拟现实技术开发的基础知识等。全书共有7章，详细介绍了虚拟现实的概念和发展现状、虚拟现实的关键技术、虚拟现实系统的硬件设备和相关软件、全景摄影和全景图技术、Unity虚拟现实开发平台的基础知识和开发案例等。本书既可以作为高等院校虚拟现实、数字媒体技术、计算机应用等相关专业的基础教材，也为所有对虚拟现实技术感兴趣的读者，提供了一本较为翔实的入门教程。

章节目录

前言第1章 虚拟现实技术概述1

1.1 虚拟现实概念1

1.1.1 基本概念1

1.1.2 虚拟现实技术的特性4

1.1.3 虚拟现实系统的组成5

1.2 虚拟现实技术的发展6

1.2.1 虚拟现实技术发展历程6

1.2.2 国内外的虚拟现实技术研究8

1.2.3 虚拟现实技术发展趋势11

1.3 虚拟现实技术的分类12

1.3.1 沉浸式虚拟现实系统12

1.3.2 增强式虚拟现实系统12

1.3.3 桌面式虚拟现实系统13

1.3.4 分布式虚拟现实系统13

1.4 虚拟现实产业发展现状与前景13

1.4.1 国内虚拟现实产业发展情况13

1.4.2 国外虚拟现实产业发展情况14

1.4.3 虚拟现实产业链15

1.4.4 虚拟现实产业发展前景15

1.5 增强现实与混合现实技术16

1.5.1 增强现实与混合现实的概念16

1.5.2 虚拟现实与增强现实、混合现实的区别17

1.6 虚拟现实技术典型应用——虚拟博物馆18

1.6.1 虚拟博物馆及其发展现状18

1.6.2 虚拟博物馆的特点20

1.6.3 虚拟博物馆的应用技术21

1.6.4 虚拟博物馆的发展趋势22

小结23

习题24

第2章 虚拟现实的关键技术25

2.1 立体高清显示技术25

2.1.1 立体视觉形成原理25

2.1.2 立体高清显示技术分类27

2.2 三维建模技术30

2.2.1 几何建模31

2.2.2 物理建模34

2.2.3 运动建模35

2.3 三维虚拟声音技术36

2.3.1 三维虚拟声音的特征36

2.3.2 头部相关传递函数36

2.3.3 语音识别与合成技术37

2.4 人机交互技术38

2.4.1 手势识别技术38

2.4.2 面部表情识别技术39

2.4.3 眼动跟踪技术41

2.4.4 其他感觉器官的反馈技术42

2.5 虚拟现实引擎43

2.5.1 虚拟现实引擎概述43

2.5.2 虚拟现实引擎架构44

小结45

习题45

第3章 虚拟现实系统的硬件设备46

3.1 虚拟现实系统的生成设备46

3.1.1 高性能个人计算机46

3.1.2 高性能图形工作站47

3.1.3 巨型机48

3.1.4 分布式网络计算机49

3.2　虚拟现实系统的输入设备50

3.2.1 跟踪定位设备50

3.2.2　人机交互设备55

3.2.3 快速建模设备56

3.3　虚拟现实系统的输出设备58

3.3.1 视觉感知设备58

3.3.2 听觉感知设备68

3.3.3 触觉感知设备71

3.3.4 肌肉/神经交互设备74

3.3.5 语言交互设备75

3.3.6 意念控制设备75

3.3.7 三维打印机76

小结77

习题77

第4章 虚拟现实开发软件和语言79

4.1 三维设计软件79

4.1.1 3ds Max79

4.1.2 Lumion82

4.2　虚拟现实开发平台84

4.2.1 Unity85

4.2.2 VRP87

4.2.3 Virtools90

4.2.4 Unreal Engine92

4.3　虚拟现实开发语言95

4.3.1 OpenGL96

4.3.2 VRML97

4.3.3 C#98

4.3.4 C++100

小结101

习题102

第5章 三维全景技术103

5.1 三维全景概述103

5.1.1 三维全景的概念103

5.1.2 三维全景应用领域105

5.2 全景照片的拍摄硬件106

5.2.1 全景制作常见硬件106

5.2.2 VR全景视频设备107

5.3 全景图的制作111

5.3.1 制作流程111

5.3.2 全景拼图软件PTGui Pro的基本操作114

5.3.3 手机端360°全景图制作步骤118

5.3.4 全景航拍及应用简介121

5.3.5 VR全景图的制作123

小结126

习题126

第6章 Unity开发基础128

6.1 一个Unity简单案例128

6.2 Unity窗口界面136

6.2.1 创建Unity项目136

6.2.2 Scene与场景漫游136

6.2.3 Hierarchy面板与场景搭建138

6.2.4 Project与资源管理140

6.2.5 Inspector与组件管理140

6.3　物理引擎和碰撞检测142

6.3.1 碰撞器142

6.3.2 物理引擎和刚体143

6.3.3 碰撞检测144

6.4 Unity资源147

6.4.1 Terrain地形系统147

6.4.2 3D模型对象152

6.4.3 材质贴图153

6.4.4 灯光155

6.4.5 摄像机157

6.4.6 音频159

6.5 Unity图形用户界面162

6.5.1 GUI图形用户界面162

6.5.2 UGUI图形用户界面162

6.5.3 常用输入类165

6.6 Mecanim动画系统165

6.6.1 Unity动画系统概述165

6.6.2 动画剪辑166

6.6.3 动画状态机167

6.7 简单应用举例171

6.7.1 创建地形171

6.7.2 场景搭建171

6.7.3 获取能量和炮弹172

6.7.4 攻击敌方坦克174

6.7.5 声音特效175

6.7.6 发布测试177

小结179

习题179

第7章 综合开发案例183

7.1 项目开发流程与组织183

7.1.1 项目开发流程183

7.1.2 项目开发的组织184

7.2 虚拟现实应用案例——虚拟装修184

7.2.1 应用的背景及功能概述184

7.2.2 应用的策划及准备工作185

7.2.3 应用的架构191

7.2.4 应用的界面设计191

7.2.5 应用的美术资源设计193

7.2.6 应用的逻辑开发194

7.2.7 应用界面的完善204

7.2.8 应用的优化与改进204

7.2.9 打包与发布204

7.3 增强现实应用案例——涂涂乐205

7.3.1 应用的背景及功能概述205

7.3.2 应用的策划及准备工作206

7.3.3 应用的架构206

7.3.4 应用的界面设计207

7.3.5 应用的美术资源设计209

7.3.6 应用的逻辑开发210

7.3.7 应用的优化与改进211

7.3.8 打包与发布212

7.4 混合现实应用案例——虚拟试衣间212

7.4.1 应用的背景及功能概述212

7.4.2 应用的策划及准备工作213

7.4.3 应用的架构215

7.4.4 应用的界面设计215

7.4.5 应用的美术资源设计219

7.4.6 应用的逻辑开发220

7.4.7 应用界面的完善229

7.4.8 应用的优化与改进229

7.4.9 打包与发布229

小结230

参考文献231

前言/序言展开
+收缩 —

前 言虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是指采用以计算机技术为核心的现代高科技手段生成一种虚拟环境，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中，与虚拟世界中的物体进行自然的交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受。
自20世纪50年代起，虚拟现实技术从模糊的概念、缓慢发展、快速成长到产品落地，并运用到军事、工业、地理与规划、建筑可视化、教育文化等领域。头戴3D显示器是沉浸式VR设备的雏形，Nintendo、Olympus、Sony相继推出过头戴3D显示器产品，但因软硬件、内容不成熟未能形成市场规模。2013年以来，显示器分辨率、显卡GPU并行渲染和3D实时建模能力、网络速度等技术的快速提升带来了VR设备的轻量化、便捷化和精细化，大幅提升了VR设备的体验。2014年FaceBook以20亿美金收购Oculus，Samsung、Google、Sony、HTC等国际消费电子巨头均加入VR设备研发，推出大量沉浸式VR设备，并不断更新换代，让电子科技公司、手机制造商、科技创业公司等看到市场前景，各大厂商和投资机构纷纷投资，各个领域都普遍看好VR产业的未来，VR市场潜力巨大。2016年初，全球领先的国际投资银行高盛集团发布了《VR与AR：解读下一个通用计算平台》的行业报告，全世界迎来了虚拟现实发展的新浪潮，于是2016年被专家和媒体称为VR元年。
面对硬件技术的日益成熟，在VR内容设计和产出方面的技术人才正在成为制约VR产业发展的重要瓶颈。据Linkedin发布的《2016全球VR人才报告》显示，中国VR行业人才需求占比高达18%，成为全球第二大VR市场，但人才市场供给量只占全球的2%。随着VR人才需求的增加，国内不少教育机构和高校也积极布局VR教育，把VR开发及相关课程纷纷列入人才培养和教学计划之中，并建立了虚拟现实技术相关的实验室。
为满足社会和高校对虚拟现实学科建设和教材的需求，以及广大虚拟现实爱好者的学习需求，我们编写了本书。本书较系统地介绍了虚拟现实技术的概念、发展历程、未来趋势、硬件设备、软件技术、开发平台及应用领域等，并通过实战案例，系统地介绍了虚拟现实应用开发的全过程。虚拟现实理论知识与实践经验耦合度高，在注重理论知识学习的基础上，应具备一定的实际操作能力。因此本书有以下突出特点：理论联系实际，理论、应用和案例相结合；由浅入深，图文并茂，易于理解；注重实践应用，包括应用开发环境、典型应用案例等，使读者能在短时间内全面了解虚拟现实应用开发的相关知识和实用技术。
本书能对立志于虚拟现实技术应用开发的读者起到引领入门的作用，既可以作为高等院校数字媒体技术（艺术）、计算机科学与技术、计算机应用等相关专业虚拟现实方向的基础教材，又能够给社会和高校中对虚拟现实技术感兴趣的读者，提供翔实的学习资料。编者期望通过本书的出版能够达到普及知识、掌握技术、面向应用、开阔思路等目的。
本书主要包括以下内容。
第1章，介绍了虚拟现实技术的概念、特性、发展历程，虚拟现实产业的发展现状和应用前景，分析了VR、AR、MR的概念、区别和联系。
第2章，虚拟现实是多种技术的综合，本章主要介绍了其关键技术，包括立体高清显示技术、三维建模技术、三维虚拟声音技术、人机交互技术等。
第3章，介绍了虚拟现实的硬件设备，包括生成设备、输入设备和输出设备。
第4章，介绍了虚拟现实开发的相关软件，包括3ds Max、Lumion等三维建模软件，Unity、VRP、Unreal Engine等虚拟现实开发平台，以及C#、OpenGL、C++等相关开发语言。
第5章，介绍了三维全景的基本概念，三维全景图及VR全景图的制作方法。
第6章，介绍了Unity虚拟现实开发平台的基本开发流程，包括Unity窗口界面组成、物理引擎和碰撞检测、各种资源（3D模型、Terrain地形、材质贴图、灯光、音频、摄像机等）、UGUI界面开发、Mecanim动画系统等。
第7章，以项目开发实战的形式，详细介绍了3个综合案例的完整开发流程。从项目背景、策划与准备，到项目架构、UI设计、逻辑开发，再到项目优化与发布等，对虚拟现实项目开发的技术人员和初学者极有帮助。
本书由李建、王芳主编，张天伍、杨爱云、李雨恒任副主编，其中第1章、第5章由李建编写，第2章由杨爱云编写，第3章由张天伍编写，第4章、第6章由王芳编写，第7章由李雨恒编写。中原工学院信息商务学院郭欣、河南中医药大学闫培玲和王雨佳参与了部分章节的编写工作。书中综合案例由河南云和数据信息技术有限公司虚拟现实研发部经理李雨恒设计并实现，李建对全书进行了统稿。
在本书编写过程中，参阅了大量的书籍、文献资料和网络资源，得到了河南云和数据信息技术有限公司领导的大力支持，在此向所有资源的作者及相关单位的支持表示衷心感谢。由于作者水平和时间所限，加之虚拟现实技术发展迅速、日新月异，书中难免存在局限和错误等不足之处，欢迎广大读者不吝指正，沟通交流，以促进我国虚拟现实产业和虚拟现实技术的不断发展和进步。

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虚拟现实技术基础与应用—主编李建王芳副主编张天伍杨爱云李雨恒