VR虚拟现实虚拟现实技术与应用实践Word格式.docx
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开本787×
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字数350000定价18.50元
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版权所有XX
前言
近几年来,虚拟现实(VirtualReality)技术成为一项十分热门的技术,越来越多的人员投身
到这个研究领域,致力于虚拟现实技术的研究、开发及应用推广。
虚拟现实技术、理论分析和科
学实验已成为人类探索客观世界规律的三大手段。
据权威人士断言,虚拟现实技术将是21世纪
信息技术的代表,由此可见其重要性。
虚拟现实技术给我们带来了什么?
第一,它改变了我们的观念,从以前的“以计算机为中心”
变为“人是信息技术的主体”;
第二,它改进了人机交互方式,由过去人机之间枯燥、被动的方
式变成了人通过手和声音等自然的交互方式与机器交流,人机融为一体;
第三,改变了人们生活
与娱乐的方式。
总之,虚拟现实技术的出现必将对我们的生活、工作带来巨大的冲击,虚拟现实
技术是一个值得关注的重要技术。
虚拟现实技术是20世纪以来科学技术进步的结晶,在虚拟现实系统中集中体现了计算机技
术、计算机图形学、传感技术、人体工程学、人机交互理论等多个领域的最新成果。
也正是由于
这些特点及其在应用中的魅力,深深地吸引了科技界的研究人员进行孜孜不倦的探索,但同时我
们也意识到,我国虚拟现实技术的水平离人们心目中追求的目标尚有较大的距离,与国外虚拟现
实技术的研究与应用也存在较大的差距,因此该项技术需要我们进一步研究、开发及完善。
现在
存在的问题有:
硬件方面相应的交互设备较少,现有的设备价格十分昂贵;
软件工具方面存在着
语言专业性过强、通用性差、开发费用高等问题。
同时,有关嗅觉和味觉的建模和传感技术在虚
拟现实中的应用还没有实现,即使对于目前相对较成熟的视觉、听觉和触觉的建模和再现技术,
要达到理想的真实感和实时性仍然有较大的距离。
美国一家杂志社在评选影响未来的十大科学技术时,评选结果为Internet位居第一,虚拟现
实技术名列第二。
最近几年来,Internet的应用变得十分广泛,媒体也吵得沸沸扬扬,相比之下,
虚拟现实技术仍像刚刚问世的电脑、互联网络一样,还没有引起人们的足够重视。
该项技术在国
内介绍较少,业界也重视不足。
基于以上几个原因,我们觉得有必要在高等教育中增加有关虚拟现实技术的教学内容,吸引
更多的人去了解它、关注它、研究它、应用它,以推动我国虚拟现实技术的发展。
目前虚拟现实技术的应用面较广,涉及军事、航空、教育、建筑、医学、工业、文化、艺术
与娱乐等领域。
本书在编写中主要侧重于虚拟现实技术的应用,在书中介绍虚拟现实技术的基本
概念、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实中的相关技术,还介绍了基于实用的几个桌面虚拟现
实工具软件,而有关虚拟现实技术的理论如建模方法、优化、压缩算法及程序等内容可参阅其他
有关资料。
本书在介绍虚拟现实技术必要理论的同时,主要侧重于系统介绍虚拟现实系统的硬件与软件
以及桌面虚拟现实工具软件的使用。
全书共有6个章节:
II前言
第1章概论,主要介绍虚拟现实技术的概念、组成、特性,并对虚拟现实技术在各领域的应
用及国内外的研究现状、应用现状作了介绍。
第2章虚拟现实系统的硬件设备,主要介绍虚拟世界的生成设备、虚拟世界的感知设备、空
间位置跟踪定位设备和面向自然的人机交互设备的功能、特点及应用情况。
第3章虚拟现实系统的相关技术与软件,主要介绍有关的环境建模技术、实时三维图形绘制
技术、三维虚拟声音的显示技术、面向自然的交互与传感技术和碰撞检测技术及基于网络的
Web3D技术等。
第4章全景技术,主要介绍全景技术的分类、特点及全景照片的拍摄方法与原则,并给出了
几种全景图制作实例。
第5章网络三维互动Cult3D,主要介绍了一种用于网络互动展示的软件Cult3D,并通过实
例讲解,使读者能掌握其基本的使用方法。
第6章虚拟现实建模语言VRML,VRML是一种广泛应用于互联网的虚拟建模语言。
本章
讲述了其发展状况、语法、浏览器的使用等,并通过实例来讲解VRML语言的使用。
本书在编写中注重实用,在内容方面力求做到全面而系统,使读者能通过此书快速入门并达
到掌握应用的目的。
本书第1、2、3、4、5章由胡小强编写,第6章由吴北新编写,在编写过程中得到况扬、汪
艳、徐翔红、高昆等同志的帮助,在此表示感谢。
本书承浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室多媒体与虚拟现实研究室主任潘
志庚研究员主审,在此,对他所提的宝贵意见表示感谢,编者对此也已作了相应的修改与补充。
另外,需要本书相关软件及素材的读者可以通过E-mail与VRBook@联系。
由于当前虚拟现实技术发展迅速,加之作者水平有限,时间仓促,书中错漏之处在所难免,
恳请读者批评指正。
编者
于江西科技师范学院
2004年2月
出版说明
为认真贯彻《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》和《面向21世
纪教育振兴行动计划》,研究高职高专教育跨世纪发展战略和改革措施,整体推进高职高专教学
改革,教育部决定组织实施《新世纪高职高专教育人才培养模式和教学内容体系改革与建设项目
计划》(教高[2000]3号,以下简称《计划》)。
《计划》的目标是:
“经过五年的努力,初步形成
适应社会主义现代化建设需要的具有中国特色的高职高专教育人才培养模式和教学内容体系。
”
《计划》的研究项目涉及高职高专教育的地位、作用、性质、培养目标、培养模式、教学内容与
课程体系、教学方法与手段、教学管理等诸多方面,重点是人才培养模式的改革和教学内容体系
的改革,先导是教育思想的改革和教育观念的转变。
与此同时,为了贯彻落实《教育部关于加强
高职高专教育人才培养工作的意见》(教高[2000]2号)的精神,教育部高等教育司决定从2000
年起,在全国各省市的高等职业学校、高等专科学校、成人高等学校以及本科院校的职业技术学
院(以下简称高职高专院校)中广泛开展专业教学改革试点工作,目标是:
在全国高职高专院校
中,遴选若干专业点,进行以提高人才培养质量为目的、人才培养模式改革与创新为主题的专业
教学改革试点,经过几年的努力,力争在全国建成一批特色鲜明、在国内同类教育中具有带头作
用的示范专业,推动高职高专教育的改革与发展。
教育部《计划》和专业试点等新世纪高职高专教改项目工作开展以来,各有关高职高专院校
投入了大量的人力、物力和财力,在高职高专教育人才培养目标、人才培养模式以及专业设置、
课程改革等方面做了大量的研究、探索和实践,取得了不少成果。
为使这些教改项目成果能够得
以固化并更好地推广,从而总体上提高高职高专教育人才培养的质量,我们组织了有关高职高专
院校进行了多次研讨,并从中遴选出了一些较为成熟的成果,组织编写了一批“新世纪高职高专
教改项目成果”教材。
这些教材结合教改项目成果,反映了最新的教学改革方向,很值得广大高
职高专院校借鉴。
新世纪高职高专教改项目成果教材适用于高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院
校举办的二级职业技术学院、继续教育学院和民办高校使用。
高等教育出版社
2002年11月30日
目录I
第1章概论贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩1
1.1虚拟现实技术概述贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩2
1.1.1VR技术的发展过程贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩2
1.1.2VR技术的概念与构成贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩3
1.1.3VR技术的特征及意义贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩5
1.1.4VR技术与三维动画技术的异同贩贩贩贩贩7
1.2虚拟现实系统的分类贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩8
1.2.1沉浸式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩8
1.2.2桌面式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩10
1.2.3增强式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩11
1.2.4分布式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩11
1.3虚拟现实技术的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩13
1.3.1军事与航空航天贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩13
1.3.2教育与训练贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩16
1.3.3商业应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩19
1.3.4建筑设计与规划贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩20
1.3.5医学领域的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩21
1.3.6工业应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩22
1.3.7影视娱乐界的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩23
1.4虚拟现实技术研究现状与研究
方向贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩24
1.4.1VR技术的现状贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩24
1.4.2VR技术的局限性贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩26
1.4.3VR技术的研究方向贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩27
本章小结贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩27
习题与思考题贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩28
第2章虚拟现实系统的硬件
设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩29
2.1虚拟世界的生成设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩29
2.2虚拟世界的感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩31
2.2.1视觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩31
2.2.2听觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩41
2.2.3触觉、力觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩42
2.3空间位置跟踪定位设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩44
2.3.1磁跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩45
2.3.2光学跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩46
2.3.3机械跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩46
2.3.4声学跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩47
2.3.5惯性位置跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩48
2.3.6图像提取跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩48
2.4面向自然的人机交互设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩48
2.4.1数据手套贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩48
2.4.2数据衣贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩50
2.4.3三维控制器贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩51
2.4.4三维模型数字化仪贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩52
本章小结贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩53
习题与思考题贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩54
第3章虚拟现实系统的相关
技术与软件贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩55
3.1环境建模技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩55
3.1.1几何建模技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩56
3.1.2物理建模技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩56
3.1.3行为建模技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩57
3.2实时三维图形绘制技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩57
3.2.1基于几何图形的实时绘制
技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩58
3.2.2基于图像的实时绘制技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩59
3.3三维虚拟声音的显示技术贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩60
3.3.1三维虚拟声音的概念与作用贩贩贩贩贩贩贩60
3.3.2三维虚拟声音的特征贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩61__
II目录
3.3.3人类的听觉模型与头相关
转移函数·
·
61
3.3.4语音识别与合成技术·
62
3.4自然交互与传感技术·
63
3.4.1手势识别·
3.4.2面部表情识别·
64
3.4.3眼动跟踪·
3.4.4触觉、力觉反馈传感技术·
65
3.5碰撞检测技术·
66
3.6虚拟现实工具软件·
67
3.7Web3D技术与软件·
68
3.7.1Web3D技术特点·
3.7.2Web3D应用工具软件·
69
3.7.3Web3D应用与发展·
72
本章小结·
73
习题与思考题·
第4章全景技术·
74
4.1全景技术概述·
4.1.1全景技术的特点及应用·
75
4.1.2全景技术的分类·
4.2常见全景技术软件·
77
4.2.1QuickTimeVR·
78
4.2.2IPIX全景图片技术·
79
4.2.3PixMaker全景图片技术·
80
4.2.4PhotoVista全景图片技术·
4.2.5Jietusoft全景图片技术·
4.3全景图制作硬件·
4.3.1数码相机·
81
4.3.2鱼眼镜头·
82
4.3.3全景头·
83
4.4全景照片拍摄方法与原则·
85
4.4.1全景照片的拍摄方法·
4.4.2数码相机的拍摄原则·
88
4.5全景图制作实例·
89
4.5.1柱形全景制作实例·
4.5.2球形与立方体形全景制作实例·
94
4.5.3对象全景制作实例·
101
105
第5章网络三维互动
Cult3D·
106
5.1Cult3D概述·
5.1.1Cult3D应用简介·
107
5.1.2Cult3D的组成·
109
5.1.3Cult3D的工作流程·
5.1.4Cult3D模型的导出·
110
5.2Cult3D窗口简介·
117
5.2.1SceneGraph(场景图形)
窗口·
5.2.2Actions(行为)窗口·
118
5.2.3EventMap(事件映射)窗口·
121
5.2.4StageWindow(演示窗口)·
123
5.2.5Objectpositionandorientation
(对象位置和方向)窗口·
124
5.2.6Events(事件)窗口·
5.2.7Objectproperties(对象属性)
窗口·
125
5.3Cult3D应用·
5.3.1制作基本三维演示·
5.3.2制作三维交互演示·
131
5.3.3Cult3D的应用展示·
144
150
第6章虚拟现实建模语言
VRML·
151
6.1VRML虚拟现实建模语言·
6.1.1VRML基本概念·
6.1.2VRML文件的基本特点·
152
6.1.3VRML场景的编辑与浏览·
155
6.2在场景中建造基本几何模型·
159
6.2.1外形节点Shape的使用·
6.2.2构建虚拟场景的几何造型
geometry域·
目录III
6.2.3创建基本几何造型·
160
6.2.4在虚拟场景中添加文本造型·
163
6.3在场景中构建复杂造型·
165
6.3.1虚拟场景中点、线、面的
创建·
6.3.2构造离散点的集合造型·
6.3.3构造空间折线造型·
167
6.3.4构造空间平面集合造型·
168
6.4设置虚拟造型的外观·
170
6.4.1设置虚拟对象的外观和
材质·
6.4.2为几何体添加纹理·
173
6.4.3纹理的变换·
175
6.5虚拟造型群节点的使用·
6.5.1编组节点的使用·
6.5.2空间坐标变换节点的使用·
177
6.6构建虚拟现实的环境·
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- VR 虚拟现实 技术 应用 实践