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第一章 虚拟现实技术概论1

1.1 虚拟现实技术的概念和发展1

1.2 虚拟现实系统的分类6

1.2.1 按数据流向进行分类7

1.2.2 按时间和空间进行分类8

1.2.3 按传感器与人的感觉器官进行分类9

1.2.4 按隔离和融合进行分类10

1.3 虚拟现实系统的硬件组成10

1.3.1 虚拟世界生成设备11

1.3.2 感知设备11

1.3.3 跟踪设备12

1.3.4 基于自然方式的人机交互设备13

1.4 虚拟现实系统的体系结构13

1.4.1 非分布式虚拟现实体系结构13

1.4.2 分布式虚拟现实体系结构14

1.5 虚拟现实的研究内容20

1.6 增强现实技术与随身增强现实技术24

1.6.1 增强现实的定义24

1.6.2 增强现实系统的实现分类及其优缺点分析25

1.6.3 增强现实与虚拟现实比较28

1.6.4 增强现实的关键技术29

1.6.5 随身增强现实系统30

参考文献31

第二章 虚拟现实系统典型硬件装置33

2.1 简介33

2.2 立体显示原理34

2.2.1 人眼的结构与立体视觉机制34

2.2.2 立体显示原理35

2.3 虚拟现实立体显示器41

2.3.1 台式立体监示器显示系统41

2.3.2 头盔式立体显示器42

2.3.3 洞穴式立体显示装置(CAVE)46

2.3.4 响应工作台立体显示装置49

2.3.5 墙式立体显示装置51

2.4 位置跟踪器54

2.4.1 位置跟踪器的性能指标55

2.4.2 位置跟踪技术分类及其典型技术56

2.4.3 虚拟现实系统对位置跟踪器的性能要求62

2.5 触觉与力觉反馈装置64

2.5.1 触觉反馈装置65

2.5.2 力觉反馈装置68

2.6 虚拟现实的交互设备——传感手套70

参考文献74

第三章 真实感图形的实时绘制技术76

3.1 图形学基础76

3.1.1 虚拟场景表示76

3.1.2 场景坐标系79

3.1.3 取景变换79

3.1.4 光栅化85

3.2 消隐85

3.2.1 景物空间消隐算法86

3.2.2 图象空间消隐算法88

3.3 光亮度计算90

3.3.1 Phong光照明模型90

3.3.2 增量光亮度计算91

3.4 纹理映射技术95

3.4.1 纹理映射原理95

3.4.2 投影纹理映射技术96

3.4.3 两步法纹理映射技术97

3.5 实时消隐技术99

3.5.1 层次Z缓存算法99

3.5.2 可见性预计算技术103

3.6 大规模复杂场景的实时漫游系统104

3.6.1 场景数据的管理104

3.6.2 场景加载管理106

3.6.3 场景层次结构的管理107

3.6.4 纹理数据的管理108

3.6.5 实时漫游系统的实例109

3.7 小结111

参考文献111

第四章 多细节层次模型生成和绘制116

4.1 简介116

4.2 基本概念119

4.2.1 重要性度量119

4.2.2 简化元操作120

4.2.3 网格简化算法的类型121

4.3 网格简化算法123

4.3.1 概述123

4.3.2 基本顶点聚类的模型简化算法126

4.3.3 基于删除操作的模型简化算法130

4.3.4 基于折叠操作的模型简化算法134

4.3.5 动态模型简化算法137

4.4 多分辨率模型生成算法141

4.4.1 简介141

4.4.2 MRM模型142

4.4.3 MRM模型自动生成算法145

4.4.4 多分辨率BSP树147

4.5 实时连续LOD模型绘制153

4.5.1 与视点无关的网格简化预处理153

4.5.2 与视点相关的实时网格简化算法155

参考文献159

第五章 基于图象的建模和绘制162

5.1 简介162

5.1.1 基于几何的建模和绘制163

5.1.2 基于图象的建模和绘制164

5.1.3 绘制流水线的比较165

5.1.4 IBMR的基本方法分类166

5.2 图象变换167

5.2.1 图象变换的前向映射和逆向映射技术167

5.2.2 图象变形技术170

5.3 相关的立体视觉理论174

5.3.1 摄象机定标175

5.3.2 对应点的寻找方法184

5.4 基于图象的建模技术187

5.4.1 全景图187

5.4.2 光场(light field)和照明图(lumigraph)190

5.4.3 同心圆拼图(concentric mosaics)193

5.5 基于图象的绘制196

5.5.1 视图变形技术196

5.5.2 基于光场的绘制200

5.5.3 基于同心拼图的绘制202

5.6 实例系统204

5.6.1 QuickTime VR Authoring Studio204

5.6.2 LightPack光场著作和绘制软件包207

5.7 我们的相关工作210

5.7.1 小波空间中基于图象的建模211

5.7.2 小波空间中的视图合成211

参考文献212

第六章 碰撞检测216

6.1 概述216

6.1.1 概念216

6.1.2 约束条件216

6.1.3 基本算法和典型问题218

6.2 时间步长问题的解决方法219

6.3 多物体对测试问题的解决方法220

6.4 两物体的碰撞检测方法225

6.4.1 包围盒层次法225

6.4.2 距离跟踪法238

6.5 特殊应用的碰撞检测247

6.5.1 触觉交互247

6.5.2 可变形物体248

6.5.3 基于体表示物体250

6.6 公开算法软件包简介251

6.7 小结252

参考文献252

第七章 三维真实感声音生成254

7.1 简介254

7.2 空间听觉感知254

7.2.1 方向的感知254

7.2.2 声源距离的感知257

7.3 室内声学仿真258

7.3.1 室内声学仿真方法概述258

7.3.2 虚声源算法259

7.3.3 声线跟踪算法262

7.3.4 声线跟踪与虚声源混合算法263

7.3.5 声音脉冲响应插值算法263

7.3.6 基于有限元法的室内声学仿真方法266

7.4 真实感声音的生成267

7.4.1 真实感声音生成的一般过程268

7.4.2 距离因素的实现269

7.4.3 方位因素的实现270

7.4.4 运动声源的模拟270

7.4.5 开发环境和实例271

参考文献272

第八章 面向实时漫游的虚拟现实造型语言VRML274

8.1 简介274

8.1.1 什么是VRML274

8.1.2 VRML发展的历史274

8.1.3 VRML的设计目标和准则275

8.1.4 VRML应用框架275

8.2 VRML世界的构造276

8.2.1 文件头276

8.2.2 场景图结构276

8.2.3 事件结构277

8.2.4 感知器277

8.2.5 脚本和插值器277

8.2.6 原型：封装和重用278

8.2.7 分布式场景278

8.2.8 VRML和WWW278

8.2.9 显示和交互278

8.3 VRML的组成元素279

8.3.1 基本定义279

8.3.2 域281

8.3.3 节点及实例化282

8.3.4 可扩展性283

8.3.5 原型PROTO和重用USE283

8.3.6 细节层次LOD285

8.4 交互控制特征286

8.4.1 事件和路由访问286

8.4.2 动画事件路径286

8.4.3 动画和时间287

8.4.4 动作感知器288

8.4.5 可见和接近感知器及碰撞检测288

8.4.6 脚本288

8.5 实例288

8.5.1 实例1288

8.5.2 实例2290

8.5.3 实例3291

8.6 小结294

参考文献294