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第1章 绪论1

1.1 虚拟现实（VR）概念1

1.1.1 VR定义1

1.1.2 VR历史起源1

1.1.3 VR技术优点2

1.2 VR系统特征与基本组成3

1.2.1 VR系统特征3

1.2.2 VR系统基本组成5

1.3 VR系统分类8

1.3.1 桌面式VR系统8

1.3.2 头盔显示或沉浸式VR系统9

1.3.3 增强叠加显示VR系统10

1.3.4 分布式VR系统10

1.4 VR技术应用领域12

思考题13

参考文献14

第2章 人的能力及特征15

2.1 信息接受16

2.1.1 感觉和知觉的特征16

2.1.2 视觉机能及其特征23

2.1.3 听觉35

2.1.4 其他感觉机能与特征41

2.2 人的信息处理系统45

2.2.1 信息存储45

2.2.2 分析、综合46

2.2.3 决策47

2.2.4 信息处理能力47

2.3 执行器48

2.3.1 肌肉和骨骼48

2.3.2 人的运动输出54

思考题61

参考文献62

第3章 视景生成理论63

3.1 概述63

3.1.1 视景生成系统组成63

3.1.2 视景生成工作过程63

3.2 视景的内部表示65

3.2.1 图形学表示65

3.2.2 图像表示66

3.2.3 视景的高层内部表示67

3.3 生成真实感三维图形的基本理论68

3.3.1 曲线曲面的数学基础69

3.3.2 光线跟踪技术78

3.3.3 辐射度方法81

思考题81

参考文献82

第4章 虚拟现实系统的常用算法83

4.1 概述83

4.2 真实感图形的绘制83

4.2.1 消隐算法84

4.2.2 光照模型87

4.2.3 纹理映射92

4.3 层次细节简化技术101

4.3.1 LOD技术101

4.3.2 网格简化算法103

4.3.3 基于顶点聚类的模型简化算法104

4.3.4 基于删除操作的模型简化算法106

4.3.5 基于渐进网格的模型简化算法107

4.4 碰撞检测108

4.4.1 概述108

4.4.2 包围盒法111

思考题115

参考文献116

第5章 虚拟现实人—机交互设备118

5.1 立体显示原理118

5.1.1 人眼的结构与立体视觉机制118

5.1.2 立体显示原理120

5.2 立体显示设备129

5.2.1 HMD130

5.2.2 BOOM134

5.2.3 立体眼镜135

5.2.4 立体投影显示137

5.2.5 3D显示器139

5.2.6 墙式立体显示器139

5.3 虚拟环境中的位置跟踪设备141

5.3.1 位置跟踪的方式142

5.3.2 位置跟踪器的性能指标143

5.3.3 位置跟踪技术的类型146

5.3.4 虚拟现实系统中不良跟踪的后果152

5.4 触觉与力觉反馈装置153

5.4.1 触觉与力觉反馈的原理153

5.4.2 触觉与力觉反馈装置的种类155

5.5 VR的3D声音系统159

5.6 VR硬件的系统集成161

思考题164

参考文献164

第6章 手势的合成与识别166

6.1 概述166

6.2 人手结构特点及运动特性168

6.2.1 关节的运动分析170

6.2.2 关节的约束170

6.3 手势合成172

6.4 手势识别173

6.4.1 手势识别原理173

6.4.2 手势建模与手势输入175

6.4.3 手势识别方法178

思考题185

参考文献185

第7章 开发环境和开发平台187

7.1 图形API：OpenGL和Direct3 D187

7.1.1 OpenGL187

7.1.2 Direct3D188

7.2 三维视景生成软件189

7.2.1 IRIS Performer189

7.2.2 Vega193

7.2.3 Vega Prime196

7.2.4 VTree197

7.2.5 Virtools199

7.3 硬件计算平台201

7.3.1 Silicon Graphics-Onyx4201

7.3.2 SGIOnyx300202

7.3.3 simFUSION 6000203

7.4 小结204

思考题205

参考文献205

第8章 飞行器的虚拟制造206

8.1 概述206

8.1.1 虚拟制造的概念206

8.1.2 虚拟制造的分类207

8.1.3 虚拟制造的主要特点209

8.2 虚拟制造的关键技术210

8.2.1 建模技术210

8.2.2 仿真技术211

8.2.3 虚拟现实技术211

8.3 虚拟制造的应用领域212

8.4 虚拟制造技术在航空领域应用的成功案例215

8.4.1 三维数字化飞机设计制造技术215

8.4.2 波音飞机的虚拟制造217

8.4.3 我国首架数字化电子样机217

思考题218

参考文献219

第9章 虚拟现实技术在航天工程中的典型应用221

9.1 哈勃太空望远镜维护的虚拟训练221

9.1.1 哈勃太空望远镜的概况221

9.1.2 虚拟训练技术223

9.1.3 训练及评价方法225

9.2 虚拟风洞技术226

9.2.1 风洞与虚拟风洞的概念226

9.2.2 虚拟风洞的系统基本组成228

9.2.3 虚拟风洞软件工具235

9.2.4 虚拟风洞技术的发展方向236

9.3 虚拟现实技术在航天工效学研究中的应用238

9.3.1 空间实验室舱内视觉环境研究238

9.3.2 虚拟环境中人的操作判断及反应特性研究241

9.3.3 航天器交会对接人工控制设计与人—机结合特性研究242

9.3.4 虚拟环境下的认知工效学研究245

思考题256

参考文献257