虚拟现实与增强现实技术导论/普通高等教育“十三五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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娄岩 编

图书标签:

• 虚拟现实
• 增强现实
• VR
• AR
• 计算机科学
• 技术导论
• 十三五规划教材
• 高等教育
• 信息技术
• 人机交互

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030537362

版次：1

商品编码：12182135

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：269

字数：415000

正文语种：中文

内容简介

　　《虚拟现实与增强现实技术导论/普通高等教育“十三五”规划教材》紧随科技前沿，介绍虚拟现实技术的进展，着重介绍具有代表性的虚拟现实相关软件的使用方法。《虚拟现实与增强现实技术导论/普通高等教育“十三五”规划教材》侧重于普及与应用，大量的典型实例贯穿其中，使读者能够在较短的时间内由浅入深地认识虚拟现实技术。为了便于读者学习，
　　《虚拟现实与增强现实技术导论/普通高等教育“十三五”规划教材》对涉及的专业词汇进行了详细的注释。全书分为9章，分别介绍虚拟现实技术概论、虚拟现实的计算体系结构、虚拟现实系统的核心技术、虚拟现实系统的输入设备、虚拟现实系统的输出设备、三维全景技术、3dsMax三维建模、三维开发工具Unity3D和增强现实技术。
　　《虚拟现实与增强现实技术导论/普通高等教育“十三五”规划教材》可作为普通高等院校计算机公共基础课程的教学用书，也可作为计算机及电子信息类专业、数字媒体技术和教育技术专业的专用教材，还可作为从事虚拟现实技术的工程技术人员及虚拟现实技术爱好者的参考用书。

内页插图

目录

第1章 虚拟现实技术概论
1．1 虚拟现实技术的基本概念
1．1．1 虚拟现实技术的定义
1．1．2 虚拟现实技术的特性
1．1．3 虚拟现实系统的组成
1．2 虚拟现实系统的分类
1．2．1 沉浸式虚拟现实系统
1．2．2 增强式虚拟现实系统
1．2．3 桌面式虚拟现实系统
1．2．4 分布式虚拟现实系统
1．3 虚拟现实技术的主要研究对象
1．4 虚拟现实技术的应用
1．5 虚拟现实技术的发展和现状
1．5．1 虚拟现实技术的发展历程
1．5．2 虚拟现实技术的研究现状
1．5．3 虚拟现实技术的发展趋势
本章小结

第2章 虚拟现实的计算体系结构
2．1 绘制流水线
2．1．1 图形绘制流水线
2．1．2 触觉绘制流水线
2．2 体系结构
2．2．1 基于PC的体系结构
2．2．2 基于工作站的体系结构
2．2．3 基于移动平台的体系结构
2．3 分布式虚拟现实体系结构
2．3．1 多流水线同步
2．3．2 联合定位绘制流水线
2．3．3 分布式虚拟环境
本章小结

第3章 虚拟现实系统的核心技术
3．1 三维建模技术
3．1．1 几何建模技术
3．1．2 物理建模技术
3．1．3 行为建模技术
3．2 立体显示技术
3．2．1 基于双目视差显示技术
3．2．2 全息投影技术
3．3 真实感实时绘制技术
3．3．1 真实感绘制技术
3．3．2 实时绘制技术
3．4 三维虚拟声音技术
3．5 人机交互技术
3．5．1 手势识别技术
3．5．2 面部表情识别技术
3．5．3 眼动跟踪技术
3．5．4 语音识别技术
3．6 碰撞检测技术
本章小结

第4章 虚拟现实系统的输入设备
4．1 三维位置跟踪器
4．1．1 跟踪器的性能参数
4．1．2 机械跟踪器
4．1．3 电磁跟踪器
4．1．4 超声波跟踪器
4．1．5 光学跟踪器
4．1．6 惯性跟踪器
4．1．7 GPS跟踪器
4．1．8 混合跟踪器
4．2 导航输入设备
4．2．1 三维鼠标
4．2．2 手柄
4．3 手势输入设备
4．3．1 手势接口
……
第5章 虚拟现实系统的输出设备
第6章 三维全景技术
第7章 3ds Max三维建模
第8章 三维开发工具Unity 3D
第9章 增强现实技术
参考文献

前言/序言

　　智能手机开创了近十多年来移动通信领域的技术革命，那么，下一个十年人机交互技术的革命在哪里？方向是什么？编者认为，当今世界唯有虚拟现实（VR）技术和增强现实（AR）技术有可能打造下一代人机交互平台，并形成一个堪与移动互联网相提并论的产业。虚拟现实和增强现实技术将彻底改变人类生活的各个方面，包括娱乐、社交、设计、工作等，如同计算机、互联网和移动互联网对人类生活产生的巨大影响一样。
　　虚拟现实技术是一种综合多种学科的计算机领域新技术，涉及众多研究和应用领域，被认为是21世纪重要的发展学科，是影响人们生活的重要技术之一。正因如此，虚拟现实技术将对探索发展现代教育思想、提高教育技术水平、改善实验环境、优化教学过程、培养具有创新意识和创新能力的人才产生深远的影响。于是继《虚拟现实与增强现实技术概论》后，编者组织编写了《虚拟现实与增强现实技术导论》一书。
　　本书紧随科技前沿，主要介绍虚拟现实和增强现实的相关技术和进展。本书融入了编者多年的教学和编写经验，力求将概念描述、、原理讲解、实例分析三者结合，尽可能让读者在理解原理的基础上，掌握一定的虚拟现实开发技术。
　　本书内容深入浅出、循序渐进，案例丰富、图文并茂，概念讲解清晰，原理通俗易懂，实例操作性强，易于读者构架完整的虚拟现实知识体系，并且每个章节都对专有名词进行详细的注释，易于读者理解。
　　本书还介绍了三维建模和三维开发工具的应用案例，不仅使读者学习理论知识，而且使读者参与其中，既增加了实用性，又增加了可读性和趣味性。本书还提供了开放式的课程网站（http：//www.cmu.edu.cn/computer）和相应的课件供读者学习参考。
　　本书由娄岩担任主编，具体的编写分工如下：第1章由娄岩编写，第2章由刘佳编写，第3章由丁林编写，第4章由郑琳琳编写，第5章由庞东兴编写，第6章由徐东雨编写，第7章由郑璐编写，第8章由曹鹏编写，第9章由郭婷婷编写。
　　编者在编写本书的理论依据部分时，参考了大量的文献，在此对相关作者做出的成绩和贡献表示崇高的敬意和深深的感谢！
　　由于虚拟现实和增强现实技术的不断发展及编者掌握技术的有限，加之时间仓促，书中难免存在疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。
　　编者
　　2017年6月

《沉浸式交互新纪元：从概念到实践的深度探索》 前言：穿越时空，触摸未来 我们正身处一个激动人心的时代，科技的飞速发展以前所未有的方式重塑着我们的感知、交互和认知。曾几何时，虚拟与现实的边界模糊不清，只存在于科幻小说的想象之中。而今，借助一股强大的技术浪潮，我们得以跨越那道界限，亲身体验前所未有的沉浸感，与数字世界进行前所未有的互动。这股浪潮，正是由虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术所引领。它们不仅仅是新奇的电子游戏或炫目的演示，而是正在深刻改变我们学习、工作、娱乐、交流乃至生活方式的革命性力量。 本书，《沉浸式交互新纪元：从概念到实践的深度探索》，旨在为您揭开VR和AR技术的神秘面纱，带领您踏上一段从基础理论到前沿应用的全面探索之旅。我们拒绝浮光掠影，致力于深入剖析这些技术的核心原理、发展脉络、关键组件以及它们如何在各个领域激发出无限可能。无论您是对此领域充满好奇的学生、希望把握未来趋势的行业从业者、寻求创新解决方案的技术开发者，还是仅仅对科技前沿充满热情的探索者，本书都将是您理解和驾驭这场沉浸式交互革命的得力助手。 第一篇：奠定认知基石——虚拟现实的深度解析 虚拟现实（VR）的魅力在于它能将我们完全脱离现实世界，构建出一个逼真、可交互的全新数字空间。这不仅仅是观看，更是“身临其境”。 第一章：何谓虚拟现实？——概念、历史与演进 我们将从最根本的层面出发，清晰定义虚拟现实（VR）的核心概念。VR是如何将我们的感官——尤其是视觉和听觉——通过技术手段重定向到计算机生成的环境中？我们将追溯VR技术的发展历程，从早期的概念雏形，到实验室里的原型机，再到如今我们能够触及的消费级设备。了解其演进过程，有助于我们理解当前技术形态的必然性，并预见未来的发展方向。我们将探讨“沉浸感”、“交互性”和“想象性”这VR三大要素是如何协同作用，共同营造出令人信服的虚拟体验。 第二章：VR的“硬”功夫——硬件设备与关键技术 要实现逼真的虚拟体验，离不开强大的硬件支撑。本章将详细介绍构成VR系统的关键硬件组件。 显示设备： 从早期的简陋头显到如今的高分辨率OLED屏幕，VR头显（Head-Mounted Display, HMD）的技术演进是VR普及的关键。我们将深入探讨其成像原理、视场角（FOV）、刷新率、分辨率以及眼动追踪等影响沉浸感的关键指标。 追踪系统： 要让用户在虚拟空间中自由移动并与环境互动，精确的追踪至关重要。我们将分析不同的追踪技术，包括： 外部追踪（Outside-in Tracking）： 如基站定位系统，它如何通过外部传感器精确捕捉用户头部和手部的三维位置与姿态。 内部追踪（Inside-out Tracking）： 如视觉惯性测程（Visual-Inertial Odometry, VIO），它如何利用摄像头和IMU（惯性测量单元）实现设备自身的定位与建图。 手部追踪与控制器： 从传统的VR控制器，到如今更自然的裸手追踪技术，它们如何将我们的手部动作转化为虚拟世界中的精确指令。 音频系统： 声音是营造沉浸感的另一重要维度。我们将探讨空间音频（Spatial Audio）技术，如何通过模拟声音在三维空间中的传播特性，增强听觉的真实感。 计算平台： 无论是PC VR、一体机VR还是移动VR，它们在性能、功耗和便携性上的权衡，以及对渲染能力的要求。 第三章：VR的“软”实力——软件、内容与开发 拥有硬件只是第一步，能够创造出引人入胜的虚拟世界，才是VR技术的灵魂所在。 3D建模与渲染： 了解如何使用3D建模软件（如Blender, Maya）创建虚拟场景和对象。深入探讨实时渲染技术，包括光照模型、着色器、后处理效果等，以及它们如何影响虚拟画面的真实度。 游戏引擎： 像Unity和Unreal Engine这样的游戏引擎，是VR内容开发的核心工具。我们将介绍它们在VR项目中的应用，包括场景构建、物理模拟、动画控制、交互逻辑设计等。 VR交互设计： 如何设计直观、舒适且富有沉浸感的VR交互方式，是VR内容成功的关键。我们将探讨瞬移（Teleportation）、平滑移动（Smooth Locomotion）、抓取（Grabbing）、指向（Pointing）等常见的交互模式，以及它们的优缺点。 VR内容类型： 从沉浸式游戏、虚拟旅游、模拟训练，到教育应用、社交平台，我们将展望VR内容的多样化发展趋势。 第二篇：现实的延伸——增强现实的革新力量 增强现实（AR）则以一种截然不同的方式，将数字信息叠加到我们所处的真实世界之上，为现实世界注入新的维度。 第四章：AR的定义与原理——叠加真实，拓展感知 本章将清晰界定增强现实（AR）与虚拟现实（VR）的区别与联系。AR的核心在于“增强”而非“替代”现实。我们将探讨AR如何通过将计算机生成的图像、声音、触感或其他信息与用户所处的真实环境进行实时结合，从而“增强”用户的感知体验。我们将深入理解AR工作的基础原理，包括： 空间感知与定位（SLAM）： Simultaneous Localization and Mapping（SLAM）技术是AR实现精确叠加的关键。我们将剖析其工作机制，例如如何利用摄像头感知环境并进行实时建图，以及如何在此基础上精确地定位和定向虚拟内容。 目标识别与追踪： AR如何在真实世界中识别特定的物体、图像或平面，并将其作为锚点来固定虚拟内容。我们将了解图像识别、物体检测、平面检测等技术。 第五章：AR的载体——硬件设备的多样化 AR的实现依赖于多种多样的硬件载体，它们各有侧重，满足不同应用场景的需求。 AR眼镜： 从最早期的实验性设备到如今逐渐成熟的消费级和企业级AR眼镜（如HoloLens, Magic Leap），它们通过光学投影（如波导技术、Birdbath光学）将数字信息投射到用户眼前，实现真正的“眼见为实”。我们将探讨其光学设计、计算能力、传感器配置等关键技术。 智能手机与平板电脑： 借助内置的摄像头、传感器和强大的处理能力，智能手机和平板电脑已成为目前最普及的AR设备。我们将分析其ARKit（iOS）和ARCore（Android）等开发框架的应用。 其他AR设备： 如AR头显（不完全遮挡视野，常用于工业领域）、AR投影仪等，它们在特定领域的应用前景。 第六章：AR的实践——应用场景与开发挑战 AR技术的应用潜力是巨大的，它正在渗透到我们生活的方方面面。 工业与制造： AR在装配指导、远程协助、设备维护、质量检查等方面的应用，显著提升了工作效率和准确性。 零售与电商： “虚拟试穿”、“家居摆放预览”等AR体验，改变了消费者的购物方式，降低了退货率。 教育与培训： 通过AR技术，复杂概念（如人体结构、天文现象）得以生动化、可视化，极大地增强了学习效果。 医疗保健： AR在手术导航、医学影像可视化、康复训练等方面展现出巨大的潜力。 娱乐与游戏： 如《Pokémon GO》这类成功的AR游戏，证明了AR在提升娱乐体验方面的巨大空间。 AR内容开发： 类似于VR，AR内容的开发也依赖于3D建模、渲染和交互设计。但AR需要更精细地考虑真实环境的遮挡、光照适应性以及与真实世界的融合度。我们将讨论AR开发中的独特挑战，如环境感知的不确定性、设备性能的限制以及用户体验的优化。 第三篇：融合与未来——VR/AR的协同发展与无限可能 VR与AR并非孤立的技术，它们正在走向融合，并共同塑造着我们未来的数字生活。 第七章：混合现实（MR）——虚拟与现实的无缝交织 混合现实（MR）介于VR和AR之间，它不仅能够将虚拟对象叠加到真实世界，还能让虚拟对象与真实世界进行实时的、双向的交互。我们将探讨MR的核心技术，以及它如何通过更高级的环境理解和交互能力，实现虚拟与现实的深度融合，创造出比单纯VR或AR更丰富、更具沉浸感的体验。 第八章：VR/AR的产业生态与商业模式 理解VR/AR技术的发展，离不开对其产业生态和商业模式的分析。我们将探讨： 硬件厂商、软件开发商、内容创作者之间的协作关系。 当前的商业模式，如硬件销售、内容订阅、广告植入、企业解决方案等。 新兴的商业模式，如元宇宙（Metaverse）中的经济体系。 第九章：伦理、安全与未来展望 任何颠覆性技术在带来巨大机遇的同时，也伴随着挑战。我们将审视VR/AR技术发展可能带来的伦理和社会问题，例如： 隐私与数据安全： VR/AR设备收集的海量用户数据（包括眼球运动、位置信息等）如何被保护？ 沉迷与现实脱节： 过度沉浸于虚拟世界可能带来的负面影响。 数字鸿沟： VR/AR技术的普及是否会加剧社会不平等？ 安全隐患： 在虚拟或增强现实环境中可能出现的物理安全风险。 在对挑战进行深入探讨的同时，我们将以积极的姿态展望VR/AR技术的未来。从更逼真、更自然的交互方式，到AI与VR/AR的深度融合，再到元宇宙的构建，这些技术将如何继续改变我们的生活，创造出我们今天甚至无法想象的新体验。 结语：踏浪前行，共塑未来 《沉浸式交互新纪元：从概念到实践的深度探索》不仅是一本书，更是您探索未来数字世界的指南。我们希望通过本书，为您构建起扎实的理论基础，为您展现广阔的应用前景，并激发您在这场技术革命中创新和实践的热情。虚拟现实与增强现实的时代已经到来，让我们携手，一同踏上这段激动人心的旅程，共同塑造一个更加沉浸、更加智能、更加美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在关注虚拟现实和增强现实在游戏和娱乐领域的应用，感觉这项技术正在颠覆传统的娱乐体验。我一直是个资深游戏玩家，也对电影特效很感兴趣，所以当我在网上看到这本书的推荐时，我就毫不犹豫地购买了。我非常期待这本书能让我更深入地了解VR/AR是如何在游戏和娱乐领域实现沉浸式体验的。比如，VR设备是如何捕捉玩家的动作并将其转化为游戏中的反馈？AR技术又是如何将虚拟信息叠加到真实世界，创造出令人惊叹的视觉效果？我特别想知道，在游戏设计和开发中，有哪些是VR/AR特有的挑战和创新点？对于电影制作而言，VR/AR又带来了哪些新的叙事方式和表现手法？这本书如果能提供一些成功的案例分析，或者行业专家的观点，那对我来说将是巨大的启发。我也希望这本书能够介绍一些常用的VR/AR开发工具和引擎，让我对如何从零开始制作VR/AR内容有一个初步的认识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对技术抱有浓厚兴趣的普通读者，我希望这本书能让我对VR/AR技术有一个全面而深入的认识，但又不会过于晦涩难懂。我最看重的是它的科普性，能够用清晰易懂的语言，解释清楚这项技术的基本概念、发展历程、关键技术、以及它可能带来的社会影响。我希望书中能够介绍一些VR/AR在不同行业的应用，比如医疗、教育、工业制造、零售等等，让我看到这项技术是如何渗透到我们生活的方方面面，并解决实际问题的。我尤其感兴趣的是，VR/AR技术如何帮助人们提升学习效率，或者在远程协作中发挥作用。这本书如果能用生动的例子来展示这些应用场景，那将非常有吸引力。此外，我对于VR/AR技术发展过程中可能存在的伦理问题、隐私问题以及技术安全问题也比较关注，希望书中能有这方面的讨论，让我对这项技术有更全面的思考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，未来感十足的插画，色彩搭配大胆而又和谐，瞬间就勾起了我对虚拟与增强现实的好奇心。拿到手沉甸甸的，感觉内容一定非常丰富。我一直对科技发展的前沿领域非常感兴趣，尤其是在游戏、电影甚至教育等领域，VR/AR的潜力让我激动不已。我期待这本书能为我揭开这些神秘面纱，让我了解这项技术是如何一步步发展到今天的，它背后有着怎样的科学原理和技术支撑。从最基础的概念讲解，到不同类型的VR/AR设备的工作方式，再到它们在各个行业的具体应用案例，我希望都能有深入浅出的介绍。尤其是对于一些复杂的技术名词，比如“空间计算”、“渲染技术”等等，我希望作者能用通俗易懂的语言来解释，并且最好能配上一些图示，这样我这个非专业读者也能更好地理解。我特别想知道，VR/AR技术在未来的发展趋势会是怎样的？它又将如何改变我们的生活和工作方式？这本书如果能在这方面有所展望，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校大学生，目前正在学习计算机科学与技术专业，对未来就业方向感到有些迷茫，但又对新兴技术充满向往。当我在图书馆的书架上看到这本书时，它“普通高等教育‘十三五’规划教材”的标签立刻吸引了我。我理解这通常意味着这本书的学术性和权威性都比较高，内容会比较系统和扎实，适合作为学习和研究的参考。我希望这本书能够为我提供一个扎实的理论基础，让我能够系统地了解VR/AR技术的发展脉络、核心技术原理，以及当前的研究热点和发展方向。我特别关注书中关于算法、数据结构、图形学等方面的讲解，因为这些是我未来进行相关技术开发的基础。我希望作者在讲解这些内容时，能够结合实际的工程应用案例，让我能够看到理论知识是如何转化为实际产品的。此外，我还在考虑未来是否要选择VR/AR作为我的研究方向，所以我也希望这本书能够提供一些前沿的研究课题和挑战，为我的学术探索提供指引。

评分☆☆☆☆☆

我是一家科技公司的产品经理，正在研究下一代产品的技术可行性，VR/AR是我们的重点关注领域之一。我希望这本书能为我提供一个坚实的理论基础和市场洞察，帮助我更好地理解VR/AR技术的现状和未来发展趋势。我特别关注书中关于不同VR/AR技术路线的对比分析，以及它们在硬件、软件、内容生态等方面的优劣势。我希望这本书能帮助我分析哪些技术方向更具潜力，哪些是当前市场的痛点，以及未来可能出现的创新机会。我也希望书中能提供一些关于VR/AR市场规模、用户增长趋势以及商业模式的分析，为我们的产品定位和市场策略提供决策依据。此外，我非常关注VR/AR技术在用户体验方面的提升，希望书中能介绍一些关于沉浸式交互设计、情感化交互以及人机工程学方面的研究成果，帮助我们打造更具吸引力的产品。