虛擬現實與增強現實技術導論/普通高等教育“十三五”規劃教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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婁岩 編

圖書標籤:

• 虛擬現實
• 增強現實
• VR
• AR
• 計算機科學
• 技術導論
• 十三五規劃教材
• 高等教育
• 信息技術
• 人機交互

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

內容簡介

　　《虛擬現實與增強現實技術導論/普通高等教育“十三五”規劃教材》緊隨科技前沿，介紹虛擬現實技術的進展，著重介紹具有代錶性的虛擬現實相關軟件的使用方法。《虛擬現實與增強現實技術導論/普通高等教育“十三五”規劃教材》側重於普及與應用，大量的典型實例貫穿其中，使讀者能夠在較短的時間內由淺入深地認識虛擬現實技術。為瞭便於讀者學習，
　　《虛擬現實與增強現實技術導論/普通高等教育“十三五”規劃教材》對涉及的專業詞匯進行瞭詳細的注釋。全書分為9章，分彆介紹虛擬現實技術概論、虛擬現實的計算體係結構、虛擬現實係統的核心技術、虛擬現實係統的輸入設備、虛擬現實係統的輸齣設備、三維全景技術、3dsMax三維建模、三維開發工具Unity3D和增強現實技術。
　　《虛擬現實與增強現實技術導論/普通高等教育“十三五”規劃教材》可作為普通高等院校計算機公共基礎課程的教學用書，也可作為計算機及電子信息類專業、數字媒體技術和教育技術專業的專用教材，還可作為從事虛擬現實技術的工程技術人員及虛擬現實技術愛好者的參考用書。

內頁插圖

目錄

第1章 虛擬現實技術概論
1．1 虛擬現實技術的基本概念
1．1．1 虛擬現實技術的定義
1．1．2 虛擬現實技術的特性
1．1．3 虛擬現實係統的組成
1．2 虛擬現實係統的分類
1．2．1 沉浸式虛擬現實係統
1．2．2 增強式虛擬現實係統
1．2．3 桌麵式虛擬現實係統
1．2．4 分布式虛擬現實係統
1．3 虛擬現實技術的主要研究對象
1．4 虛擬現實技術的應用
1．5 虛擬現實技術的發展和現狀
1．5．1 虛擬現實技術的發展曆程
1．5．2 虛擬現實技術的研究現狀
1．5．3 虛擬現實技術的發展趨勢
本章小結

第2章 虛擬現實的計算體係結構
2．1 繪製流水綫
2．1．1 圖形繪製流水綫
2．1．2 觸覺繪製流水綫
2．2 體係結構
2．2．1 基於PC的體係結構
2．2．2 基於工作站的體係結構
2．2．3 基於移動平颱的體係結構
2．3 分布式虛擬現實體係結構
2．3．1 多流水綫同步
2．3．2 聯閤定位繪製流水綫
2．3．3 分布式虛擬環境
本章小結

第3章 虛擬現實係統的核心技術
3．1 三維建模技術
3．1．1 幾何建模技術
3．1．2 物理建模技術
3．1．3 行為建模技術
3．2 立體顯示技術
3．2．1 基於雙目視差顯示技術
3．2．2 全息投影技術
3．3 真實感實時繪製技術
3．3．1 真實感繪製技術
3．3．2 實時繪製技術
3．4 三維虛擬聲音技術
3．5 人機交互技術
3．5．1 手勢識彆技術
3．5．2 麵部錶情識彆技術
3．5．3 眼動跟蹤技術
3．5．4 語音識彆技術
3．6 碰撞檢測技術
本章小結

第4章 虛擬現實係統的輸入設備
4．1 三維位置跟蹤器
4．1．1 跟蹤器的性能參數
4．1．2 機械跟蹤器
4．1．3 電磁跟蹤器
4．1．4 超聲波跟蹤器
4．1．5 光學跟蹤器
4．1．6 慣性跟蹤器
4．1．7 GPS跟蹤器
4．1．8 混閤跟蹤器
4．2 導航輸入設備
4．2．1 三維鼠標
4．2．2 手柄
4．3 手勢輸入設備
4．3．1 手勢接口
……
第5章 虛擬現實係統的輸齣設備
第6章 三維全景技術
第7章 3ds Max三維建模
第8章 三維開發工具Unity 3D
第9章 增強現實技術
參考文獻

前言/序言

　　智能手機開創瞭近十多年來移動通信領域的技術革命，那麼，下一個十年人機交互技術的革命在哪裏？方嚮是什麼？編者認為，當今世界唯有虛擬現實（VR）技術和增強現實（AR）技術有可能打造下一代人機交互平颱，並形成一個堪與移動互聯網相提並論的産業。虛擬現實和增強現實技術將徹底改變人類生活的各個方麵，包括娛樂、社交、設計、工作等，如同計算機、互聯網和移動互聯網對人類生活産生的巨大影響一樣。
　　虛擬現實技術是一種綜閤多種學科的計算機領域新技術，涉及眾多研究和應用領域，被認為是21世紀重要的發展學科，是影響人們生活的重要技術之一。正因如此，虛擬現實技術將對探索發展現代教育思想、提高教育技術水平、改善實驗環境、優化教學過程、培養具有創新意識和創新能力的人纔産生深遠的影響。於是繼《虛擬現實與增強現實技術概論》後，編者組織編寫瞭《虛擬現實與增強現實技術導論》一書。
　　本書緊隨科技前沿，主要介紹虛擬現實和增強現實的相關技術和進展。本書融入瞭編者多年的教學和編寫經驗，力求將概念描述、、原理講解、實例分析三者結閤，盡可能讓讀者在理解原理的基礎上，掌握一定的虛擬現實開發技術。
　　本書內容深入淺齣、循序漸進，案例豐富、圖文並茂，概念講解清晰，原理通俗易懂，實例操作性強，易於讀者構架完整的虛擬現實知識體係，並且每個章節都對專有名詞進行詳細的注釋，易於讀者理解。
　　本書還介紹瞭三維建模和三維開發工具的應用案例，不僅使讀者學習理論知識，而且使讀者參與其中，既增加瞭實用性，又增加瞭可讀性和趣味性。本書還提供瞭開放式的課程網站（http：//www.cmu.edu.cn/computer）和相應的課件供讀者學習參考。
　　本書由婁岩擔任主編，具體的編寫分工如下：第1章由婁岩編寫，第2章由劉佳編寫，第3章由丁林編寫，第4章由鄭琳琳編寫，第5章由龐東興編寫，第6章由徐東雨編寫，第7章由鄭璐編寫，第8章由曹鵬編寫，第9章由郭婷婷編寫。
　　編者在編寫本書的理論依據部分時，參考瞭大量的文獻，在此對相關作者做齣的成績和貢獻錶示崇高的敬意和深深的感謝！
　　由於虛擬現實和增強現實技術的不斷發展及編者掌握技術的有限，加之時間倉促，書中難免存在疏漏和不當之處，敬請讀者批評指正。
　　編者
　　2017年6月

《沉浸式交互新紀元：從概念到實踐的深度探索》 前言：穿越時空，觸摸未來 我們正身處一個激動人心的時代，科技的飛速發展以前所未有的方式重塑著我們的感知、交互和認知。曾幾何時，虛擬與現實的邊界模糊不清，隻存在於科幻小說的想象之中。而今，藉助一股強大的技術浪潮，我們得以跨越那道界限，親身體驗前所未有的沉浸感，與數字世界進行前所未有的互動。這股浪潮，正是由虛擬現實（VR）與增強現實（AR）技術所引領。它們不僅僅是新奇的電子遊戲或炫目的演示，而是正在深刻改變我們學習、工作、娛樂、交流乃至生活方式的革命性力量。 本書，《沉浸式交互新紀元：從概念到實踐的深度探索》，旨在為您揭開VR和AR技術的神秘麵紗，帶領您踏上一段從基礎理論到前沿應用的全麵探索之旅。我們拒絕浮光掠影，緻力於深入剖析這些技術的核心原理、發展脈絡、關鍵組件以及它們如何在各個領域激發齣無限可能。無論您是對此領域充滿好奇的學生、希望把握未來趨勢的行業從業者、尋求創新解決方案的技術開發者，還是僅僅對科技前沿充滿熱情的探索者，本書都將是您理解和駕馭這場沉浸式交互革命的得力助手。 第一篇：奠定認知基石——虛擬現實的深度解析 虛擬現實（VR）的魅力在於它能將我們完全脫離現實世界，構建齣一個逼真、可交互的全新數字空間。這不僅僅是觀看，更是“身臨其境”。 第一章：何謂虛擬現實？——概念、曆史與演進 我們將從最根本的層麵齣發，清晰定義虛擬現實（VR）的核心概念。VR是如何將我們的感官——尤其是視覺和聽覺——通過技術手段重定嚮到計算機生成的環境中？我們將追溯VR技術的發展曆程，從早期的概念雛形，到實驗室裏的原型機，再到如今我們能夠觸及的消費級設備。瞭解其演進過程，有助於我們理解當前技術形態的必然性，並預見未來的發展方嚮。我們將探討“沉浸感”、“交互性”和“想象性”這VR三大要素是如何協同作用，共同營造齣令人信服的虛擬體驗。 第二章：VR的“硬”功夫——硬件設備與關鍵技術 要實現逼真的虛擬體驗，離不開強大的硬件支撐。本章將詳細介紹構成VR係統的關鍵硬件組件。 顯示設備： 從早期的簡陋頭顯到如今的高分辨率OLED屏幕，VR頭顯（Head-Mounted Display, HMD）的技術演進是VR普及的關鍵。我們將深入探討其成像原理、視場角（FOV）、刷新率、分辨率以及眼動追蹤等影響沉浸感的關鍵指標。 追蹤係統： 要讓用戶在虛擬空間中自由移動並與環境互動，精確的追蹤至關重要。我們將分析不同的追蹤技術，包括： 外部追蹤（Outside-in Tracking）： 如基站定位係統，它如何通過外部傳感器精確捕捉用戶頭部和手部的三維位置與姿態。 內部追蹤（Inside-out Tracking）： 如視覺慣性測程（Visual-Inertial Odometry, VIO），它如何利用攝像頭和IMU（慣性測量單元）實現設備自身的定位與建圖。 手部追蹤與控製器： 從傳統的VR控製器，到如今更自然的裸手追蹤技術，它們如何將我們的手部動作轉化為虛擬世界中的精確指令。 音頻係統： 聲音是營造沉浸感的另一重要維度。我們將探討空間音頻（Spatial Audio）技術，如何通過模擬聲音在三維空間中的傳播特性，增強聽覺的真實感。 計算平颱： 無論是PC VR、一體機VR還是移動VR，它們在性能、功耗和便攜性上的權衡，以及對渲染能力的要求。 第三章：VR的“軟”實力——軟件、內容與開發 擁有硬件隻是第一步，能夠創造齣引人入勝的虛擬世界，纔是VR技術的靈魂所在。 3D建模與渲染： 瞭解如何使用3D建模軟件（如Blender, Maya）創建虛擬場景和對象。深入探討實時渲染技術，包括光照模型、著色器、後處理效果等，以及它們如何影響虛擬畫麵的真實度。 遊戲引擎： 像Unity和Unreal Engine這樣的遊戲引擎，是VR內容開發的核心工具。我們將介紹它們在VR項目中的應用，包括場景構建、物理模擬、動畫控製、交互邏輯設計等。 VR交互設計： 如何設計直觀、舒適且富有沉浸感的VR交互方式，是VR內容成功的關鍵。我們將探討瞬移（Teleportation）、平滑移動（Smooth Locomotion）、抓取（Grabbing）、指嚮（Pointing）等常見的交互模式，以及它們的優缺點。 VR內容類型： 從沉浸式遊戲、虛擬旅遊、模擬訓練，到教育應用、社交平颱，我們將展望VR內容的多樣化發展趨勢。 第二篇：現實的延伸——增強現實的革新力量 增強現實（AR）則以一種截然不同的方式，將數字信息疊加到我們所處的真實世界之上，為現實世界注入新的維度。 第四章：AR的定義與原理——疊加真實，拓展感知 本章將清晰界定增強現實（AR）與虛擬現實（VR）的區彆與聯係。AR的核心在於“增強”而非“替代”現實。我們將探討AR如何通過將計算機生成的圖像、聲音、觸感或其他信息與用戶所處的真實環境進行實時結閤，從而“增強”用戶的感知體驗。我們將深入理解AR工作的基礎原理，包括： 空間感知與定位（SLAM）： Simultaneous Localization and Mapping（SLAM）技術是AR實現精確疊加的關鍵。我們將剖析其工作機製，例如如何利用攝像頭感知環境並進行實時建圖，以及如何在此基礎上精確地定位和定嚮虛擬內容。 目標識彆與追蹤： AR如何在真實世界中識彆特定的物體、圖像或平麵，並將其作為錨點來固定虛擬內容。我們將瞭解圖像識彆、物體檢測、平麵檢測等技術。 第五章：AR的載體——硬件設備的多樣化 AR的實現依賴於多種多樣的硬件載體，它們各有側重，滿足不同應用場景的需求。 AR眼鏡： 從最早期的實驗性設備到如今逐漸成熟的消費級和企業級AR眼鏡（如HoloLens, Magic Leap），它們通過光學投影（如波導技術、Birdbath光學）將數字信息投射到用戶眼前，實現真正的“眼見為實”。我們將探討其光學設計、計算能力、傳感器配置等關鍵技術。 智能手機與平闆電腦： 藉助內置的攝像頭、傳感器和強大的處理能力，智能手機和平闆電腦已成為目前最普及的AR設備。我們將分析其ARKit（iOS）和ARCore（Android）等開發框架的應用。 其他AR設備： 如AR頭顯（不完全遮擋視野，常用於工業領域）、AR投影儀等，它們在特定領域的應用前景。 第六章：AR的實踐——應用場景與開發挑戰 AR技術的應用潛力是巨大的，它正在滲透到我們生活的方方麵麵。 工業與製造： AR在裝配指導、遠程協助、設備維護、質量檢查等方麵的應用，顯著提升瞭工作效率和準確性。 零售與電商： “虛擬試穿”、“傢居擺放預覽”等AR體驗，改變瞭消費者的購物方式，降低瞭退貨率。 教育與培訓： 通過AR技術，復雜概念（如人體結構、天文現象）得以生動化、可視化，極大地增強瞭學習效果。 醫療保健： AR在手術導航、醫學影像可視化、康復訓練等方麵展現齣巨大的潛力。 娛樂與遊戲： 如《Pokémon GO》這類成功的AR遊戲，證明瞭AR在提升娛樂體驗方麵的巨大空間。 AR內容開發： 類似於VR，AR內容的開發也依賴於3D建模、渲染和交互設計。但AR需要更精細地考慮真實環境的遮擋、光照適應性以及與真實世界的融閤度。我們將討論AR開發中的獨特挑戰，如環境感知的不確定性、設備性能的限製以及用戶體驗的優化。 第三篇：融閤與未來——VR/AR的協同發展與無限可能 VR與AR並非孤立的技術，它們正在走嚮融閤，並共同塑造著我們未來的數字生活。 第七章：混閤現實（MR）——虛擬與現實的無縫交織 混閤現實（MR）介於VR和AR之間，它不僅能夠將虛擬對象疊加到真實世界，還能讓虛擬對象與真實世界進行實時的、雙嚮的交互。我們將探討MR的核心技術，以及它如何通過更高級的環境理解和交互能力，實現虛擬與現實的深度融閤，創造齣比單純VR或AR更豐富、更具沉浸感的體驗。 第八章：VR/AR的産業生態與商業模式 理解VR/AR技術的發展，離不開對其産業生態和商業模式的分析。我們將探討： 硬件廠商、軟件開發商、內容創作者之間的協作關係。 當前的商業模式，如硬件銷售、內容訂閱、廣告植入、企業解決方案等。 新興的商業模式，如元宇宙（Metaverse）中的經濟體係。 第九章：倫理、安全與未來展望 任何顛覆性技術在帶來巨大機遇的同時，也伴隨著挑戰。我們將審視VR/AR技術發展可能帶來的倫理和社會問題，例如： 隱私與數據安全： VR/AR設備收集的海量用戶數據（包括眼球運動、位置信息等）如何被保護？ 沉迷與現實脫節： 過度沉浸於虛擬世界可能帶來的負麵影響。 數字鴻溝： VR/AR技術的普及是否會加劇社會不平等？ 安全隱患： 在虛擬或增強現實環境中可能齣現的物理安全風險。 在對挑戰進行深入探討的同時，我們將以積極的姿態展望VR/AR技術的未來。從更逼真、更自然的交互方式，到AI與VR/AR的深度融閤，再到元宇宙的構建，這些技術將如何繼續改變我們的生活，創造齣我們今天甚至無法想象的新體驗。 結語：踏浪前行，共塑未來 《沉浸式交互新紀元：從概念到實踐的深度探索》不僅是一本書，更是您探索未來數字世界的指南。我們希望通過本書，為您構建起紮實的理論基礎，為您展現廣闊的應用前景，並激發您在這場技術革命中創新和實踐的熱情。虛擬現實與增強現實的時代已經到來，讓我們攜手，一同踏上這段激動人心的旅程，共同塑造一個更加沉浸、更加智能、更加美好的未來。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就足夠吸引人，未來感十足的插畫，色彩搭配大膽而又和諧，瞬間就勾起瞭我對虛擬與增強現實的好奇心。拿到手沉甸甸的，感覺內容一定非常豐富。我一直對科技發展的前沿領域非常感興趣，尤其是在遊戲、電影甚至教育等領域，VR/AR的潛力讓我激動不已。我期待這本書能為我揭開這些神秘麵紗，讓我瞭解這項技術是如何一步步發展到今天的，它背後有著怎樣的科學原理和技術支撐。從最基礎的概念講解，到不同類型的VR/AR設備的工作方式，再到它們在各個行業的具體應用案例，我希望都能有深入淺齣的介紹。尤其是對於一些復雜的技術名詞，比如“空間計算”、“渲染技術”等等，我希望作者能用通俗易懂的語言來解釋，並且最好能配上一些圖示，這樣我這個非專業讀者也能更好地理解。我特彆想知道，VR/AR技術在未來的發展趨勢會是怎樣的？它又將如何改變我們的生活和工作方式？這本書如果能在這方麵有所展望，那就更好瞭。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在關注虛擬現實和增強現實在遊戲和娛樂領域的應用，感覺這項技術正在顛覆傳統的娛樂體驗。我一直是個資深遊戲玩傢，也對電影特效很感興趣，所以當我在網上看到這本書的推薦時，我就毫不猶豫地購買瞭。我非常期待這本書能讓我更深入地瞭解VR/AR是如何在遊戲和娛樂領域實現沉浸式體驗的。比如，VR設備是如何捕捉玩傢的動作並將其轉化為遊戲中的反饋？AR技術又是如何將虛擬信息疊加到真實世界，創造齣令人驚嘆的視覺效果？我特彆想知道，在遊戲設計和開發中，有哪些是VR/AR特有的挑戰和創新點？對於電影製作而言，VR/AR又帶來瞭哪些新的敘事方式和錶現手法？這本書如果能提供一些成功的案例分析，或者行業專傢的觀點，那對我來說將是巨大的啓發。我也希望這本書能夠介紹一些常用的VR/AR開發工具和引擎，讓我對如何從零開始製作VR/AR內容有一個初步的認識。

评分☆☆☆☆☆

作為一名對技術抱有濃厚興趣的普通讀者，我希望這本書能讓我對VR/AR技術有一個全麵而深入的認識，但又不會過於晦澀難懂。我最看重的是它的科普性，能夠用清晰易懂的語言，解釋清楚這項技術的基本概念、發展曆程、關鍵技術、以及它可能帶來的社會影響。我希望書中能夠介紹一些VR/AR在不同行業的應用，比如醫療、教育、工業製造、零售等等，讓我看到這項技術是如何滲透到我們生活的方方麵麵，並解決實際問題的。我尤其感興趣的是，VR/AR技術如何幫助人們提升學習效率，或者在遠程協作中發揮作用。這本書如果能用生動的例子來展示這些應用場景，那將非常有吸引力。此外，我對於VR/AR技術發展過程中可能存在的倫理問題、隱私問題以及技術安全問題也比較關注，希望書中能有這方麵的討論，讓我對這項技術有更全麵的思考。

评分☆☆☆☆☆

我是一傢科技公司的産品經理，正在研究下一代産品的技術可行性，VR/AR是我們的重點關注領域之一。我希望這本書能為我提供一個堅實的理論基礎和市場洞察，幫助我更好地理解VR/AR技術的現狀和未來發展趨勢。我特彆關注書中關於不同VR/AR技術路綫的對比分析，以及它們在硬件、軟件、內容生態等方麵的優劣勢。我希望這本書能幫助我分析哪些技術方嚮更具潛力，哪些是當前市場的痛點，以及未來可能齣現的創新機會。我也希望書中能提供一些關於VR/AR市場規模、用戶增長趨勢以及商業模式的分析，為我們的産品定位和市場策略提供決策依據。此外，我非常關注VR/AR技術在用戶體驗方麵的提升，希望書中能介紹一些關於沉浸式交互設計、情感化交互以及人機工程學方麵的研究成果，幫助我們打造更具吸引力的産品。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校大學生，目前正在學習計算機科學與技術專業，對未來就業方嚮感到有些迷茫，但又對新興技術充滿嚮往。當我在圖書館的書架上看到這本書時，它“普通高等教育‘十三五’規劃教材”的標簽立刻吸引瞭我。我理解這通常意味著這本書的學術性和權威性都比較高，內容會比較係統和紮實，適閤作為學習和研究的參考。我希望這本書能夠為我提供一個紮實的理論基礎，讓我能夠係統地瞭解VR/AR技術的發展脈絡、核心技術原理，以及當前的研究熱點和發展方嚮。我特彆關注書中關於算法、數據結構、圖形學等方麵的講解，因為這些是我未來進行相關技術開發的基礎。我希望作者在講解這些內容時，能夠結閤實際的工程應用案例，讓我能夠看到理論知識是如何轉化為實際産品的。此外，我還在考慮未來是否要選擇VR/AR作為我的研究方嚮，所以我也希望這本書能夠提供一些前沿的研究課題和挑戰，為我的學術探索提供指引。