虚拟现实技术与应用实践

下载后可任意编辑 内容提要 本书是新世纪高职高专教改项目成果教材。在书中主要介绍了虚拟现实技术的基本概念、虚拟现实系统的组 成、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实的相关技术、虚拟现实技术在现实世界中的应用。全书共有6 个章节， 内容包括：概论、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实系统的相关技术与软件、全景技术、网络三维互动Cult3D、 虚拟现实建模语言VRML。附录中附有VRML 的关键字和域参考等。 本书内容较为全面且涉及面广，在编写时本着侧重于普及、推广及应用的原则，内容方面没有过多涉及有关 虚拟现实技术的算法理论及程序等。本书既介绍了虚拟现实技术的必要理论，又介绍了具有代表性的虚拟现实软 件的使用，并采纳实例进行讲解，使读者能在较短的时间内达到入门及应用的效果。 本书适合于高等职业学校、高等专科学校、成人高校、本科院校举办的二级职业技术学院，也可供示范性软 件职业技术学院、继续教育学院、民办高校、技能型紧缺人才培育使用，还可供本科院校、计算机专业人员和爱 好者参考使用。 图书在版编目（CIP）数据 虚拟现实技术与应用／胡小强主编. —北京：高等教 育出版社，2024.4 ISBN 7-04-014758-0 Ⅰ. 虚… Ⅱ. 胡… Ⅲ. 虚拟技术-高等学校-教 材 Ⅳ. TP391 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2024）第024745 号 策划编辑 冯 英 责任编辑 焦建虹 封面设计 王凌波 责任绘图 宗小梅 版式设计 王艳红 责任校对 存 怡 责任印制 出版发行 高等教育出版社 购书热线 010 - 64054588 社址 北京市西城区德外大街 4 号 免费咨询 800-810-0598 邮政编码 100011 网址 总机 010 - 82028899 经 销 新华书店北京发行所 印 刷 开 本 787×1092 1/16 版次 年 月第 1 版 印 张 14.5 印次 年 月第 次印刷 字 数 350 000 定价 18.50 元 本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。 版权所有 侵权必究 前 言 近几年来，虚拟现实（Virtual Reality）技术成为一项十分热门的技术，越来越多的人员投身 到这个讨论领域，致力于虚拟现实技术的讨论、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究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沟通，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讨论人员进行孜孜不倦的探究，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 实技术的讨论与应用也存在较大的差距，因此该项技术需要我们进一步讨论、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、讨论它、应用它，以推动我国虚拟现实技术的进展。 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，还介绍了基于有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 用及国内外的讨论现状、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对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、面对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 讲述了其进展状况、语法、浏览器的使用等，并通过实例来讲解VRML 语言的使用。 本书在编写中注重有用，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讨论室主任潘 志庚讨论员主审，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进展迅速，加之作者水平有限，时间仓促，书中错漏之处在所难免， 恳请读者批判指正。 编 者 于江西科技师范学院 2024 年2 月 出版说明 为认真贯彻《中共中央国务院关于深化