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第1章 虚拟实现技术概论1

1.1 人机交互技术的历史与发展1

1.2 虚拟现实技术的基本概念3

1.2.1 虚拟现实技术的发展概述3

1.2.2 虚拟现实技术的概念4

1.2.3 虚拟现实技术的基本特性5

1.3 虚拟现实系统的分类7

1.3.1 桌面式VR系统（Desktop VR）7

1.3.2 沉浸式VR系统（Immersive VR）8

1.3.3 叠加式VR系统9

1.3.4 分布式VR系统（Distributed VR,DVR）10

1.4 虚拟现实技术的主要应用领域11

1.4.1 军事应用11

1.4.2 遥现与遥作12

1.4.3 科学计算可视化13

1.4.4 教育与培训13

1.4.5 设计与规划16

1.4.6 商业领域17

1.4.7 艺术与娱乐18

1.4.8 应用前景18

1.5.1 美国的研究状况19

1.5 国内外对虚拟现实技术的研究19

1.5.2 欧洲的研究状况20

1.5.3 亚洲的研究状况20

1.5.4 我国的研究状况21

1.6 下一代人机交互技术的展望22

习题22

第2章 实现VR系统的三维交互设备24

2.1 VR的三维跟踪传感设备24

2.1.1 电磁波跟踪器25

2.1.2 超声波跟踪器25

2.1.4 其他空间跟踪系统26

2.1.3 光学跟踪器26

2.1.5 对跟踪传感设备的评价27

2.2 VR的立体显示设备27

2.2.1 头盔显示器（Head-Mounted 3D Display,HMD）27

2.2.2 双目全方位显示器（BOOM）31

2.2.3 CRT终端——液晶光闸眼镜31

2.2.4 大屏幕投影——液晶光闸眼镜32

2.3 手数字化设备33

2.3.1 数据手套（Data Glove）33

2.3.2 浮动鼠标器（Flying Mouse）34

2.4 其他交互设备35

2.4.1 触摸和力反馈装置（Touch/Force Feedback）35

2.3.3 力矩球（Space Ball）35

2.4.2 数据衣（Data Suit）37

2.4.3 三维扫描仪（3D Handheld Laser Scanner）37

2.5 VR的声音系统38

2.6 VR硬件的系统集成38

习题40

实验41

第3章 实现VR系统的相关技术与软件42

3.1 实时显示处理技术42

3.1.1 实时动态显示的概念及其决定因素42

3.1.3 基于图像的实时动态显示技术43

3.1.2 基于三维图形的实时显示技术43

3.2 三维虚拟声音的显示技术44

3.2.1 三维虚拟声音的概念与特征44

3.2.2 三维虚拟声音系统的构建与头相关转移函数（HRTF）45

3.2.3 语音合成技术46

3.3 触摸和力量反馈技术46

3.4 虚拟环境中的自然交互技术47

3.4.1 手势识别（Gesture Recognition）47

3.4.2 面部表情识别（Face Detection Recognition）48

3.4.3 眼动跟踪（Eye Movement-based Interaction）50

3.5.1 虚拟环境中的几何建模51

3.5 三维建模技术51

3.5.2 虚拟环境中的行为建模52

3.6 VR软件工具集52

3.6.1 World Tool Kit（WTK）52

3.6.2 Minimal Reality Toolkit（MR）53

3.6.3 Distributed Virtual Environment System（dVS）54

3.6.4 Virtual Reality Toolkit（VRT）54

3.7 关于虚拟现实技术的总结54

习题56

实验56

4.1.1 系统需求57

4.1.2 3ds max 4的操作界面57

4.1 3ds max 4的基础知识57

第4章 虚拟实现的制作工具3DS MAX57

4.1.3 3ds max 4的文件操作61

4.2 创建基本三维几何模型63

4.2.1 制作一个3人布艺沙发63

4.2.2 制作一个台灯67

4.2.3 小结70

4.3 使用二维图形建立三维模型71

4.3.1 制作花瓶71

4.3.2 制作油画74

4.3.3 小结77

4.4.1 制作一枚导弹78

4.4 高级造型技巧78

4.4.2 NURBS曲面造型81

4.4.3 小结85

4.5 材质与贴图85

4.5.1 制作油漆反射桌面和陶壶86

4.5.2 制作彩罐88

4.5.3 小结92

4.6 灯光与环境92

4.6.1 灯光的运用92

4.6.2 制作云雾缭绕的山脉96

4.6.3 小结98

4.7 维动画制作99

4.7.1 参数动画99

4.7.2 腾空而起的导弹100

4.7.3 摄像机动画（浏览动画）102

4.8 综合实例制作104

4.8.1 制作画廊模型与材质104

4.8.2 建立灯光系统108

4.8.3 创建摄像机及其浏览动画110

习题113

实验114

5.1.1 VRML的概念115

5.1 VRML语言概述115

第5章 虚拟现实建模语言VRML115

5.1.2 VRML的起源与发展历程116

5.1.3 VRML的功能与魅力117

5.1.4 VRML资源119

5.2 VRML的编辑器和浏览器121

5.2.1 VRML编辑器121

5.2.2 VRML浏览器123

5.2.3 VRML的压缩工具126

5.3.1 设计故事梗概127

5.3.2 构建物体127

5.3 设计VRML的虚拟世界127

5.3.3 传感器129

5.3.4 事件和路由130

5.3.5 动画和脚本131

5.3.6 修改和测试133

5.4 VRML综合编程实例134

5.4.1 设计思想134

5.4.2 系统开发环境134

5.4.3 系统功能设计135

5.4.4 系统的程序设计与实现138

5.5 3DS MAX与VRML144

5.5.1 将3DS MAX的形体导出到VRML144

5.5.2 在3DS MAX中插入VRML节点148

5.5.3 制作实例152

5.5.4 用3DS MAX建立虚拟世界的技巧155

习题158

实验159

第6章 虚拟现实开发工具Superscape VRT160

6.1 Superscape VRT开发平台简介160

6.2 Superscape VRT开发平台的浏览器161

6.2.1 交互三维虚拟现实世界浏览器161

6.2.2 浏览器的工具条162

6.3.1 世界编辑器163

6.3.2 材质库（Warehouse）163

6.3 世界编辑器和材质库163

6.4 三维虚拟世界中的对象164

6.4.1 边界体（Bounding cubes）165

6.4.2 点（Points）165

6.4.3 面（Faces）165

6.4.4 形体（Shapes）166

6.4.5 对象（Objects）167

6.4.6 组对象（Group objects）168

6.4.7 属性（Attributes）168

6.4.8 动态对象（Dynamic objects）168

6.4.9 动画（Animations）168

6.5.2 三维虚拟世界的创建步骤169

6.5 建造三维虚拟世界169

6.5.1 用VRT设计三维虚拟世界169

6.5.3 在三维虚拟世界中创建形体170

6.5.4 街区场景实例176

6.6 在WWW中应用三维虚拟世界188

6.6.1 WWW中三维虚拟世界的文件格式188

6.6.2 WWW中应用三维虚拟世界的方法188

6.7 小结189

习题190

实验190

7.2 设计思想191

7.2.1 整体规划191

7.1 前言191

第7章 交互式虚拟现实设计实例191

7.2.2 关键对象的设计思想192

7.3 设计过程194

7.4 小结207

习题207

实验207

附录A Superscape VRT中的属性列表208

附录B Superscape VRT中材质的应用分类209

附录C Superscape VRT中材质纹理的特殊处理213