虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

內(nèi)容概要

陳懷友、張?zhí)祚Y、張菁編著的《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(中文版計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材)》重點(diǎn)介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念、發(fā)展歷程和組成，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的硬件設(shè)備，虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)的工具軟件及其應(yīng)用。
本書匯集一系列的虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)、人體工程學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)等以及它們近年來的發(fā)展成果，具有較高的學(xué)術(shù)水平，可以作為研究人員的參考手冊(cè)。
《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(中文版計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材)》內(nèi)容系統(tǒng)、全面，本著普及、推廣及應(yīng)用的原則，在介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)理論知識(shí)的同時(shí)，還介紹幾個(gè)具有代表性的虛擬現(xiàn)實(shí)工具軟件，并采用實(shí)例進(jìn)行講解，使讀者能在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有所了解，并加以應(yīng)用。

書籍目錄

第1章  虛擬現(xiàn)實(shí)概述
  1.1  虛擬現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)生與發(fā)展
    1.1.1  虛擬現(xiàn)實(shí)的概念
    1.1.2  虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展
    1.1.3  虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成
  1.2  虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用
    1.2.1  軍事
    1.2.2  教育與體育
    1.2.3  游戲
    1.2.4  建筑
第2章  建模技術(shù)
  2.1  建模技術(shù)概述
  2.2  幾何建模
    2.2.1  幾何模型的特點(diǎn)
    2.2.2  線框建模
    2.2.3  表面建模
    2.2.4  實(shí)體建模
  2.3  運(yùn)動(dòng)建模
    2.3.1  運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)生成技術(shù)
    2.3.2  動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)生成技術(shù)
    2.3.3  人體的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)分析
    2.3.4  基于坐標(biāo)值的關(guān)鍵幀方法
  2.4  軟體建模
    2.4.1  碰撞檢測(cè)
    2.4.2  粒子建模方法
    2.4.3  基于物理屬性的虛擬手術(shù)建模
  2.5  數(shù)據(jù)的存檔與獲取
    2.5.1  地物建模的數(shù)據(jù)源
    2.5.2  虛擬城市建模的數(shù)據(jù)獲取
    2.5.3  醫(yī)學(xué)影像的獲取與存儲(chǔ)
    2.5.4  運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
第3章  實(shí)時(shí)繪制技術(shù)
  3.1  消隱技術(shù)
    3.1.1  物體空間法
    3.1.2  圖像空間法
    3.1.3  物體空間、圖像空間隱藏面消除綜合法
  3.2   LOD技術(shù)
    3.2.1  虛擬場(chǎng)景中LOD技術(shù)
    3.2.2  虛擬場(chǎng)景生成中LOD模型關(guān)鍵技術(shù)
    3.2.3  虛擬場(chǎng)景生成中LOD模型的生成算法
    3.2.4  基于三角形折疊的LOD算法
    3.2.5  動(dòng)態(tài)LOD算法
  3.3  景深技術(shù)
    3.3.1  景深及影響景深的因素
    3.3.2  基于可編程GPU的景深算法
    3.3.3  大景深系統(tǒng)
    3.3.4  景深的藝術(shù)效果分析
  3.4  紋理映射
    3.4.1  二維紋理映射
    3.4.2  三維紋理映射
    3.4.3  基于0penGL紋理映射
    3.4.4  基于VTK的三維紋理映射
  3.5  光照模型
    3.5.1  光源特性和物體表面特性
    3.5.2  光照模型及其實(shí)現(xiàn)
    3.5.3  明暗的光滑處理
    3.5.4  光照模型中的燈光控制及陰影處理
    3.5.5  基于圖像的光照模型
  3.6  特效技術(shù)
    3.6.1  過程紋理算法
    3.6.2  基于分形理論的算法
    3.6.3  基于動(dòng)態(tài)隨機(jī)過程的算法
    3.6.4  基于物理原理的方法
    3.6.5  幾種具體特效物體的算法發(fā)展現(xiàn)狀
第4章  引擎構(gòu)造及關(guān)鍵技術(shù)
  4.1  虛擬現(xiàn)實(shí)引擎框架
    4.1.1  虛擬現(xiàn)實(shí)引擎概念
    4.1.2  虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的發(fā)展歷程
    4.1.3  虛擬現(xiàn)實(shí)引擎架構(gòu)
    4.1.4  虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的功能及工作流程
    4.1.5  漫游引擎的結(jié)構(gòu)
  4.2  場(chǎng)景調(diào)度技術(shù)
    4.2.1  場(chǎng)景管理的設(shè)計(jì)思想
    4.2.2  基于場(chǎng)景圖的管理
    4.2.3  基于繪制狀態(tài)的場(chǎng)景管理
    4.2.4  基于場(chǎng)景包圍體的場(chǎng)景組織
    4.2.5  繪制過程的場(chǎng)景管理
    4.2.6  室內(nèi)場(chǎng)景的優(yōu)化調(diào)度技術(shù)
  4.3  路徑規(guī)劃
    4.3.1  虛擬場(chǎng)景中的路徑規(guī)劃
    4.3.2  基于體素化的自動(dòng)入口生成
    4.3.3  虛擬場(chǎng)景中的路徑規(guī)劃
  4.4  立體顯示技術(shù)
    4.4.1  立體視覺原理及視覺模型
    4.4.2  立體顯示硬件技術(shù)
    4.4.3  立體顯示軟件算法
    4.4.4  平行投影法
    4.4.5  基于PC的兩個(gè)立體顯示系統(tǒng)
  4.5  動(dòng)畫與聲音調(diào)度
    4.5.1  渲染器
    4.5.2  模型與動(dòng)畫、細(xì)節(jié)  級(jí)別
    4.5.3  物理引擎、運(yùn)動(dòng)和效果
    4.5.4  聲音系統(tǒng)與音頻API
第5章  碰撞檢測(cè)技術(shù)
  5.1  面向凸體的碰撞檢測(cè)
  5.2  基于一般表示的碰撞檢測(cè)
    5.2.1  面向CSG表示模型的碰撞檢測(cè)算法
    5.2.2  面向參數(shù)曲面的碰撞檢測(cè)算法
    5.2.3  面向體表示模型的碰撞檢測(cè)算法
  5.3  基于層次包圍體樹的碰撞檢測(cè)
    5.3.1  基于AABB層次包圍盒樹的碰撞檢測(cè)算法
    5.3.2  基于層次包圍球樹的碰撞檢測(cè)算法
    5.3.3  基于OBB層次包圍盒樹的碰撞檢測(cè)算法
    5.3.4  基于k-DOP層次包圍體樹的碰撞檢測(cè)算法
    5.3.5  基于掃成球?qū)哟伟鼑w樹的碰撞檢測(cè)算法
  5.4  基于圖像空間的碰撞檢測(cè)
  5.5  游戲中常用的碰撞檢測(cè)技術(shù)
第6章  幾個(gè)典型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)
  6.1  虛擬現(xiàn)實(shí)的研究方向及發(fā)展前景
  6.2  仿真駕駛系統(tǒng)
    6.2.1  原理
    6.2.2  系統(tǒng)構(gòu)成
    6.2.3  汽車駕駛仿真器的實(shí)現(xiàn)
  6.3  軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)
    6.3.1  虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境在軍事仿真中的應(yīng)用
    6.3.2  虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境系統(tǒng)的基本構(gòu)成
    6.3.3  作戰(zhàn)仿真的發(fā)展趨勢(shì)
  6.4    醫(yī)學(xué)
    6.4.1  虛擬手術(shù)概述
    6.4.2  虛擬手術(shù)系統(tǒng)組成及其關(guān)鍵技術(shù)
    6.4.3  系統(tǒng)的交互手段及軟硬件平臺(tái)
  6.5  虛擬城市系統(tǒng)
    6.5.1  系統(tǒng)概述  
    6.5.2  發(fā)展現(xiàn)狀
    6.5.3  “虛擬城市”建設(shè)的意義
    6.5.4  系統(tǒng)的軟件
    6.5.5  應(yīng)用實(shí)例
    6.5.6  發(fā)展趨勢(shì)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   2.2幾何建模 幾何建模是開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)過程中最基本、最重要的工作之一。虛擬環(huán)境中的幾何模型描述物體的幾何信息和拓?fù)湫畔?，幾何信息是指物體在歐氏空間中的形狀、位置和大小，例如頂點(diǎn)的坐標(biāo)值、曲面數(shù)學(xué)表達(dá)式中的具體系數(shù)等；拓?fù)湫畔⑹侵肝矬w各分量的數(shù)目及其相互間的連接關(guān)系，它涉及表示幾何信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、相關(guān)的構(gòu)造與操縱該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的算法。虛擬環(huán)境中的每個(gè)物體包含形狀和外觀兩個(gè)方面。物體的形狀由構(gòu)造物體的各個(gè)多邊形、三角形和頂點(diǎn)等來確定，物體的外觀則由表面紋理、顏色和光照系數(shù)等來確定。因此，用于存儲(chǔ)虛擬環(huán)境中幾何模型的模型文件應(yīng)該能夠提供上述信息。同時(shí)，還要滿足虛擬建模技術(shù)的三個(gè)常用指標(biāo)——交互顯示能力、交互式操縱能力和易于構(gòu)造的能力。 對(duì)虛擬對(duì)象模型的要求： 對(duì)象的幾何建模是生成高質(zhì)量視景圖像的先決條件。它是用來描述對(duì)象內(nèi)部固有的幾何性質(zhì)的抽象模型，所表達(dá)的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。 （1）對(duì)象中基元的輪廓和形狀，以及反映基元表面特點(diǎn)的屬性，例如顏色。 （2）基元間的連接性，即基元結(jié)構(gòu)或?qū)ο蟮耐負(fù)涮匦浴＿B接性的描述可以用矩陣、樹和圖等表示。 （3）應(yīng)用中要求的數(shù)值和說明信息。這些信息不一定是與幾何形狀有關(guān)的，例如基元的名稱，基元的物理特性等。 從體系和結(jié)構(gòu)的角度看，幾何建模技術(shù)分為體素和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面。體素用來構(gòu)造物體的原子單位，體素的選取決定了建模系統(tǒng)所能構(gòu)造的對(duì)象范圍。結(jié)構(gòu)用來決定體素如何組合以構(gòu)成新的對(duì)象。 幾何建模可以進(jìn)一步劃分為層次建模法和屬主建模法。 （1）層次建模方法。 層次建模方法利用樹形結(jié)構(gòu)來表示物體的各個(gè)組成部分，對(duì)描述運(yùn)動(dòng)繼承關(guān)系比較有利。例如：手臂可以描述成由肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂、腕關(guān)節(jié)、手掌和手指構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，而手指又可以進(jìn)一步細(xì)分。在層次模型中，較高層次構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)勢(shì)必改變較低層次構(gòu)件的空間位置，例如：肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)勢(shì)必改變小臂、手掌的位置，而肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)又影響到大臂、小臂等。 （2）屬主建模方法。 屬主建模方法的思想是讓同一種對(duì)象擁有同一個(gè)屬主，屬主包含了該類對(duì)象的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)要建立某個(gè)屬主的一個(gè)實(shí)例時(shí)，只要復(fù)制指向?qū)僦鞯闹羔樇纯?。每一個(gè)對(duì)象實(shí)例是一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)，擁有自己獨(dú)立的方位變換矩陣。以汽車建模為例，汽車的4個(gè)輪子有相同的結(jié)構(gòu)，我們可為之建立一個(gè)輪子屬主，每次需要輪子實(shí)例時(shí)，只要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)指向輪子屬主的指針即可。通過獨(dú)立的方位變換矩陣，便可以得到各個(gè)輪子的方位。這樣做的好處是簡(jiǎn)單高效、易于修改和一致性好。 2.2.1幾何模型的特點(diǎn) 幾何建模在CAD技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，也為虛擬環(huán)境建模技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。但是，幾何建模僅僅建立了對(duì)象的外觀，而不能反映對(duì)象的物理特征，更不能表現(xiàn)對(duì)象的行為，幾何建模只能實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)“看起來像”的特征，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的其他特征。

編輯推薦

　　《計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科前沿叢書·計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科研究生系列教材：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（中文版）》對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的探討，運(yùn)用多個(gè)典型的具體事例，把當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)最新的應(yīng)用領(lǐng)域和具體實(shí)現(xiàn)方法呈現(xiàn)出來。幫助讀者更快地掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并能舉一反三地應(yīng)用到實(shí)踐中。同時(shí)緊密聯(lián)系當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域已取得的最新成果和未來發(fā)展方向，深入淺出地講述了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要內(nèi)容，并提供了大量的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于讀者理解和掌握虛擬現(xiàn)實(shí)有很大幫助。

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