了得網計算機/網絡_虛擬現實——理論、技術、開發與應用

產品特色

編輯推薦

本書是HTC子公司威愛教育科技公司的重要作品。書中全方位呈現了虛擬現實的理論、技術、開發與應用。鄭志明院士、房建成院士、倪光南院士、郝愛民教授、周明全教授、 Allen Yang博士聯袂推薦！趙沁平院士作序！值得每一位虛擬現實從業者及廣大師生作為教材及參考讀物。

內容簡介

本書全面繫統地講解了虛擬現實基礎理論、核心技術、開發流程以及實際應用。全書分為 8 章，主要內容包括：虛擬現實發展過程，虛物實化技術，實物虛化技術，增強現實、混合現實相關技術，移動 VR、VR 一體機及基於主機的 VR，虛擬現實平臺，虛擬現實內容設計，虛擬現實內容制作方式，交互功能開發，虛擬現實開發引擎，虛擬現實內容開發案例，以及虛擬現實在遊戲、影視、社交、教育、電子商務、旅遊和醫療等領域和行業的應用案例。本書適合作為普通高等院校與職業院校虛擬現實、動漫設計、遊戲設計與多媒體技術等專業的教材，也可作為相關行業設計與研發人員的參考用書。

作者簡介

呂雲，博士，副教授，北京航空航天大學軟件學院虛擬現實技術與應用研究生培養方向副主任，北京航空航天大學銘品大數據創新實驗室執行主任，威愛教育公司總裁，美國佛羅裡達國際大學高性能數據庫研究中心（HPDRC）資深研究專家。
王海泉博士、副教授，北京航空航天大學碩士生導師，曾主持多項課題，在國內外重要刊物和會議上發表SCI/EI相關論文30餘篇，申請專利20餘項。
孫偉博士、教授，北京航空航天大學軟件學院創始院長，美國佛羅裡達國際大學計算機學院終身教授，HTC VIVE全球校園事業部總經理，威愛教育創始人兼首席執行官。

第1 章虛擬現實概述 1
1.1 虛擬現實到底是什麼 .2
1.2 虛擬現實——一個全新的世界 4
1.3 虛擬現實的發展過程 .5
1.3.1 VR 概念的提出與演變 .5
1.3.2 當下VR 發展現狀 7
1.3.3 VR 發展道路上相互促進的關聯技術 9
1.4 本章小結 11
第2 章虛擬現實繫統的核心技術 .13
2.1 虛擬現實的技術結構 .14
2.2 實物虛化技術 .14
2.2.1 幾何造型建模 .14
2.2.2 物理行為建模 .16
2.3 虛物實化技術 .18

第1 章虛擬現實概述 1
1.1 虛擬現實到底是什麼 .2
1.2 虛擬現實——一個全新的世界 4
1.3 虛擬現實的發展過程 .5
1.3.1 VR 概念的提出與演變 .5
1.3.2 當下VR 發展現狀 7
1.3.3 VR 發展道路上相互促進的關聯技術 9
1.4 本章小結 11
第2 章虛擬現實繫統的核心技術 .13
2.1 虛擬現實的技術結構 .14
2.2 實物虛化技術 .14
2.2.1 幾何造型建模 .14
2.2.2 物理行為建模 .16
2.3 虛物實化技術 .18
2.3.1 視覺繪制 .18
2.3.2 並行繪制 .24
2.3.3 聲音渲染 .25
2.3.4 力觸覺渲染 28
2.4 增強現實、混合現實的相關技術 30
2.4.1 三維注冊技術 .30
2.4.2 標定技術 .33
2.4.3 人機交互技術 .33
2.5 本章小結 36
第3 章虛擬現實繫統的解決方案 .37
3.1 常用硬件設備 .38
3.1.1 建模設備 .38
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VIII 虛擬現實——理論、技術、開發與應用
3.1.2 三維視覺顯示設備 39
3.1.3 聲音設備 .42
3.1.4 交互設備 .43
3.2 移動VR .52
3.2.1 谷歌Cardboard .52
3.2.2 谷歌Daydream View .53
3.2.3 三星Gear VR .54
3.2.4 暴風影音——暴風魔鏡 55
3.3 VR 一體機 55
3.3.1 HTC Vive Focus .55
3.3.2 微軟HoloLens 56
3.3.3 Magic Leap——Magic Leap One .57
3.3.4 三星Exyons VR Ⅲ .58
3.3.5 Pico Neo 58
3.4 基於主機的VR .59
3.4.1 HTC Vive .59
3.4.2 Facebook——Oculus Rift .60
3.4.3 索尼Project Morpheus.63
3.5 虛擬現實平臺 .64
3.5.1 HTC Viveport .64
3.5.2 SteamVR .65
3.5.3 谷歌Daydream .66
3.5.4 微軟Holographic 平臺 67
3.6 本章小結 67
第4 章虛擬現實內容的設計與開發 69
4.1 內容設計 70
4.1.1 設計目標和原則 .70
4.1.2 設計與開發流程 .71
4.2 虛擬現實內容制作方式 75
4.2.1 手工建模 .76
4.2.2 靜態建模 .82
4.2.3 全景拍攝 .83
4.3 交互功能開發 .84
4.3.1 開發步驟 .84
4.3.2 主要交互方式 .85
4.4 虛擬現實開發引擎 91
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目錄IX
4.4.1 Unity 3D 91
4.4.2 Unreal .93
4.4.3 百花齊放的VR 引擎 .94
4.5 虛擬現實內容開發案例 96
4.5.1 制作展櫃三維模型 96
4.5.2 展櫃模型的交互開發 . 102
4.6 本章小結 108
第5 章 VR 娛樂 109
5.1 遊戲的分類和電子遊戲 110
5.2 虛擬現實：更高階段的遊戲體驗 110
5.3 虛擬現實電子遊戲的影響 111
5.3.1 遊戲用戶更多，遊戲時間更長、頻率更高 . 112
5.3.2 虛擬現實電子遊戲：虛擬生存的起源 . 112
5.4 VR 遊戲 . 113
5.4.1 塗鴉類遊戲 113
5.4.2 桌面類遊戲 116
5.4.3 射擊類遊戲 119
5.4.4 競技類遊戲 123
5.4.5 休閑類遊戲 126
5.5 VR 影視 . 128
5.6 VR 社交 . 130
5.7 本章小結 136
第6 章 VR 教育革命 . 137
6.1 教育的VR 化發展 . 138
6.1.1 VR 課件制作 138
6.1.2 VR 教室 . 140
6.2 高等教育案例 . 142
6.2.1 場景化沉浸式英語 142
6.2.2 VR 實驗室 . 145
6.2.3 VR 無人機仿真培訓繫統 . 151
6.3 義務教育 152
6.3.1 科學教育 . 152
6.3.2 德育教育 . 154
6.3.3 安全教育 . 154
6.3.4 義務教育的VR 應用實例 156
6.4 本章小結 161
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X 虛擬現實——理論、技術、開發與應用
第7 章 VR 行業應用 . 163
7.1 VR 電商 . 164
7.1.1 VR 房地產 . 164
7.1.2 VR 購物 . 165
7.1.3 VR 汽車銷售 168
7.2 VR 旅行 . 170
7.2.1 VR 古建築文物復原 170
7.2.2 VR 景區 . 173
7.3 VR 醫療 . 176
7.3.1 VR 心理療法 177
7.3.2 VR 手術直播 178
7.3.3 VR 健康管理 181
7.4 VR 心理健康 183
7.4.1 VR 心理健康教育的現狀 . 184
7.4.2 VR 心理健康中心的功能 . 184
7.5 VR 其他應用 191
7.5.1 VR 軍事應用 191
7.5.2 VR 航天應用 192
7.5.3 VR 設計應用 193
7.6 本章小結 198
第8 章未來虛擬現實 199
8.1 虛擬現實與教育 200
8.2 虛擬現實與雙創 201
8.3 虛擬現實與未來生活 . 202
8.4 本章小結 203
附錄A 加州大學伯克利分校Decal Class VR 項目實踐 . 204
A.1 環境搭建 . 204
A.1.1 項目綜述 . 205
A.1.2 項目設置 . 205
A.1.3 創建場景 . 206
A.1.4 加入VR 支持 208
A.2 槍械構建 . 212
A.2.1 讀取控制器輸入 . 212
A.2.2 槍械的拾取 . 214
A.2.3 工程整合 . 224
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目錄XI
A.3 怪獸（敵人）構建 225
A.3.1 怪獸預制體 . 225
A.3.2 創建導航網格 225
A.3.3 怪獸移動 . 227
A.3.4 攻擊玩家 . 229
A.3.5 射殺怪物 . 230
A.4 功能組合 . 235
A.4.1 產生怪物 . 236
A.4.2 玩家生命管理 238
A.5 文件輸出 . 240
A.6 寫在後 . 241
後記 . 242

前言

隨著信息處理技術和光電子技術的高速發展，虛擬現實技術已經從小規模、小範圍的技術
探索和應用進入了更加寬廣的領域。在未來幾年，隨著技術的進一步發展以及各國政府的政策
支持和資本投入的聚焦，虛擬現實行業將以前所未有的速度快速發展。虛擬現實產業生態業務
形態豐富多樣，蘊含著巨大的發展潛力，能夠帶來顯著的社會效益，虛擬經濟與實體經濟的結
合將會給人們的生產和生活方式帶來革命性的變革。從以娛樂、影視、社交為代表的大眾應用，
到以教育、軍事、智能制造為代表的行業應用，虛擬現實技術正在加速向各個領域滲透和融合，
並且給這些領域帶來前所未有的變革和促進。
虛擬現實技術的發展在我國受到了國家層面的高度重視，各級政府積極推動虛擬現實產業
發展。虛擬現實技術已經被列入“十三五”國家信息化規劃、中國制造2025、互聯網等多項

隨著信息處理技術和光電子技術的高速發展，虛擬現實技術已經從小規模、小範圍的技術
探索和應用進入了更加寬廣的領域。在未來幾年，隨著技術的進一步發展以及各國政府的政策
支持和資本投入的聚焦，虛擬現實行業將以前所未有的速度快速發展。虛擬現實產業生態業務
形態豐富多樣，蘊含著巨大的發展潛力，能夠帶來顯著的社會效益，虛擬經濟與實體經濟的結
合將會給人們的生產和生活方式帶來革命性的變革。從以娛樂、影視、社交為代表的大眾應用，
到以教育、軍事、智能制造為代表的行業應用，虛擬現實技術正在加速向各個領域滲透和融合，
並且給這些領域帶來前所未有的變革和促進。
虛擬現實技術的發展在我國受到了國家層面的高度重視，各級政府積極推動虛擬現實產業
發展。虛擬現實技術已經被列入“十三五”國家信息化規劃、中國制造2025、互聯網等多項
國家重大戰略中，工信部、發展改革委、科技部、文化部、商務部等多個部委出臺相關政策促
進虛擬現實產業發展，各級地方政府也積極建設虛擬現實產業園，以推動當地虛擬現實產業發
展。截至2018 年年底，我國二十餘個省市地區開始布局虛擬現實產業，從生產制造、技術研發、
人纔培養等多方面推動虛擬現實產業的發展。
虛擬現實行業是個創新的行業。2014 年總理提出了“大眾創業，萬眾創新”的號召，
開啟了“雙創”新時代。全民創新熱情高漲，湧現出了一大批傑出的創新企業。虛擬現實作為
熱門新技術，有著巨大的發展潛力，在全民創新、創業的大潮中吸引了眾人的目光，並吸納了
眾多的創業者。這一時期，虛擬現實行業的從業者扮演著多重角色，他們既是行業發展的見證者，
也是行業進步的推動者，同時還是行業創新的領導者。在虛擬現實行業飛速發展的階段，行業
內眾多企業緊跟行業發展步伐，不斷創新，不斷突破，不斷探索新技術、研發新產品。虛擬現
實的創新特性讓整個行業充滿活力，也讓企業與學術界建立起緊密的聯繫。在虛擬現實領域，
各大企業積極推動校企合作，推動產、學、研一體化。學術界科研新成果不斷地轉化為新產品，
為市場注入新血液，而企業的新實踐也成為研究的動力，反哺學術，形成良性互動。
虛擬現實行業是面向未來的行業。2014 年Facebook 收購Oculus 時，扎克伯格表示看好虛
擬現實的發展，認為這是一個繼智能手機之後的新增長點。時至今日，各大互聯網巨頭均已涉
足虛擬現實領域，許多非相關行業的企業，如迪士尼也開始探索旗下產品與虛擬現實結合的可
能性，有些企業甚至已經有一些產品問世。各大計算機、互聯網行業巨頭引領了行業上上下下
對虛擬現實（VR）技術的探索，並借助其強大的成果轉換能力催生了一繫列各具特色的VR 產
品，為其他行業巨頭帶來了豐富的應用場景，讓虛擬現實走出了遊戲娛樂的小圈子，去解決更
加豐富的實際問題。從VR 技術到VR 繫統再到VR 應用，每個環節都充滿著活力，整個行業
目前呈現出一種良性循環的態勢。
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VI 虛擬現實——理論、技術、開發與應用
現在正是進入虛擬現實領域的好時機，一方面該領域已經有較多實際產品的應用經驗可以
借鋻，沒有那麼多虛擬現實處於“概念”時期的不確定性和盲目性，而另一方面又正趕上虛擬
現實行業發展初期，仍有大量的未知空間可供探索。因此，對想要進入虛擬現實領域的研究者、
創業者來說，應該把握當前良好機遇，充分了解行業現狀，緊跟虛擬現實技術發展，積極探索
虛擬現實技術的新應用場景。希望所有的讀者都能從本書中了解到虛擬現實技術的全貌，發現
潛在的突破口，找到自身的興趣點，都能在虛擬現實的發展大潮中有所收獲。
編者
2019年2 月

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