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第1章绪论1

1.1虚拟现实的基本概念1

1.1.1 什么是虚拟现实1

1.1.2 虚拟现实的特征4

1.1.3 VR系统与传统计算机图形系统的区别6

1.2虚拟现实的发展史7

1.2.1 虚拟现实的发展7

1.2.2 虚拟现实的商品化9

1.3虚拟现实对传统产生的冲击11

1.3.1 VR技术对人类生活带来的冲击11

1.3.2 VR技术对教育带来的冲击12

1.3.3 VR对社会伦理道德带来的影响12

1.4发展中的V R技术研究13

1.4 1 VR技术的研究课题13

1.4.2 各国研究VR技术的状况14

第2章虚拟现实系统的组成21

2.1虚拟现实系统的分类21

2.1.1 VR的分类21

2.1.2 桌面VR系统22

2.1.3 沉浸式VR系统23

2.1.4 遥现VR系统25

2.1.5 分布式VR系统28

2.1.6 扩展现实VR系统29

2.2 VR系统的体系结构30

2.3几个典型的VR系统的介绍33

2.3.1 VIDEOPLACE系统33

2.3.2 VIEW系统34

2.3.3 Dialogue系统36

2.3.4 SuperVision系统37

2.3.5 CAVE系统39

第3章虚拟现实的三维交互工具44

3.1传感器技术44

3.1.1 跟踪技术实现的基础——传感器技术44

3.1.2 三维位置传感器47

3.1.3 三维电磁传感器48

3.1.4 超声波三维传感器49

3.2跟踪探测设备51

3.2.1 跟踪器51

3.2.2 跟踪球53

3.2.3 三维探测器54

3.3手数字化设备54

3.3.1 数据手套55

3.3.2 电子手套和功率手套58

3.3.3 其他手数字化设备59

3.4立体视觉设备62

3.4.1 头盔显示器63

3.4.2 立体眼镜68

3.4.3 其他三维显示器70

第4章虚拟环境中的自然交互技术72

4.1自然交互的概念模型72

4.1.1 概述72

4.1.2 感知与行为概念模型73

4.1.3 二维和三维交互概念模型75

4.2手势识别77

4.2.1 基于手势语言的手势识别78

4.2.2 基于手模型的手势识别78

4.3 碰撞检测86

4.4自动抓取89

4.4.1 手的抓取分类89

4.4.2 自动抓取系统90

4.5多通道用户界面模型92

4.5.1 多通道用户界面的概念模型93

4.5.2 自然交互方式的多通道用户界面模型94

4.5.3 多通道整合软件结构94

第5章实时显示处理技术97

5.1 影响实时显示的因素97

5.2三维图形的实时显示技术99

5.2.1 减少负载计算量99

5.2.2 基于图像的实时动态显示技术103

5.2.3 恒定帧频率的自适应显示104

5.3实时图形加速器106

5.3.1 图形卡性能与图像画面复杂度106

5.3.2 基于PC的VR产生器107

5.3.3 基于工作站的图形加速器110

5.3.4 高度并行VR引擎111

5.4大视场双眼体视显示技术113

5.4.1 立体视觉113

5.4.2 大视场角头盔显示器116

5.4.3 新式显示器117

5.5 分布式实时处理技术118

第6章触摸和力量反馈123

6.1触摸和力量反馈的概念123

6.1.1 概述123

6.1.2 触摸／力量反馈的概念及其区别124

6.1.3 虚拟触摸／力量反馈的要求125

6.2“砂纸”系统125

6.2.1 建立模拟纹理126

6.2.2 实时力量显示处理的物理过程127

6.2.3 力量显示的控制127

6.3触摸／力量反馈技术及工具130

6.3.1 触摸反馈技术及工具130

6.3.2 力量反馈技术及反馈装置133

6.3.3 触摸反馈和力量反馈的结合的设备138

6.4基于物理模型的力量反馈139

6.4.1 基于物理模型的力量反馈139

6.4.2 新式触觉显示器143

第7章三维虚拟声音显示144

7.1三维声音的概念及作用144

7.1.1 三维声音的概念及其特征144

7.1.2 三维虚拟声音的作用145

7.1.3 虚拟声音显示的研究目标147

7.2人类的听觉模型148

7.2.1 概述148

7.2.2 混响时间差和混响压力差148

7.2.3 头部传递函数150

7.2.4 声音合成技术的验证152

7.2.5 三维合成声音定位的实验155

7.3虚拟声音显示157

7.3.1 概述157

7.3.2 虚拟声音显示的建模157

7.3.3 合成声音跟踪的过程160

7.3.4 虚拟声音提示161

7.4声音传播162

7.4.1 距离和方向的影响162

7.4.2 声音跟踪模型163

7.4.3 声音描述的再现和处理过程164

7.5三维声音产生器165

7.5.1 实时数字信号处理器165

7.5.2 THE BEACHTRON和THE ACOUSTETRON168

第8章三维视觉建模及视觉成像169

8.1 三维视觉的显示原理169

8.2虚拟世界中对象的定义171

8.2.1 几何对象的描述172

8.2.2 动态建模173

8.2.3 对象特征定义177

8.2.4 柔韧性物体及其变形178

8.2.5 数据库模式及主要技术特点181

8.3细节层次模型分割及自动生成182

8.3.1 单元分割法183

8.3.2 细节层次分割184

8.3.3 多细节层次模型自动生成算法185

8.4三维立体图的视觉成像方法188

8.4.1 基于投影变换原理的立体图生成算法189

8.4.2 基于相关性原理的立体图光线跟踪算法190

8.4.3 快速全息图像的成像方法193

8.5 三维场景装配技术198

第9章虚拟现实系统的开发环境及系统评估199

9.1虚拟现实系统开发的支撑软件199

9.1.1 WTK工具软件200

9.1.2 MR工具箱202

9.1.3 VR编辑器203

9.1.4 虚拟现实造型语言VRML206

9.1.5 分布式虚拟环境创建工具dVS208

9.2VR系统开发的软硬件平台210

9.2.1 基于工作站的开发环境211

9.2.2 基于PC的系统开发平台211

9.3系统集成的协调和评估216

9.3.1 视觉和图形反馈的评估217

9.3.2 听觉和声音反馈的评估220

9.3.3 触觉和力量反馈的评估222

9.3.4 系统集成的协调评估223

第10章虚拟现实技术的应用227

10.1虚拟原型用于船舶设计227

10.1.1 概述227

10.1.2 舰船虚拟原型系统的开发229

10.1.3 基于虚拟环境的舰船设计实例235

10.2军事仿真模拟236

10.2.1 概述236

10.2.2 实时分布仿真系统（SIMNET）238

10.2.3 飞行模拟器240

10.3虚拟现实技术在工程中的应用241

10.3.1 虚拟空间决策支持系统在商业中的应用241

10.3.2 机器人和生产制造244

10.4医药和治疗248

10.4.1 外科手术248

10.4.2 治疗251

参考文献252