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第一章 引言1

1.1 虚拟现实的基本概念1

1.2 虚拟现实系统的特性2

1.3 虚拟现实发展简史3

1.4 虚拟现实应用6

1.5 本书的组织9

第二章 虚拟现实外设11

2.1 3-D位置跟踪器11

2.1.1 3-D电磁跟踪器12

2.1.2 超声波跟踪器15

2.2 传感手套15

2.2.1 VPL数据手套15

2.2.3 CyberGlove17

2.2.2 PowerGlove17

2.3 立体鼠标18

2.4 数据衣19

2.5 触觉和力反馈的装置19

2.6 立体显示设备20

2.6.1 HMD20

2.6.2 BOOM22

2.6.3 立体眼镜23

2.6.4 立体投影显示23

2.6.5 3D显示器25

2.7 3-D声音生成器25

第三章 基于图形渲染的算法基础28

3.1 几何造型29

3.1.1 多面体造型29

3.1.3 曲线、曲面表示的基础知识34

3.1.2 曲面造型34

3.1.4 二次曲面38

3.1.5 超二次曲面39

3.1.6 Bézier曲线与Bézier曲面39

3.1.7 B-样条曲线和曲面43

3.1.8 有理样条与NURBs曲面45

3.2 光照模型45

3.2.1 Lambert漫反射模型46

3.2.2 Phong模型49

3.3 三维观察51

3.3.1 观察坐标51

3.3.2 投影54

3.3.3 观察体59

3.3.4 Z缓存器算法60

3.4 纹理映射61

3.4.1 二维纹理映射的基本原理62

3.4.2 建立纹理映射63

3.4.3 Catmull算法64

3.4.4 Blinn方法67

3.4.5 两步法纹理映射69

3.4.6 环境映射72

3.4.7 三维纹理映射技术73

3.4.8 MIPmap技术74

第四章 基于图像渲染的理论基础81

4.1 什么是基于图像渲染81

4.2 全光模型82

4.3 光图函数83

4.3.1 四维光图函数的定义83

4.3.2 四维参数的离散化85

4.3.3 光图系统89

4.3.4 关于光图函数的讨论93

4.4 同心圆拼图94

4.4.1 概述94

4.4.2 同心圆拼图94

4.5 同心球拼图的构造97

4.5.1 拍摄方法97

4.5.2 同心球拼图的构造方法98

4.5.3 自由漫游99

4.5.4 压缩107

4.6 基于部分几何信息的IBR技术108

4.6.1 视图插值技术108

4.6.2 图像变形技术108

4.6.3 基于外极几何的方法(Epipolar Geometry)109

4.6.4 3D折叠(3D warp)方法110

4.6.5 层次深度图像(LDI)112

4.7 讨论112

第五章 虚拟全景空间的模型与算法114

5.1 VPS空间模型115

5.1.1 视点空间115

5.1.2 虚拟全景空间115

5.1.3 空间操纵116

5.2 VPS系统的一般组成117

5.2.1 全景图像生成器117

5.2.2 空间编辑器119

5.2.3 VPS浏览器120

5.3 全景图像生成的基本思想121

5.3.1 柱面全景图像的拍摄方法121

5.3.3 成像模型与象素坐标122

5.3.2 球面全景图像的拍振方法122

5.3.4 估计象素焦距125

5.4 柱面全景图像生成技术126

5.4.1 柱面正投影算法126

5.4.2 柱面全景图像的拼接算法128

5.4.3 柱面全景图像的反投影算法130

5.4.4 柱面全景图像的漫游133

5.5 球面全景图像生成技术135

5.5.1 球面正投影算法135

5.5.2 鱼眼图像的校正算法136

5.5.3 球面全景图像反投影算法140

5.6 全景视频技术143

5.6.1 摄像机运动简化模型144

5.6.2 摄像机运动参数估计公式145

5.6.3 实现中的一些问题147

5.6.4 测试与评价149

5.7 视点空间之间的操纵算法150

5.7.1 简单的缩放实现151

5.7.2 一种图像变形算法152

第六章 虚拟现实引擎157

6.1 帧速率与计算负载158

6.1.1 图形性能与阴影模式158

6.1.2 图形性能与场景复杂度161

6.2 基于PC机的VR引擎161

6.3 基于SGI工作站的VR引擎163

6.3.1 InfiniteReality2概述164

6.3.2 分辨率与显示模式165

6.3.3 颜色166

6.3.4 纹理映射167

6.4 高度并行的VR引擎171

6.5 分布化VR引擎173

6.5.1 基于超级服务器的系统174

6.5.2 IBM分布系统176

第七章 虚拟现实建模179

7.1 几何建模180

7.1.1 造型工具180

7.1.2 环境外观180

7.2 运动建模181

7.2.1 对象位置181

7.2.2 碰撞检侧183

7.2.3 交互映射183

7.2.4 对象层次185

7.3 物理建模186

7.3.1 表面变形186

7.3.2 表面光滑程度188

7.4 对象行为189

7.5 模型分割189

7.5.1 模型分割189

7.5.2 LoD分割191

7.6 虚拟现实建模语言VRML192

7.6.1 VRML简介192

7.6.2 VRML的特性193

7.6.3 节点194

7.6.4 场景图195

7.6.5 漫游与用户交互199

7.6.6 VRML创作实例200

第八章 虚拟现实开发工具207

8.1 虚拟世界工具箱WTK207

8.1.1 WTK概述207

8.1.2 WTK的结构和对象机制209

8.1.3 WTK的仿真流程管理212

8.1.4 WTK的窗口和视区216

8.1.5 WTK的视点217

8.1.6 WTK的场景结构218

8.1.7 WTK的几何场景构造221

8.1.8 WTK的光照处理223

8.1.9 WTK的材质224

8.1.10 WTK的纹理226

8.1.11 传感器227

8.1.12 三维立体声228

8.2 Vega229

8.2.1 什么是Vega229

8.3 MR：VR应用工具箱230

8.2.2 场景图管理230

第九章 分布式虚拟现实系统233

9.1 概念与特性233

9.1.1 什么是DVR233

9.1.2 DVR的特性234

9.1.3 几个典型DVR系统与工具235

9.2 DVR的系统结构236

9.2.1 集中式/复制式结构236

9.2.2 统一的局部数据库/不同的局部数据库236

9.3 DVR模型237

9.3.1 DS模型237

9.3.2 MPSC模型237

9.4 DVR中的优先调度算法238

9.4.1 概述238

9.4.2 PRR算法239

9.4.3 结合可见性信息243

9.5 分布交互仿真DIS245

9.5.1 概述245

9.5.2 仿真实体246

9.5.3 网络接口NIU(network interface unit)248

9.5.4 计算机生成兵力249

9.6 高层体系结构HLA249

9.6.1 HLA概述249

9.6.2 HLA框架253

9.6.3 对象模型OM对互操作和可重用的支持255

9.6.4 基于HLA/RTI的分布交互仿真体系结构257

第十章 协同虚拟现实系统260

10.1 CVR的概念与特性260

10.2 CVR涉及的关键技术262

10.3.1 引言264

10.3 虚拟空间会议系统264

10.3.2 VST的概念265

10.3.3 VST需研究解决的问题266

10.3.4 虚拟会议空间的结构与构造268

10.3.5 虚拟空间会议合成计算模型271

10.4 VST-1原型系统介绍274

10.4.1 系统运行环境274

10.4.2 系统体系结构275

10.4.3 MCS设计与实现277

10.4.4 会议管理子系统280

10.4.5 虚拟对象管理子系统282

10.4.6 数据分发管理子系统283

10.4.7 基于DirectPlay的网络通信接口284

10.4.8 虚拟会议环境构造286

10.4.10 交互代理子系统288

10.4.9 视音频采集与处理子系统288

10.4.11 虚拟会场显示子系统290

10.4.12 虚拟会场合成291

第十一章 虚拟现实系统设计和评价方法295

11.1 引言295

11.2 两种开发领域296

11.3 我们的方法296

11.4 有效迭代301

11.5 一个实例：Dragon战场可视化虚拟环境302

11.6 Dragon VE的设计与评价方法304

11.7 总结306

第十二章 虚拟现实发展趋势展望308

12.1 虚拟现实发展面临的三大障碍308

12.2.1 概述309

12.2 “虚实结合”是虚拟现实技术发展的必然309

12.2.2 什么是“虚实结合”310

12.2.3 为什么需要“虚实结合”310

12.3 增强现实简介313

12.3.1 基本概念313

12.3.2 增强现实的应用314

12.3.3 增强现实的特征317

12.4 一个典型的AR系统：虚拟演播室320

12.4.1 概述320

12.4.2 数字视频技术321

12.4.3 蓝室设计和光照322

12.4.4 摄像机跟踪322

12.4.5 绘制323

12.4.6 合成324

参考文献325