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www.ukn3d.cc西安虚拟现实技术内容提要本书是新世纪高职高专教改项目成果教材。在书中主要介绍了虚拟现实技术的基本概念、虚拟现实系统的组成、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实的相关技术、虚拟现实技术在现实世界中的应用。全书共有6个章节，内容包括：概论、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实系统的相关技术与软件、全景技术、网络三维互动Cult3D、虚拟现实建模语言VRML。附录中附有VRML的关键字和域参考等。本书内容较为全面且涉及面广，在编写时本着侧重于普及、推广及应用的原则，内容方面没有过多涉及有关虚拟现实技术的算法理论及程序等。本书既介绍了虚拟现实技术的必要理论，又介绍了具有代表性的虚拟现实软件的使用，并采用实例进行讲解，使读者能在较短的时间内达到入门及应用的效果。本书适合于高等职业学校、高等专科学校、成人高校、本科院校举办的二级职业技术学院，也可供示范性软件职业技术学院、继续教育学院、民办高校、技能型紧缺人才培养使用，还可供本科院校、计算机专业人员和爱好者参考使用。图书在版编目（CIP）数据虚拟现实技术与应用／胡小强主编.—北京：高等教育出版社，2004.4ISBN7-04-014758-0Ⅰ.虚…Ⅱ.胡…Ⅲ.虚拟技术-高等学校-教材Ⅳ.TP391中国版本图书馆CIP数据核字（2004）第024745号策划编辑冯英责任编辑焦建虹封面设计王凌波责任绘图宗小梅版式设计王艳红责任校对存怡责任印制出版发行高等教育出版社购书热线010-64054588社址北京市西城区德外大街4号免费咨询800-810-0598邮政编码100011网址://www.hep.com.cn经销新华书店北京发行所印刷开本787×10921/16版次年月第1版印张14.5印次年月第次印刷字数350000定价18.50元本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。版权所有侵权必究前言近几年来，虚拟现实（VirtualReality）技术成为一项十分热门的技术，越来越多的人员投身到这个研究领域，致力于虚拟现实技术的研究、开发及应用推广。虚拟现实技术、理论分析和科学实验已成为人类探索客观世界规律的三大手段。据权威人士断言，虚拟现实技术将是21世www.ukn3d.cc西安虚拟现实技术纪信息技术的代表，由此可见其重要性。虚拟现实技术给我们带来了什么？第一，它改变了我们的观念，从以前的“以计算机为中心”变为“人是信息技术的主体”；第二，它改进了人机交互方式，由过去人机之间枯燥、被动的方式变成了人通过手和声音等自然的交互方式与机器交流，人机融为一体；第三，改变了人们生活与娱乐的方式。总之，虚拟现实技术的出现必将对我们的生活、工作带来巨大的冲击，虚拟现实技术是一个值得关注的重要技术。虚拟现实技术是20世纪以来科学技术进步的结晶，在虚拟现实系统中集中体现了计算机技术、计算机图形学、传感技术、人体工程学、人机交互理论等多个领域的最新成果。也正是由于这些特点及其在应用中的魅力，深深地吸引了科技界的研究人员进行孜孜不倦的探索，但同时我们也意识到，我国虚拟现实技术的水平离人们心目中追求的目标尚有较大的距离，与国外虚拟现实技术的研究与应用也存在较大的差距，因此该项技术需要我们进一步研究、开发及完善。现在存在的问题有：硬件方面相应的交互设备较少，现有的设备价格十分昂贵；软件工具方面存在着语言专业性过强、通用性差、开发费用高等问题。同时，有关嗅觉和味觉的建模和传感技术在虚拟现实中的应用还没有实现，即使对于目前相对较成熟的视觉、听觉和触觉的建模和再现技术，要达到理想的真实感和实时性仍然有较大的距离。美国一家杂志社在评选影响未来的十大科学技术时，评选结果为Internet位居第一，虚拟现实技术名列第二。最近几年来，Internet的应用变得十分广泛，媒体也吵得沸沸扬扬，相比之下，虚拟现实技术仍像刚刚问世的电脑、互联网络一样，还没有引起人们的足够重视。该项技术在国内介绍较少，业界也重视不足。基于以上几个原因，我们觉得有必要在高等教育中增加有关虚拟现实技术的教学内容，吸引更多的人去了解它、关注它、研究它、应用它，以推动我国虚拟现实技术的发展。目前虚拟现实技术的应用面较广，涉及军事、航空、教育、建筑、医学、工业、文化、艺术与娱乐等领域。本书在编写中主要侧重于虚拟现实技术的应用，在书中介绍虚拟现实技术的基本概念、虚拟现实系统的硬件设备、虚拟现实中的相关技术，还介绍了基于实用的几个桌面虚拟现实工具软件，而有关虚拟现实技术的理论如建模方法、优化、压缩算法及程序等内容可参阅其他有关资料。本书在介绍虚拟现实技术必要理论的同时，主要侧重于系统介绍虚拟现实系统的硬件与软件以及桌面虚拟现实工具软件的使用。全书共有6个章节：www.ukn3d.cc西安虚拟现实技术II前言第1章概论，主要介绍虚拟现实技术的概念、组成、特性，并对虚拟现实技术在各领域的应用及国内外的研究现状、应用现状作了介绍。第2章虚拟现实系统的硬件设备，主要介绍虚拟世界的生成设备、虚拟世界的感知设备、空间位置跟踪定位设备和面向自然的人机交互设备的功能、特点及应用情况。第3章虚拟现实系统的相关技术与软件，主要介绍有关的环境建模技术、实时三维图形绘制技术、三维虚拟声音的显示技术、面向自然的交互与传感技术和碰撞检测技术及基于网络的Web3D技术等。第4章全景技术，主要介绍全景技术的分类、特点及全景照片的拍摄方法与原则，并给出了几种全景图制作实例。第5章网络三维互动Cult3D，主要介绍了一种用于网络互动展示的软件Cult3D，并通过实例讲解，使读者能掌握其基本的使用方法。第6章虚拟现实建模语言VRML，VRML是一种广泛应用于互联网的虚拟建模语言。本章讲述了其发展状况、语法、浏览器的使用等，并通过实例来讲解VRML语言的使用。本书在编写中注重实用，在内容方面力求做到全面而系统，使读者能通过此书快速入门并达到掌握应用的目的。本书第1、2、3、4、5章由胡小强编写，第6章由吴北新编写，在编写过程中得到况扬、汪艳、徐翔红、高昆等同志的帮助，在此表示感谢。本书承浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室多媒体与虚拟现实研究室主任潘志庚研究员主审，在此，对他所提的宝贵意见表示感谢，编者对此也已作了相应的修改与补充。另外，需要本书相关软件及素材的读者可以通过E-mail与VRBook@sohu.com联系。由于当前虚拟现实技术发展迅速，加之作者水平有限，时间仓促，书中错漏之处在所难免，恳请读者批评指正。编者于江西科技师范学院2004年2月出版说明为认真贯彻《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》和《面向21世纪教育振兴行动计划》，研究高职高专教育跨世纪发展战略和改革措施，整体推进高职高专教学改革，教育部决定组织实施《新世纪高职高专教育人才培养模式和教学内容体系改革与建设项目计划》（教高［2000］3号，以下简称《计划》）。《计划》的目标是：“经过五年的努力，初步形成适应社会主义现代化建设需要的具有中国特色的高职高专教育人才培养模式和教学内容体系。”《计划》的研究项目涉及高职高专教育的地位、作用、性质、培养目标、培养模式、教学内容与www.ukn3d.cc西安虚拟现实技术课程体系、教学方法与手段、教学管理等诸多方面，重点是人才培养模式的改革和教学内容体系的改革，先导是教育思想的改革和教育观念的转变。与此同时，为了贯彻落实《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》（教高［2000］2号）的精神，教育部高等教育司决定从2000年起，在全国各省市的高等职业学校、高等专科学校、成人高等学校以及本科院校的职业技术学院（以下简称高职高专院校）中广泛开展专业教学改革试点工作，目标是：在全国高职高专院校中，遴选若干专业点，进行以提高人才培养质量为目的、人才培养模式改革与创新为主题的专业教学改革试点，经过几年的努力，力争在全国建成一批特色鲜明、在国内同类教育中具有带头作用的示范专业，推动高职高专教育的改革与发展。教育部《计划》和专业试点等新世纪高职高专教改项目工作开展以来，各有关高职高专院校投入了大量的人力、物力和财力，在高职高专教育人才培养目标、人才培养模式以及专业设置、课程改革等方面做了大量的研究、探索和实践，取得了不少成果。为使这些教改项目成果能够得以固化并更好地推广，从而总体上提高高职高专教育人才培养的质量，我们组织了有关高职高专院校进行了多次研讨，并从中遴选出了一些较为成熟的成果，组织编写了一批“新世纪高职高专教改项目成果”教材。这些教材结合教改项目成果，反映了最新的教学改革方向，很值得广大高职高专院校借鉴。新世纪高职高专教改项目成果教材适用于高等职业学校、高等专科学校、成人高校及本科院校举办的二级职业技术学院、继续教育学院和民办高校使用。高等教育出版社2002年11月30日目录I目录第1章概论贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩11.1虚拟现实技术概述贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩21.1.1VR技术的发展过程贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩21.1.2VR技术的概念与构成贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩31.1.3VR技术的特征及意义贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩51.1.4VR技术与三维动画技术的异同贩贩贩贩贩71.2虚拟现实系统的分类贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩81.2.1沉浸式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩81.2.2桌面式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩101.2.3增强式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩11www.ukn3d.cc西安虚拟现实技术1.2.4分布式VR系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩111.3虚拟现实技术的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩131.3.1军事与航空航天贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩131.3.2教育与训练贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩161.3.3商业应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩191.3.4建筑设计与规划贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩201.3.5医学领域的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩211.3.6工业应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩221.3.7影视娱乐界的应用贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩231.4虚拟现实技术研究现状与研究方向贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩241.4.1VR技术的现状贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩241.4.2VR技术的局限性贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩261.4.3VR技术的研究方向贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩27本章小结贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩27习题与思考题贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩28第2章虚拟现实系统的硬件设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩292.1虚拟世界的生成设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩292.2虚拟世界的感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩312.2.1视觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩312.2.2听觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩412.2.3触觉、力觉感知设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩422.3空间位置跟踪定位设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩442.3.1磁跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩452.3.2光学跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩462.3.3机械跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩462.3.4声学跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩472.3.5惯性位置跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩482.3.6图像提取跟踪系统贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩482.4面向自然的人机交互设备贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩482.4.1数据手套贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩482.4.2数据衣贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩502.4.3三维控制器贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩贩512.4.4三维模型数字化仪贩贩贩贩贩贩