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上篇 虚拟现实技术概述3

第1章 虚拟现实的基本概念3

1.1 虚拟现实的概念3

1.2 虚拟现实系统的特征4

1.2.1 沉浸性（Immersion）4

1.2.2 交互性（Interaction）5

1.2.3 构想性（Imagination）5

1.3 虚拟现实的发展6

1.4 虚拟现实技术在石油工业中的应用8

1.4.1 地震资料解释9

1.4.2 井下作业三维仿真9

1.4.3 员工技术培训9

1.4.4 应用虚拟现实技术进行事故调查和研究9

1.4.5 数字油田10

第2章 虚拟现实系统的组成和分类11

2.1 虚拟现实系统的组成11

2.1.1 输入系统12

2.1.2 输出系统13

2.1.3 虚拟环境数据库14

2.1.4 虚拟现实软件14

2.2 虚拟现实系统的分类15

2.2.1 桌面虚拟现实系统15

2.2.2 沉浸式虚拟现实系统15

2.2.3 分布式虚拟现实系统16

2.3 典型的虚拟现实系统的介绍16

2.3.1 VIDEOPLACE系统16

2.3.2 VIEW系统17

2.3.4 SuperVision系统19

2.3.3 Dialogue系统19

2.3.5 CAVE系统21

第3章 虚拟现实硬件设备及其相关技术26

3.1 概述26

3.1.1 实时三维计算机图形技术26

3.1.2 立体显示26

3.1.3 用户（头、眼）的跟踪27

3.1.4 手及手势、人体姿势的跟踪27

3.1.5 立体声及语音输入输出27

3.1.6 触（力）觉反馈28

3.2 立体显示技术及设备28

3.2.1 眼睛的立体视觉28

3.2.2 双目视差——立体成像的基础30

3.2.3 立体图像的产生与显示30

3.2.4 视觉显示设备31

3.2.5 显示方法及效果34

3.3 听觉技术及设备35

3.3.1 声音方向的确定35

3.3.2 录制三维声音37

3.3.3 虚拟声音的产生37

3.4 触觉、力觉技术及设备39

3.4.1 触摸的感觉39

3.4.2 触觉与运动感觉的关联39

3.4.3 虚拟触觉的重要性及复杂性40

3.4.4 触觉和力反馈的装置41

3.4.5 力反馈的效果43

3.5 数据手套43

3.6 鼠标的演变46

3.7 数据衣47

4.2 分布式虚拟环境系统dVS49

4.1 桌面虚拟环境系统VRT49

第4章 虚拟环境的开发环境与平台49

4.3 世界工具包WTK51

4.3.1 虚拟环境的合成51

4.3.2 仿真管理程序52

4.3.3 宇宙中的对象52

4.4 实时三维视景数据库建模和优化工具MultiGen55

4.5 实时三维视景管理软件OpenGVS56

4.6 实时视景仿真驱动系统Vega58

4.6.1 LynX图形环境59

4.6.2 场景图管理59

4.6.3 API应用程序接口59

4.6.4 AudioWorks2声音仿真59

4.7 视景开发系统VTree SDK60

4.6.5 Vega Class Recorder记录和重放场景60

4.7.1 VTree应用编程接口61

4.7.2 三种层次的开发功能61

4.8 3D虚拟现实工具EON61

4.8.1 EON技术简介61

4.8.2 EON Reality VR软件系统方案62

4.9 多功能的三维开发工具Virtools64

4.9.1 Virtools Physics Pack64

4.9.2 Virtools VR Pack64

4.9.3 Virtools AI Pack64

4.9.4 Virtools Xbox Kit游戏开发模块65

4.9.5 Virtools Server网络服务器模块65

第5章 人机交互系统的设计66

5.1 人机交互技术的发展历程66

5.2 人机交互部分的组成及基本原理67

5.2.1 硬件系统68

5.2.2 软件系统72

5.2.3 用户界面系统74

5.3 系统集成77

5.3.1 多信息流集成77

5.3.2 多信息流同步79

中篇 几种常用的虚拟环境开发平台85

第6章 桌面虚拟环境系统平台VRT85

6.1 VRT简介85

6.1.1 VRT组件85

6.1.2 VRT编辑器86

6.1.3 VRT浏览器87

6.2 VRT开发步骤87

6.2.1 准备阶段87

6.2.2 实现阶段88

6.3.1 Shape Editor89

6.2.3 出版发布阶段89

6.3 构造模型89

6.3.2 World Editor96

6.3.3 纹理映射103

6.3.4 Distance的概念103

6.4 视点105

6.4.1 视点控制的任务105

6.4.2 “虚拟人”的设计105

6.4.3 视点控制方式的设计106

6.5 SDK概述107

6.5.1 SDK应用程序类型107

6.5.2 VRT、API和应用程序模块之间的关系108

6.5.3 API接口108

7.1 MultiGen概述110

7.1.1 MultiGen Creator简介110

第7章 基于多边形的建模工具——MultiGen110

7.1.2 MultiGen Creator应用范围111

7.1.3 MultiGen Creator系统需求111

7.2 MultiGen Creator的构成111

7.2.1 数字地形海拔数据模块（DTED）111

7.2.2 数字特征分析数据（DFAD）转换模块112

7.2.3 纹理模块（Texture）112

7.3 MultiGen Creator的基本环境113

7.3.1 MultiGen的参考书113

7.3.2 MultiGen Creator的主界面113

7.3.3 在3D世界中漫游115

7.3.4 MultiGen Creator的基本建模模块功能概述115

7.4 层次结构视图118

7.4.1 Open Flight结构118

7.4.3 数据模型的层次目录结构120

7.4.2 层次结构视图120

7.5 构建模型121

7.5.1 实时模型构建时一些好的经验121

7.5.2 构建一个房子122

第8章 通用漫游引擎构造工具——OpenGVS147

8.1 OpenGVS简介147

8.2 系统的软件结构149

8.2.1 OpenGVS软件层次149

8.2.2 OpenGVS的软件模块150

8.3 系统的软件规则152

8.4 一个简单的OpenGVS程序实例154

8.4.1 导入数据库模型154

8.4.2 Step#0，即User0.c155

8.4.3 进一步分析158

8.4.4 Step#1，即User1.c159

8.4.5 Step#2，即User2.c162

8.4.6 例子总结166

8.5 相机166

第9章 多功能的三维开发工具——Virtools170

9.1 Virtools系列简介170

9.2 Virtools Dev简介171

9.2.1 什么是Virtools Dev171

9.2.2 Virtools Dev 3.0简介171

9.2.3 组成Virtools Dev的基本结构175

9.2.4 Virtools执行流程176

9.2.5 从3ds max中输出模型与动作并导入Virtools176

9.2.6 Virtools Dev运行主界面简介181

9.2.7 Virtools Dev菜单命令介绍181

9.3.1 实例一：行为交互模块LookAt BB的应用183

9.3 Virtools实例183

9.3.2 实例二：行为交互模块Curve Follow的应用186

下篇 虚拟现实技术的应用193

第10章 采油厂安全操作仿真演练系统的设计与实现193

10.1 系统简介193

10.2 三维场景模型的构建195

10.2.1 三维模型构建原理195

10.2.2 建模工具的选择197

10.2.3 模型构建实例197

10.3 实时视景生成显示技术199

10.3.1 可见性判定和消隐技术200

10.3.2 层次细节模型200

10.3.3 纹理映射技术201

10.3.4 单元分割技术203

10.4 三维场景实时控制程序设计与实现203

11.1 系统简介207

第11章 常用电力设备的三维可视化培训系统设计207

11.2 建模208

11.2.1 三维可视化对象的结构及工作原理分析208

11.2.2 多维信息空间数字化209

11.2.3 多维信息空间数字化建模过程分析210

11.3 虚拟环境逼真化的显示过程214

11.3.1 电力培训系统模型的材质分析215

11.3.2 灯光及摄像机218

11.3.3 漫游动画的渲染219

11.4 电力培训系统的后期处理与集成219

11.4.1 漫游动画的后期处理220

11.4.2 图片的后期处理220

11.4.3 后期合成技术及后期编辑221

12.2 建模222

12.1 概述222

第12章 一个虚拟变电所培训系统的设计实例222

12.3 细节等级（LOD,Level of Detail）管理技术226

12.3.1 引入的原因226

12.3.2 LOD管理技术的含义226

12.3.3 LOD的切换选择标准227

12.3.4 树的LOD表示228

12.4 虚拟实体操纵技术229

12.4.1 基于鼠标的人机交互230

12.4.2 基于数据手套的人机交互236

12.5 系统的集成与发布246

第13章 虚拟现实技术在建筑漫游中的应用248

13.1 虚拟建筑漫游简介248

13.2.2 确定场景数据库的树状层次结构249

13.2.3 场景数据库的构建过程249

13.2 场景数据库的构建249

13.2.1 选择合适的建模工具249

13.3 大庆石油学院新校区模型的构建250

13.3.1 大庆石油学院新校区模型的树状层次结构250

13.3.2 地形模型的构建251

13.3.3 其他模型的构建251

13.3.4 模型集成255

13.3.5 建模中常见的问题256

13.4 通用漫游引擎的实现257

13.4.1 通用漫游引擎框架结构257

13.4.2 场景数据库加载258

13.4.3 输入映射与解释258

13.4.4 视点控制259

13.4.5 碰撞检测260

13.4.6 地形匹配技术262

14.2.1 建模工具的选择264

14.2 建模264

第14章 井下作业三维仿真系统的设计与实现264

14.1 简介264

14.2.2 建模过程及实例265

14.3 交互性图形用户界面的设计267

14.4 井下作业仿真系统的三维引擎设计267

14.5 系统关键技术269

14.5.1 三维场景的显示269

14.5.2 多边形网格模型269

14.5.3 碰撞检测269

14.5.4 粒子系统270

14.6 系统实现中用到的其他相关技术271

14.6.1 OpenFlight文件格式——三维实时模拟的标准数据库格式271

14.6.2 三维视景管理技术272

参考文献276