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1　绪论——虚拟现实技术概述1

1.1　虚拟现实的基本概念1

1.1.1　虚拟现实的定义1

1.1.2　虚拟现实的本质特征1

1.1.3　虚拟现实的组成2

1.2　虚拟现实技术体系结构2

1.2.1　虚拟环境系统结构2

1.2.2　虚拟现实系统组成模块3

1.3　虚拟现实系统的分类3

1.3.1　沉浸式虚拟现实系统3

1.3.2　桌面虚拟现实系统（非沉浸式虚拟现实系统）3

1.3.3　增强虚拟现实系统4

1.3.4　分布式虚拟现实系统4

1.4　虚拟现实的发展历程和研究现状5

1.4.1　虚拟现实的发展历程5

1.4.2　国外虚拟现实技术的研究现状5

1.4.3　国内虚拟现实技术的研究现状6

1.5　虚拟现实技术的主要应用领域7

1.5.1　文化艺术领域7

1.5.2　工程应用7

1.5.3　在医学领域的应用9

1.5.4　教育培训领域的应用9

1.5.5　军事应用9

1.5.6　城市规划10

1.5.7　商业10

参考文献10

2　虚拟现实的硬件技术12

2.1　三维位置跟踪器12

2.2　各种数据手套13

2.2.1　触觉与力反馈13

2.2.2　力学反馈手套14

2.2.3　传感手套（VPL）14

2.2.4　PowerGlove手控器14

2.3　三维鼠标15

2.4　数据衣16

2.5　立体显示设备16

2.5.1　头盔式显示器HMD16

2.5.2　特殊的头部显示器BOOM17

2.5.3　立体眼镜17

2.5.4　立体投影显示17

2.5.5　三维显示器18

2.6　三维声音生成器19

2.7　小结20

参考文献20

3　虚拟现实的创作平台软件技术介绍21

3.1　Multigen21

3.1.1　Vega Prime （视景仿真与交互模块）21

3.1.2　Multigen Creator（视景建模模块）23

3.2　VTree23

3.3　Quest3D24

3.4　EON Studio25

3.5　Cult3D25

3.5.1　Cult3D25

3.5.2　Cult3D软件的模块与工作流程简介26

3.5.3　Cult3D Designer V5.2软件界面介绍26

3.6　VRML97（3DSMAX中的内置模块）29

3.6.1　VRML97控制面板介绍29

3.6.2　VRML97节点简介29

3.6.3　VRML文件的输入与输出31

3.7　OpenGVS31

3.7.1　OpenGVS简介31

3.7.2　OpenGVS API32

3.7.3　System Facility33

3.8　Virtools35

3.8.1　Virtools Dev（主体开发模块）36

3.8.2　Virtools Physics Pack（物理特性模块）36

3.8.3　Virtools VR Pack（视景沉浸模块）37

3.8.4　Virtools Al Pack（人工智能模块）37

3.8.5　Virtools Xbox Kit（微软的Xbox开发模块）38

3.8.6　Virtools Server Pack（网络服务器模块）38

3.8.7　Virtools 3D Life Player40

3.8.8　Virtools SDK40

3.9　Java 3D40

3.10　Viewpoint41

3.11　Pulse 3D41

3.12　Atmosphere42

3.13　Shockwave 3D42

3.14　Shout3D和Blaxxun3D技术42

3.14.1　Shout3D支持的特性43

3.14.2　Blaxxun3D技术简介43

3.15　3DVRI43

3.16　VRP44

3.17　小结45

参考文献45

4　虚拟现实软件平台应用实例46

4.1　虚拟现实经典建模语言（VRML）解析与应用46

4.1.1　VRML文件的节点研究46

4.1.2　VRML语言的重要构造技术52

4.1.3　VRML的综合应用实例——利用3DSMAX制作虚拟现实场景解析56

4.2　Cult3D与3DSMAX组合的制作实例58

4.2.1　在3DSMAX中建模、设置材质和动画58

4.2.2　用Cult3D Exporter输出产品模型60

4.2.3　在Cult3D Designer中设置虚拟产品的交互功能60

4.3　小结64

5　虚拟现实视景系统的建模技术65

5.1　基于几何的建模技术65

5.1.1　几何建模方法的数学原理65

5.1.2　三维几何模型对象的获取方法67

5.1.3　三维几何建模技术的应用71

5.2　基于图像的虚拟环境建模技术研究74

5.2.1　基于图像的虚拟环境建模的技术原理74

5.2.2　基于图像的全景图环境建模技术75

5.3　图像与几何相结合的建模技术77

5.3.1　图像与几何相结合的汽车建模77

5.3.2　其他虚拟对象的建模79

5.4　小结79

参考文献80

6　虚拟现实场景的优化技术81

6.1　优化方法概述81

6.1.1　简单的光照模型81

6.1.2　消隐技术81

6.2　基于多边形网格的场景简化技术82

6.2.1　基于预生成法的LOD技术82

6.2.2　基于实时生成法的LOD技术83

6.2.3　可变分辨率LOD（实时自适应优化网格）技术85

6.2.4　LOD技术的运用技巧86

6.3　基于Virtools环境LOD的应用方案86

6.3.1　算法的选取86

6.3.2　Virtools中集成的LOD技术87

6.3.3　应用方案解析89

6.3.4　基于SDK开发的LOD行为模块90

6.3.5　优化效果92

6.4　小结92

参考文献93

7　虚拟现实特效技术研究94

7.1　基于粒子系统的仿真特效技术94

7.1.1　雪的仿真实现95

7.1.2　雨的仿真实现96

7.1.3　烟、尾气的模拟96

7.2　其他的视效仿真96

7.2.1　雾效的仿真实现96

7.2.2　声响模拟系统97

7.2.3　车速表的模拟和实现97

7.2.4　GPS系统的应用97

7.3　模型光照与纹理渲染技术98

7.3.1　漫反射分量98

7.3.2　镜面反射分量99

7.3.3　环境分量99

7.3.4　光照方程99

7.3.5　光照与渲染技术100

7.4　基于Cg的Shader纹理特效技术研究101

7.4.1　基于Cg的流体特效技术102

7.4.2　基于Cg的Shader多分辨纹理技术105

7.5　小结106

参考文献107

8　虚拟现实视景系统的分布式多客户与交互技术研究108

8.1　虚拟驾驶系统的分布式多客户技术研究108

8.1.1　分布式虚拟汽车驾驶系统的体系结构108

8.1.3　汽车动力学引擎的构建和性能参数设置118

8.1.4　绝对估算（Dead Reckoning）技术120

8.1.5　分布式多客户的虚拟汽车驾驶系统开发成果121

8.2　汽车的碰撞检测与事故仿真技术121

8.2.1　碰撞检测原理分析121

8.2.2　事故仿真技术的应用实例122

8.3　虚拟交通控制系统中的交互技术研究124

8.3.1　虚拟交通控制系统介绍124

8.3.2　虚拟控制系统各交互模块的技术研究125

8.3.3　应用实例127

8.4　小结127

参考文献128

9　虚拟现实的分布式多通道显示技术——基于群集的多通道屏幕投影环境的构筑129

9.1　虚拟视景系统的分布式显示技术介绍129

9.1.1　开发平台简介129

9.1.2　分布式多通道显示的概念129

9.1.3　帧缓存同步与垂直刷新同步130

9.2　虚拟视景系统的多通道投影屏幕构筑技术131

9.2.1　柱形投影屏幕视景的构筑131

9.2.2　其他的多通道投影屏幕视景构筑技术133

9.3　多通道投影屏幕运行组件的配置133

9.3.1　配置文件介绍133

9.3.2　多通道显示设备文件的配置134

9.4　基于三通道显示环境的虚拟汽车驾驶舱的开发137

9.5　小结139

参考文献139

10　虚拟图形艺术的审美特性——基于虚拟现实技术的数码图形艺术特征与美学意蕴140

10.1　数码图形的艺术特征140

10.1.1　数码图形的数字化与非物质特征140

10.1.2　同构性141

10.1.3　时间上的可逆性（无序性）142

10.1.4　空间上的无限自由性（分布式的多元化空间）142

10.1.5　交互性（互动性）143

10.1.6　沉浸性（身临其境）143

10.1.7　一种新的虚拟艺术实践143

10.2　数码图形艺术的美学意蕴144

10.2.1　审美趣味论（生动性与趣味性）144

10.2.2　全方位、多通道和自由的审美145

10.2.3　审美营构论——数码图形艺术设计中的构成美学146

10.2.4　数码图形艺术设计中的审美特性与意境论150

10.3　小结153

参考文献154

11　中国水墨画艺术效果的数码三维仿真155

11.1　概述155

11.2　数码三维水墨仿真研究的意义155

11.3　研究的基本思路和内容155

11.3.1　基本思路155

11.3.2　研究内容156

11.4　小结159

参考文献160