虚拟现实凭借其多感知、沉浸感、交互性和构想性，已成为一种先进的“所见即所得”人机交互方式，并广泛应用于教育、医疗、娱乐等多个领域，展现出强大的应用潜力和价值。本书紧跟国家需求，以虚拟现实技术为核心，同时融合增强现实、混合现实等相关技术，全面系统地介绍了虚拟现实技术概述、系统构成、硬件设备、关键技术等九方面内容。 　　本书充分汲取了编写团队多年的教学和实践经验及学生反馈，内容丰富，结构清晰，语言通俗易懂，旨在帮助读者在深入理解虚拟现实技术的基础上，掌握泛虚拟现实设计与研发技能，为学习和工作打下坚实基础。本书可作为高等院校和高职院校相关专业课程的教材，为培养具备泛虚拟现实技术研发能力的实用性、复合型、国际化人才提供有力支持。

高天寒，东北大学教授，博士生导师。研究方向为沉浸式智能计算、数字孪生、网络空间安全。东北大学软件学院数字媒体技术系系主任、交互式媒体与计算技术研究所所长、泛虚拟现实人才培养与技术创新中心主任、复杂网络系统安全保障技术教育部工程研究中心副主任、国际化办学工作委员会委员。国家虚拟现实产业联盟专家顾问、CCF互联网专委、体系结构专委、密码学会高级会员、通信学会高级会员。曾获2013年度华为奖教金、2018年度江河奖教金及2014年度“东北大学优秀教师”和“软件学院星级教师”等称号。 董傲霜，东北大学软件学院副教授。研究方向为虚拟现实技术和图像处理技术。开设了省级精品资源共享课程“数据结构”，主持两项横向课题，指导了多个大学生创新团队。2015年获得东北大学优秀大学生创新团队指导教师称号。 王英博，东北大学讲师。研究方向为虚拟现实、动画和游戏领域。主讲多门与数字媒体、动画、虚拟现实相关的课程。曾在韩国娱乐公司YAGI担任导演动画师职位。曾荣获东北大学教学成果一等奖、“优秀班导师”和“优秀社团指导教师”称号。 喻春阳，东北大学讲师，博士。研究方向为游戏和虚拟现实。主讲多门与数字媒体技术、游戏设计、虚拟现实相关的课程。 段沛博，东北大学软件学院副教授，硕士研究生导师，IEEE会员。获得东北大学计算机博士学位、澳洲悉尼科技大学大数据与电子博士学位（全奖）。研究方向为强化学习、图神经网络、智能交通系统、金融科技等。曾担任香港科技大学全职研究员。承担多项省级纵向课题项目和横向课题。

目　　录
前言
第1章　虚拟现实技术概述　1
1.1　虚拟现实的发展　3
1.1.1　虚拟现实的起源与发展历史　3
1.1.2　虚拟现实的当下研究热点与产业
生态　7
1.1.3　虚拟现实的技术瓶颈与未来发展
趋势　8
1.2　虚拟现实的定义　11
1.2.1　虚拟现实的概念　12
1.2.2　虚拟现实的基本特征　12
1.2.3　虚拟现实系统的基本构成　12
1.3　虚拟现实的分类　13
1.3.1　桌面式虚拟现实系统　13
1.3.2　沉浸式虚拟现实系统　14
1.3.3　增强式虚拟现实系统　15
1.3.4　分布式虚拟现实系统　15
1.4　虚拟现实的应用领域　16
1.4.1　教育/培训领域　17
1.4.2　医疗领域　20
1.4.3　传媒/社交/娱乐领域　21
1.4.4　工业领域　25
1.4.5　农业领域　26
1.4.6　旅游领域　28
1.4.7　城市规划/房产领域　29
1.4.8　电商领域　31
1.4.9　军事领域　32
1.4.10　航空航天领域　33
1.5　本章小结　34
参考文献　35
思考题　38
第2章　虚拟现实系统构成　39
2.1　虚拟环境　39
2.1.1　虚拟环境搭建软件　39
2.1.2　虚拟环境处理硬件　40
2.2　视觉系统　40
2.2.1　固定式VR显示器　40
2.2.2　CAVE立体显示装置　41
2.2.3　头戴式VR显示器　42
2.2.4　手持式VR显示器　42
2.2.5　视网膜投影设备　43
2.2.6　分时显示设备　43
2.2.7　全息投影设备　44
2.3　听觉系统　44
2.3.1　固定式音频设备　44
2.3.2　耳机式音频设备　45
2.3.3　三维立体声设备　46
2.4　反馈系统　47
2.4.1　触觉传感器　47
2.4.2　嗅觉传感器　48
2.4.3　味觉传感器　50
2.4.4　力觉传感器　51
2.5　跟踪系统　53
2.5.1　机械跟踪器　53
2.5.2　惯性跟踪器　53
2.5.3　光学跟踪器　54
2.5.4　电磁跟踪器　54
2.5.5　超声波跟踪器　55
2.6　交互系统　56
2.6.1　语言交互设备　56
2.6.2　动作交互设备　57
2.6.3　肌肉及神经交互设备　58
2.6.4　意念控制设备　58
2.7　本章小结　59
参考文献　60
思考题　62
第3章　虚拟现实硬件设备　63
3.1　PC连接类设备　63
3.1.1　HTC Vive　63
3.1.2　Oculus Rift　65
3.1.3　Valve Index　66
3.1.4　Pimax　67
3.1.5　HUAWEI VR 眼镜　67
3.1.6　HP Reverb G2 Omnicept　67
3.1.7　arpara 5K VR 68
3.1.8　PlayStation VR　68
3.2　头戴式一体机　69
3.2.1　Oculus Quest　69
3.2.2　Vive Focus　 69
3.2.3　HTC Vive Flow　70
3.2.4　Pico　 70
3.2.5　NOLO Sonic　 70
3.2.6　DP VR　71
3.2.7　MI VR　 71
3.2.8　Skyworth VR　 72
3.2.9　iQUT　72
3.2.10　arpara AIO VR　72
3.3　移动端眼镜　73
3.3.1　千幻魔镜　73
3.3.2　爱奇艺VR小阅悦　73
3.3.3　Google Cardboard　73
3.3.4　三星 Gear VR　74
3.3.5　UGP VR　74
3.3.6　小宅 VR　74
3.3.7　索尼 Xperia View　75
3.4　体感设备　75
3.4.1　体感器　75
3.4.2　三维鼠标　76
3.4.3　数据手套　76
3.4.4　数据衣　76
3.4.5　VR跑步机　77
3.4.6　VR手势识别设备　77
3.4.7　眼部追踪设备　78
3.5　本章小结　79
参考文献　80
思考题　81
第4章　虚拟现实关键技术　82
4.1　虚拟环境建模技术　82
4.1.1　几何建模技术　83
4.1.2　纹理映射建模技术　85
4.1.3　物理建模技术　86
4.1.4　行为建模技术　88
4.2　实时场景生成与优化技术　88
4.2.1　真实感光照计算　89
4.2.2　基于几何的实时绘制技术　89
4.3　立体显示技术　90
4.3.1　立体视觉的形成原理　90
4.3.2　立体视觉的生成与再造　91
4.4　虚拟音效技术　92
4.4.1　虚拟声音形成的原理　93
4.4.2　虚拟声音的特征　93
4.4.3　语音识别技术　94
4.4.4　虚拟声音的合成　94
4.5　捕捉识别技术　94
4.5.1　面部表情识别技术　95
4.5.2　眼动识别技术　96
4.5.3　唇语识别技术　97
4.5.4　手势识别技术　98
4.5.5　体感反馈技术　99
4.6　跟踪定位技术　99
4.6.1　超声波跟踪定位技术　99
4.6.2　电磁式跟踪定位技术　100
4.6.3　光学式跟踪定位技术　100
4.6.4　无线射频识别技术　101
4.6.5　其他定位技术　102
4.7　新一代人机交互技术　102
4.7.1　语义识别技术　102
4.7.2　脑机接口技术　103
4.7.3　用户建模技术　104
4.7.4　心理分析技术　105
4.8　数据传输技术　106
4.8.1　5G通信技术　106
4.8.2　蓝牙传输技术　108
4.8.3　Wi-Fi传输技术　109
参考文献　111
思考题　112
第5章　虚拟现实项目开发流程　113
5.1　虚拟现实项目开发概述　113
5.2　虚拟现实项目设计　113
5.2.1　虚拟现实项目及系统类型　113
5.2.2　流程设计及团队分工　117
5.2.3　设计目标和原则　120
5.3　虚拟现实项目开发　122
5.3.1　项目开发流程　122
5.3.2　开发团队角色　123
5.3.3　虚拟现实内容制作方式　126
5.3.4　交互功能开发　127
5.3.5　项目开发的重难点问题　127
5.4　虚拟现实项目测试　128
5.4.1　测试标准　128
5.4.2　基本要求　128
5.4.3　测试方法　130
5.5　开发建议　133
5.6　本章小结　134
参考文献　135
思考题　136
第6章　虚拟现实开发工具　137
6.1　策划工具　137
6.1.1　Axure RP与MockingBot　137
6.1.2　MindMaster与XMind　138
6.1.3　Machinations　139
6.2　程序开发工具　140
6.2.1　Visual Studio　140
6.2.2　Xcode　144
6.3　美术开发工具　144
6.3.1　Photoshop与Illustrator　144
6.3.2　Premiere与After Effects　145
6.3.3　3ds Max与MAYA　146
6.3.4　Substance Painter与Substance
Designer　152
6.3.5　UVLayout与Unfold3D　157
6.3.6　ZBrush　158
6.3.7　Blender　158
6.3.8　Houdini　159
6.4　音乐及音效处理工具　160
6.4.1　Audition　160
6.4.2　Virtual DJ　160
参考文献　162
思考题　163
第7章　虚拟现实开发平台　164
7.1　Unity 3D　164
7.1.1　Unity 3D的发展历史　164
7.1.2　Unity 3D的核心功能概述　165
7.1.3　Unity 3D的虚拟现实支持　168
7.2　虚幻引擎　169
7.2.1　虚幻引擎的发展历史　169
7.2.2　虚幻引擎的核心功能概述　170
7.2.3　虚幻引擎的虚拟现实支持　176
7.3　CRYENGINE　176
7.3.1　CRYENGINE的发展历史　177
7.3.2　CRYENGINE的核心功能概述　178
7.3.3　CRYENGINE的虚拟现实支持　178
思考题　179
第8章　虚拟现实技术扩展　180
8.1　增强现实技术　181
8.1.1　增强现实的定义　181
8.1.2　增强现实与虚拟现实　182
8.1.3　增强现实的应用领域　184
8.2　混合现实技术　189
8.2.1　混合现实的定义　189
8.2.2　混合现实与虚拟现实　190
8.2.3　混合现实的应用领域　191
8.3　全息投影技术　198
8.3.1　全息投影技术的定义　198
8.3.2　全息投影技术的应用领域　199
8.4　扩展现实技术　199
8.4.1　扩展现实技术的定义　200
8.4.2　扩展现实技术的应用领域　200
8.5　本章小结　204
参考文献　205
思考题　207
第9章　虚拟现实开发案例　208
9.1　项目准备　208
9.1.1　Unity 3D引擎　208
9.1.2　外部硬件配置　209
9.1.3　SteamVR插件的获取　213
9.2　SteamVR插件的具体操作　215
9.2.1　Skeleton　215
9.2.2　SteamVR输入　217
9.2.3　绑定UI　218
9.2.4　使用动作　219
9.3　交互系统　220
9.3.1　玩家与移动　220
9.3.2　简单物体交互　222
9.3.3　特殊物体交互　223
9.4　校史馆系统设计与实现案例　226
9.4.1　系统分析　226
9.4.2　系统设计　226
9.4.3　系统实现　231
9.5　本章小结　239
参考文献　240
思考题　241