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庞国锋 等 著

图书标签:

• 虚拟现实
• VR
• 沉浸式体验
• 技术入门
• 教育
• 未来科技
• 数字世界
• 学习
• 科普
• 应用

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121322747

版次：1

商品编码：12156293

包装：平装

丛书名： 新技术专家大讲堂系列丛书

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：纯质纸

页数：208

字数：226000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：虚拟现实技术从业人员，对虚拟现实技术感兴趣的大众读者

通俗系统地解读VR技术，旨在“让学生了解产业发展、让企业找到解决方案、让技术人员适应商业模式、让普通大众紧跟技术进步”。

内容简介

本书以10堂课的形式全面系统地对虚拟现实进行介绍。其中，**堂课介绍虚拟现实发展概况，主要包括概念解析、系统组成、发展历程、理性认知等；第二堂至第六堂课是虚拟现实的技术部分，主要介绍虚拟现实技术体系、硬件设备、软件工具、内容制作、行业应用等；第七堂课介绍虚拟现实艺术表现；第八堂课阐述虚拟现实的标准规范；第九堂课总结虚拟现实的产业发展；第十堂课描绘了虚拟现实的未来趋势。全书内容以科普虚拟现实基础知识、基本原理为主，但又不失一门新兴学科和技术体系的严谨性，同时，还单独阐述了虚拟现实艺术表现、标准规范和产业发展等热点话题。通过介绍具有代表性的观点、设备、软件、工具、产品等内容，使读者能够在短时间内了解、认识和掌握虚拟现实技术，并达到“让学生了解产业发展、让企业找到解决方案、让技术人员适应商业模式、让普通大众紧跟技术进步”的目的。本书适合作为高等院校信息技术类学生、虚拟现实技术人员和普通爱好者的参考书。

作者简介

庞国锋，北京航空航天大学博士，高级工程师，中国仿真学会理事，一直在空军后勤信息中心从事研究工作，对虚拟现实技术有深入了解和研究，写作通俗易懂。

目录

目 录

第一堂课 虚拟现实发展概况 / 1
一、概念解析 / 2
二、系统组成 / 4
三、基本特征 / 6
四、发展历程 / 8
五、理性认知 / 13
第二堂课 虚拟现实技术体系 / 16
一、感知技术 / 17
（一）视觉感知 / 18
（二）听觉感知 / 19
（三）嗅觉和味觉 / 19
（四）触觉和力觉 / 20
（五）身体感觉 / 21
二、建模技术 / 22
（一）三维建模技术 / 22
（二）物理建模技术 / 25
（三）行为建模技术 / 27
三、呈现技术 / 29
（一）视觉呈现技术 / 29
（二）听觉呈现技术 / 37
四、交互技术 / 41
（一）语音交互 / 41
（二）手势交互 / 42
（三）表情交互与人脸识别 / 43
（四）眼动跟踪技术 / 44
（五）其他感觉器官的反馈技术 / 46
第三堂课 虚拟现实硬件设备 / 47
一、输入设备 / 48
（一）数据手套 / 48
（二）人体运动捕捉设备 / 50
（三）数据衣 / 53
（四）三维扫描仪 / 54
（五）眼动仪 / 55
（六）其他手控输入设备 / 56
二、输出设备 / 57
（一）头盔显示器 / 57
（二）洞穴式立体显示装置 / 60
（三）墙式立体显示系统 / 62
（四）全息投影系统 / 62
三、配套设备 / 64
（一）听觉感知设备 / 64
（二）触觉感知设备 / 65
（三）三维打印机 / 67
第四堂课 虚拟现实软件工具 / 68
一、信息处理软件 / 69
（一）视频采集 / 69
（二）三维重建 / 74
（三）人体跟踪与动作捕捉 / 75
（四）投影拼接边缘融合 / 76
（五）物理反馈 / 78
二、系统平台软件 / 79
（一）三维建模 / 79
（二）VR引擎 / 84
（三）开发工具 / 90
第五堂课 虚拟现实内容制作 / 98
一、VR视频 / 99
（一）基本概念 / 99
（二）制作过程 / 100
（三）发展状况 / 101
二、VR游戏 / 103
（一）基本概念 / 103
（二）制作过程 / 104
（三）发展状况 / 108
三、VR直播 / 109
第六堂课 虚拟现实行业应用 / 112
一、VR+工业 / 113
（一）虚拟设计 / 113
（二）虚拟装配 / 115
（三）虚拟维修 / 117
二、VR+农业 / 121
（一）虚拟植物 / 121
（二）虚拟养殖 / 123
（三）虚拟农场 / 124
三、VR+军事 / 125
（一）虚拟训练 / 126
（二）虚拟演习 / 128
（三）虚拟武器样机 / 129
四、VR+教育 / 130
（一）虚拟实验室 / 131
（二）虚拟实训基地 / 133
五、VR+医疗 / 134
（一）虚拟手术 / 134
（二）虚拟人体 / 136
（三）虚拟心理治疗 / 138
六、VR+测绘 / 139
七、VR+地产 / 141
八、VR+旅游 / 144
九、VR+购物 / 145
十、VR+博物馆 / 146
第七堂课 虚拟现实艺术表现 / 148
一、基本认知 / 149
（一）概念特点 / 149
（二）发展状况 / 150
（三）作用意义 / 152
二、创作工具 / 154
三、创作规律 / 156
（一）以人为本规律 / 156
（二）欲望释放规律 / 158
（三）虚实结合规律 / 160
（四）与时俱进规律 / 160
第八堂课 虚拟现实标准规范 / 161
一、建设思路 / 163
（一）虚拟现实系统架构 / 163
（二）虚拟现实标准体系结构 / 165
（三）虚拟现实标准体系框架 / 166
二、建设内容 / 168
（一）基础共性标准 / 168
（二）关键技术标准 / 170
（三）内容制作与系统研发标准 / 170
（四）用户体验标准 / 171
（五）行业应用标准 / 171
三、当前进展 / 172
第九堂课 虚拟现实产业发展 / 174
一、产业链分析 / 175
二、主要厂商和产品 / 178
三、商业模式 / 181
第十堂课 虚拟现实未来趋势 / 185
一、关键技术不断取得突破 / 186
二、VR产业进入爆发时期 / 187
三、VR将对人类未来产生重大影响 / 191

精彩书摘

　　《虚拟现实的10堂课》：
　　（2）房间声学模型。房间声学模型的目标是计算第二声源的空间图，也就是为初始声源计算一组离散的第二声源（回声）。因为在声音的传输过程中，如果能够模拟声音与虚拟场景的反射效果，那么即使只有少量的一阶和二阶反射，也可以增加声音效果的真实性。对于第二声源可以由三个主要特性描述：距离上有延迟，相对第一声源的频谱有改变（空气吸收、表面发射等），与听者的入射方向有变化。
　　通常找到第二声源有两种方法：镜面图像法和射线跟踪法。镜面图像法能够保证找到所有几何正确的声音路径，不过由于该算法是递归的，所以不容易改变尺度。射线跟踪法使用一系列射线的反射和折射寻找第二声源，主要优点是即使处理时间短，也能产生不错的、合理的听觉效果，而且通过调节可用射线的数目，很容易以给定的帧频工作。
　　（3）增强现实中的声音显示。在许多应用中需要将计算机合成的声音信号与采样的真实声音信号叠加在一起，这种系统称为声音增强现实系统。真实的声音信号可以由定位麦克风采样得到，可以是当地环境的，也可以是借助遥控操作系统来自远地环境的。这个声音增强系统应该是能够接收任何环境中麦克风接收的信号，用来适应给定情况变化的这些信号，然后把它们叠加到虚拟现实系统提供的声音信号上。当前，声音增强现实系统最典型的应用是使沉浸在某种虚拟现实任务中的用户同时处理真实世界中的重要事件（如真实世界中的警告信号）。
　　……

前言/序言

进入21世纪以来，以物联网、云计算、大数据、移动互联、智能终端为代表的新一代信息技术突飞猛进，引发了人类社会的新一轮技术变革，正在深刻地改变着人们的生活。虚拟现实（Virtual Reality，VR）是新一代信息技术的集大成者，下一代的通用计算平台，被认为是21世纪计算机领域最重要的研究方向之一。

虚拟现实技术起源于20世纪60年代，它的目标是通过各种技术手段创造一个能够“沉浸、交互、想象”的虚拟世界，使人们不仅能够逼真地感受到客观世界，而且能够得到真实世界无法亲身经历的体验。虚拟现实融合了媒体技术、传感器技术、互联网技术等众多技术，已广泛应用于工业、农业、医疗、教育、国防、艺术等各行各业，本身也成为技术发展和商业模式不断推陈出新的新兴产业。

为适应虚拟现实时代的到来和发展，我们编写了《虚拟现实的10堂课》，主要是从虚拟现实技术体系、产业发展、商业模式、未来趋势等角度，全面系统地对虚拟现实进行介绍。全书内容以科普虚拟现实基础知识、基本原理为主，但又不失一门新兴学科和技术体系的严谨性，同时，本书还单独阐述了虚拟现实艺术表现、标准规范和产业发展等热点话题，主要是想尝试通过编写一本综合性的教材专著达到“让学生了解产业发展、让企业找到解决方案、让技术人员适应商业模式、让普通大众紧跟技术进步”的目的。

本书作者团队由中国仿真学会虚拟现实专业委员会专家为主组成，汇集了虚拟现实技术及产业界众多企业和工作者的成果，第一堂至第六堂课主要介绍虚拟现实发展概况、技术体系、软硬件组成和行业应用等，由庞国锋编写；第七堂课介绍虚拟现实艺术表现，由马明琮编写；第八堂课阐述虚拟现实标准规范，由沈旭昆编写；第九堂课总结虚拟现实产业发展，由孙靖编写；第十堂课虚拟现实未来趋势以及全书的统稿工作由庞国锋负责。

感谢中国工程院院士、虚拟现实技术与系统国家重点实验室主任赵沁平先生在百忙之中专门为本书作序。赵院士数十年来致力于虚拟现实领域的研究及应用推广，正是他卓有成效的工作使得虚拟现实在中国蓬勃发展，为本书及其他专著的出现创造了条件。华讯方舟科技有限公司、华讯方舟股份有限公司董事长吴光胜先生不仅欣然为本书作序，而且亲自提供了华讯方舟近年来在虚拟现实等领域产品研发与未来规划的资料，这些资料融入了虚拟现实技术体系、软硬件组成、行业应用等章节的内容中。北航的胡勇、张磊，华讯方舟的朱震宇、刘伟伟等同志以及电子工业出版社工业技术分社徐静、陈韦凯编辑，都为本书的出版付出了巨大努力，在此一并表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免有不足和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

作 者

2017年5月18日

《虚拟现实的10堂课》：沉浸于数字边界的革新之旅 在这个信息爆炸、技术飞速迭代的时代，我们正站在一个前所未有的十字路口。科技的力量不再仅仅是工具，它开始重塑我们的感知，拓展我们存在的边界，而虚拟现实（VR）无疑是这场变革中最具颠覆性的先锋之一。它不再是科幻小说中遥不可及的想象，而是正在深刻影响我们工作、学习、娱乐乃至社交方式的现实。 《虚拟现实的10堂课》并非一本简单罗列VR技术名词的说明书，它更像是一次精心设计的引导，带领读者穿越虚拟现实的重重迷雾，抵达其核心，理解其潜能，并探索其未来的无限可能。这本书的诞生，源于对人类探索未知、创造新体验的不懈追求，是对技术如何服务于人类意识边界扩展的深入思考。它致力于为每一个对数字世界充满好奇，对未来生活充满憧憬的读者，提供一个清晰、深刻且富有启发性的视角，去认识和拥抱这场正在发生的“虚拟现实革命”。 第一堂课：拨开迷雾，初识虚拟现实之真容 我们将从最基础的概念入手，剥离掉那些关于VR的炒作和误解。什么才是真正的虚拟现实？它与增强现实（AR）、混合现实（MR）又有何本质区别？我们将深入探讨VR的核心组成部分——头戴式显示器（HMD）、输入设备（如手柄、手套）以及与之配套的追踪系统。在这里，你不会看到那些冰冷的参数和晦涩的术语，而是会通过生动形象的比喻和真实的应用场景，理解VR技术是如何通过欺骗我们的感官，构建出一个逼真的虚拟世界。我们将回顾VR技术发展的历史长河，从早期模糊的设想到如今日趋成熟的产品，感受技术进步带来的震撼。这一课，旨在为你打下坚实的基础，让你能够以一种清醒而客观的态度，去理解和评价这项技术。 第二堂课：透视虚拟现实的“眼睛”与“手” 头戴式显示器是VR体验的入口，它的每一个参数都关乎沉浸感的成败。我们将解析视场角（FOV）、分辨率、刷新率、瞳距（IPD）等关键指标背后的科学原理，理解它们如何影响我们的视觉感受，以及为什么选择合适的HMD对获得优质VR体验至关重要。同样，输入设备是我们在虚拟世界中进行交互的“手”。从简单的按钮到复杂的触觉反馈手套，我们将了解不同的输入方式如何模拟真实世界的操作，以及它们在不同应用场景下的优势与局限。你会发现，VR不仅仅是“看”，更是“做”，是全身心地参与。 第三堂课：空间感知与沉浸感的奥秘 为什么在VR中，我们能够感受到“身临其境”？这背后涉及到复杂的空间感知和沉浸感的构建。我们将探讨“空间音频”如何通过模拟声音的传播路径，增强我们对虚拟环境的定位感；“追踪技术”如何捕捉我们头部和身体的微小动作，并将之实时反映在虚拟世界中，从而实现“视随手动”的自然交互。这一课，将揭示VR技术如何巧妙地利用人类的生物特性，营造出令人信服的虚拟存在感。 第四堂课：构建虚拟世界的基石——内容与引擎 再好的硬件，也需要精彩的内容来填充。本堂课将聚焦于VR内容的创作，从360度视频到交互式三维场景，我们将了解不同类型VR内容的特点及其制作流程。同时，我们将深入了解驱动这些虚拟世界运转的“引擎”——游戏引擎（如Unity、Unreal Engine）。你会明白，这些强大的工具是如何让开发者将想象力转化为可交互的虚拟体验，从简单的模型渲染到复杂的物理模拟，都离不开它们的支持。 第五堂课：VR在游戏领域的革命性突破 谈到VR，游戏无疑是最先映入脑海的应用领域。我们将回顾VR游戏的发展历程，从最初的探索性尝试到如今涌现的各种类型佳作。你将了解到，VR如何彻底改变了我们与游戏世界互动的方式，从“观察者”转变为“参与者”。我们将分析VR游戏在操作、叙事、社交等方面的独特魅力，并展望VR游戏未来可能带来的全新体验，例如更具挑战性的解谜、更逼真的模拟训练，以及更沉浸式的角色扮演。 第六堂课：虚拟现实在教育与培训中的无限潜力 教育和培训是VR技术最具社会价值的应用领域之一。想象一下，学生不再仅仅通过书本或视频学习历史，而是能够“穿越”到古罗马的斗兽场；医学生不再仅仅通过模型解剖，而是能在虚拟手术室中进行无数次实践。本堂课将详细探讨VR如何为教育带来革命性的变革，如何通过“体验式学习”提高学习效率和趣味性。我们将聚焦VR在职业技能培训、科学实验模拟、语言学习等方面的应用，展现其强大的教育赋能能力。 第七堂课：颠覆传统，VR在设计、工程与生产制造中的应用 在设计、工程和制造业领域，VR正在扮演越来越重要的角色。建筑师可以在项目建成前“走进”虚拟建筑，直观感受空间布局和设计细节；工程师可以在虚拟环境中进行复杂机械的组装和测试，有效规避潜在风险。本堂课将深入剖析VR在产品设计评审、原型制作、工业仿真、远程协作等方面的应用，展示其如何提高效率、降低成本、优化流程，并推动行业的创新与升级。 第八堂课：虚拟社交与远程协作的新篇章 随着VR技术的成熟，虚拟社交和远程协作正成为现实。我们可以在虚拟空间中与远在千里之外的朋友会面，共同体验一场演唱会，或者在虚拟办公室中与同事协同工作。本堂课将探讨VR如何打破物理空间的限制，创造全新的社交互动模式。你将了解VR在虚拟会议、远程办公、数字孪生等方面的应用，以及它如何重塑我们沟通、协作和建立联系的方式。 第九堂课：虚拟现实的挑战与伦理考量 任何一项颠覆性技术，都伴随着挑战和伦理问题。《虚拟现实的10堂课》不会回避这些争议。我们将坦诚地探讨VR可能带来的负面影响，例如“VR眩晕症”的成因与缓解方法；虚拟世界对现实社会可能产生的冲击，如成瘾问题、身份认同危机、以及虚拟暴力等。同时，我们将深入讨论数据隐私、虚拟资产的所有权、以及如何确保VR技术朝着积极健康的方向发展等关键伦理议题。 第十堂课：展望未来，拥抱虚拟现实的无限可能 在旅程的终点，我们将一同眺望虚拟现实的未来。随着技术的不断进步，VR将变得更加轻便、舒适、易于使用。我们或许会看到与现实世界无缝融合的“混合现实”成为主流，VR将与人工智能、5G等技术深度融合，催生出我们今天难以想象的应用。本堂课将激发你对未来的畅想，鼓励你思考VR将如何进一步改变我们的生活，以及我们作为个体，应如何准备和适应这个日益虚拟化的世界。 《虚拟现实的10堂课》是一次思想的碰撞，一次认知的飞跃。它不仅仅是一本书，更是一扇窗，让你能够窥见未来世界的模样。无论你是技术爱好者、行业从业者，还是对未来充满好奇的普通读者，都能在这本书中找到属于自己的启发与收获。让我们一同踏上这场沉浸式的探索之旅，理解虚拟现实，拥抱数字边界的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

当初购买《虚拟现实的10堂课》，主要是被其“10堂课”这个概念吸引，感觉像是一种系统性的学习，能够让我快速掌握VR的核心知识。而实际阅读下来，这本书确实没有让我失望，它以一种非常清晰的逻辑，将VR的方方面面娓娓道来。作者在内容编排上显得非常有条理，每一堂课都像是解决一个具体的“问题”，或者说，是在揭示VR的一个重要“维度”。我尤其赞赏作者在探讨VR的“交互性”时，所举的那些例子，让我直观地看到了人类与虚拟环境之间，是如何通过各种方式建立联系的。他没有仅仅停留在理论层面，而是深入到每一个细节，比如如何设计更符合人体工程学的控制器，如何让用户在虚拟世界中做出更自然的动作等等。这些细致入微的讲解，让我在阅读过程中，不仅增长了知识，更激发起了一种想要亲自去体验和创造的冲动。这本书的语言风格也非常适合初学者，虽然涉及一些专业名词，但作者总是会给出非常清晰易懂的解释，避免了让人产生畏难情绪。它就像一位循循善诱的老师，一步步引导你走进VR的殿堂，让你从门外汉变成一个略知一二的“行家”。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一直对那些关于未来科技的书籍抱有一种“看热闹”的心态，总是觉得离自己太远，或者说，内容过于理论化，难以消化。但《虚拟现实的10堂课》这本书，却给了我一个意想不到的惊喜。它并非那种大谈特谈宏大概念的“烧脑”读物，而是更侧重于一种“体验式”的介绍。作者似乎深谙读者的心理，并没有一股脑地灌输技术细节，而是通过一些非常具象化的场景描述，让我们仿佛身临其境地感受VR的魅力。我特别喜欢其中关于“沉浸感”的部分，作者通过生动的比喻和细腻的描绘，让我深刻理解了为什么VR能够带给我们如此强烈的真实感。他不是在告诉你VR的原理是什么，而是在让你感受VR的“效果”是什么。这种方式非常打动我，因为很多时候，我们对新事物的接受，往往是从“感觉”开始的。这本书让我明白，VR不仅仅是屏幕上的画面，更是一种能够触动我们感官，甚至影响我们思维的全新媒介。它甚至还提到了VR在情感连接方面的潜力，这一点我之前从来没有想过，读完之后，感觉打开了新世界的大门。这本书的结构也很巧妙，每一章似乎都像是在进行一次新的“探索”，引人入胜，让人忍不住想继续往下读。

评分☆☆☆☆☆

这次入手《虚拟现实的10堂课》纯粹是抱着一种试试看的心态，毕竟VR这个领域对我来说，就像是一个充满奇幻色彩但又遥不可及的未知星系。刚拿到书的时候，它的封面设计就挺吸引人的，简约又不失科技感，让我对接下来的阅读充满了好奇。翻开第一页，并没有马上进入那些枯燥的技术讲解，而是从一个非常接地气的角度切入，比如VR是如何改变我们日常生活的，或者说，它能够为我们打开怎样一个全新的视角。这一点我特别喜欢，因为我总觉得，再深奥的理论，如果不能与我们的生活产生联系，那将显得有些空洞。作者在开篇就用一些生动的故事和案例，让我瞬间感觉VR不再是遥不可及的技术名词，而是触手可及的未来。它不仅仅是关于游戏和娱乐，更是在教育、医疗、艺术等多个领域都有着巨大的潜力，这让我不禁对VR的未来发展有了更深的思考。整本书的语言风格也比较轻松幽默，没有太多晦涩难懂的专业术语，即使是对VR领域不太了解的新手，也能轻松上手。我尤其欣赏作者对于一些概念的解释，总是能够化繁为简，让我一下子就理解了核心思想。读这本书的过程，就像是在和一位经验丰富的向导一起探索VR的世界，他不会让你迷失方向，反而会一步步引导你，让你看到最精彩的风景。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我拿到《虚拟现实的10堂课》这本书时，并没有抱太大的期望，因为我对VR的了解仅限于一些科幻电影里的场景。但这本书的出现，彻底颠覆了我之前的认知。它没有像很多技术书籍那样，上来就摆出各种公式和图表，而是以一种非常“讲故事”的方式，为我打开了VR的大门。作者仿佛是一位经验丰富的旅行者，带着我穿越时空的隧道，去体验VR带来的各种可能性。我印象最深刻的是关于“虚拟化身”的部分，作者描绘了在虚拟世界中，我们如何构建自己的身份，以及这种身份的构建，如何影响我们在现实世界中的自我认知。这一点让我思考了很多，关于身份认同，关于虚拟与现实的界限，这些都是我之前从未深入探讨过的问题。这本书的文字充满了一种诗意和想象力，即使是在讲解技术概念时，也能够让你感受到一种美妙的艺术氛围。它不是那种教你如何“做”VR的书，而是让你去“理解”VR，去“感受”VR，去“思考”VR。这种由内而外的启发，是我在这本书中最看重的一点。

评分☆☆☆☆☆

最近读完《虚拟现实的10堂课》，感觉像是完成了一次精神上的“大挪移”。这本书的独特之处在于，它并没有将VR单纯地定义为一种技术，而是将其视为一种能够拓展人类感知边界的全新媒介。作者在描述VR如何改变我们的“观看方式”时，用了很多非常形象的比喻，让我仿佛置身于一个360度的全景世界，每一个角落都充满了新奇。我尤其欣赏作者在探讨VR在“社会互动”方面的潜力时，所提出的那些观点。他不仅仅是谈论虚拟会议或者线上社交，更是深入到了VR如何能够构建更深层次的人际连接，甚至改变我们沟通和理解他人的方式。这一点让我感到非常震撼，因为我一直认为，科技的发展，最终还是要回归到人本身。这本书的语言风格非常流畅，没有那些令人望而生畏的学术腔调，读起来感觉就像是在和一位博学的朋友聊天，他能够将复杂的概念解释得通俗易懂，同时又充满智慧。它让我看到了VR的无限可能，也引发了我对于未来社会形态的更深层思考。