虚拟现实：从零基础到超现实

　　《虚拟现实：从零基础到超现实》属于新工科信息技术基础系列规划教材之一。
　　《虚拟现实：从零基础到超现实》由7章组成。前两章概述和介绍相关人机交互设备。第3章介绍计算机图形学的基本几何知识。第3、4两章重点介绍虚拟现实场景和模型的构建，以及实时渲染和全景图拼接的技术和原理。第5章介绍虚拟人物及运动捕获的方法。第6章介绍与虚拟现实相关的增强现实和混合现实。第7章附有相关代码供读者亲自动手实现书中的开发实例。
　　虚拟现实技术以沉浸的方式为使用者创造了一个实时反映实体对象变化并与使用者相互作用的三维世界。
　　《虚拟现实：从零基础到超现实》以由浅入深的方式安排内容，即使零基础的读者，也可以通过循序渐进的理论与实践相结合，最后成为一个虚拟现实技术的超级能手。
　　《虚拟现实：从零基础到超现实》可作为高等院校计算机及电子信息类专业、教育技术学专业学生的教材，也可作为从事虚拟现实技术的行业、企业工程技术人员以及虚拟现实技术爱好者的参考书。

　　石大明，深圳大学特聘教授、博士生导师，毕业于哈尔滨工业大学和英国南安普顿大学，历任新加坡南洋理工大学助理教授、英国密德萨斯大学副教授／教授。长期从事图像处理、虚拟现实和人工智能等领域的教学和科研工作。
　　
　　张小燕，博士，毕业于新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院。2015年至今任教于深圳大学计算机与软件学院。主要从事图像处理，多媒体内容分析相关研究。主讲课程包括“多媒体系统导论”“多媒体系统”等。
　　
　　洪国伟，博士，毕业于香港理工大学电子及资讯工程系。2016年至今任教于深圳大学计算机与软件学院。在图像信号处理、图像插值、图像超分辨率的关键技术上进行了深入研究。曾先后参与多个国家自然科学基金和香港RGC/GRF的研究项目。
　　
　　霍永凯，博士，毕业于英国南安普顿大学电子与电气工程学院。2016年底至今任教于深圳大学计算机与软件学院。其主要研究方向包括无线编码、全景视频的传输以及基于深度学习的视频预测等。
　　
　　江洋，博士，毕业于英国布莱福德大学，现任职于英国罗伯特一哥登大学，主讲虚拟现实课程。研究领域主要包括三维可视化、沉浸技术、计算机游戏、三维动画人物生成、实时动作捕捉。

第1章 概述
1．1 虚拟现实技术简介
1．1．1 定义
1．1．2 系统构成与基本特征
1．1．3 分类
1．1．4 虚拟现实关键技术
1．2 虚拟现实技术的发展历史
1．3 虚拟现实技术的应用
1．4 虚拟现实技术所面临的问题
参考文献

第2章 虚拟现实硬件设备
2．1 场景采集设备
2．1．1 鱼眼式全景摄像机
2．1．2 多镜头式全景摄像机
2．1．3 3D扫描仪
2．2 视觉显示设备
2．2．1 三维立体眼镜
2．2．2 头戴式VR显示设备
2．2．3 投影式立体显示设备
2．3 立体声音设备
2．4 交互设备
2．4．1 数据手套
2．4．2 空间跟踪球
2．4．3 VR手柄
2．4．4 数据衣
2．4．5 力觉和触觉反馈设备
2．5 本章小结
习题
参考文献

第3章 三维建模与实时渲染技术
3．1 三维建模数学基础
3．1．1 坐标系
3．1．2 向量
3．1．3 矩阵
3．1．4 坐标变换
3．1．5 透视投影
3．1．6 空间基本图形及方程
3．2 三维建模相关理论
3．2．1 三维建模技术
3．2．2 三维建模的实现方法
3．2．3 三维建模软件
3．3 渲染技术与实时渲染
3．3．1 渲染技术
3．3．2 实时渲染
3．4 本章小结
习题
参考文献

第4章 全景图技术
4．1 图像视频数据获取
4．2 鱼眼相机的几何失真和校正
4．2．1 极坐标变换以模拟桶形畸变
4．2．2 基于坐标投影的鱼眼图像校正
4．2．3 基于双线性插值的鱼眼图像校正
4．3 全景图分类及其实现原理
4．3．1 柱面全景图
4．3．2 球面全景图
4．3．3 墨卡托全景图
4．3．4 球极全景图
4．3．5 立体全景图
4．4 全景视频图像拼接算法
4．4．1 基于灰度的图像拼接算法
4．4．2 基于频域的图像拼接算法
4．4．3 基于特征的图像拼接算法
4．4．4 基于接缝的图像拼接
4．4．5 基于梯度的图像拼接
4．5 图像拼接技术面临的问题
4．6 本章小结和图像拼接技术前景展望
习题
参考文献

第5章 虚拟人物构建与运动捕获技术
5．1 建立虚拟人物模型
5．1．1 3D虚拟人物建模理论及应用
5．1．2 虚拟人物动画理论以及骨骼和绑定基础
5．1．3 常用于建模工具与虚拟现实平台之间互相传递的数据格式
5．1．4 如何应对和处理数据传输过程中的信息丢失
5．1．5 将3D人物模型传输进虚拟现实环境中
5．2 基于运动捕捉数据设计动画
5．2．1 运动捕捉技术简介
5．2．2 运动捕捉技术与虚拟现实的结合及应用
5．3 本章小结
习题
参考文献

第6章 增强现实与
混合现实技术
6．1 增强现实
6．1．1 增强现实简介
6．1．2 增强现实特点
……

第7章 常用软件及开发实例
参考文献

　　写作背景
　　虚拟现实是21世纪初发展最为迅猛的计算机技术之一。20世纪后期，随着高清图形图像技术的日臻成熟，三维游戏和动画为人们提供了一个逼真的虚拟世界。在此基础上，虚拟现实技术则通过多种传感设备使用户与虚拟世界中的事物自然地交互，能够产生真实世界一样的感觉。
　　到目前为止，虚拟现实技术已经在教育、医疗、娱乐、军事等领域得到了广泛应用，并形成了产业链；但是，虚拟现实的大量理论、方法和技术还有待于广泛传播和全面应用，还需要进行系统化的实践以及培养相关的工程人员。本书是关于虚拟现实的专门著述，目标是从开发者的视角出发，侧重于实践者的技术与方法，系统地介绍虚拟现实的原理、方法和技术的全面融合应用，指导虚拟现实技术各环节的系统化实践。写作思路本书是作者在相关课程教学和多年的科研基础上完成的，在写作中遵循了下述几点思路：
　　（1）从最基础的知识着手。本书旨在从虚拟现实的基础知识开始介绍，使没有虚拟现实背景的本科生和初学者也比较容易入门。如第1章和第2章中，作者对虚拟现实的发展历史和视觉原理做了比较完整的阐述，以期读者对虚拟现实有比较清晰的感性认知。
　　（2）对虚拟现实的内容实现全方位涵盖。本书旨在涵盖虚拟现实各个方面的知识。如第2章中，作者对虚拟现实硬件及其原理进行了全面的介绍。而第3章至第5章，分别介绍了Unity3D、虚拟现实建模技术、虚拟现实的人物建模和运动捕捉等。这些涵盖了虚拟现实技术中的各个方面。
　　（3）注重理论和实践的结合。本书旨在使读者掌握虚拟现实理论知识的同时，也可获得程序实战上的能力。如第3章讲述三维建模理论，第7章配合介绍相应的建模软件3dMax。
　　（4）注重工业界的发展和需求。本书旨在使读者学习理论的同时，掌握工业界的动态和需求。本书第7章专门提供案例并附有代码，不但能够为读者展示虚拟现实的技术和软件开发流程，而且也展示了工业界在虚拟现实技术上的一些进展和产品。