虚拟现实实用教程

　　本书结合虚拟现实的*新理论，基于当今行业领先的Web VR 平台，给出丰富的案例分析，并提供详尽的项目解决方案，极具**性和实用性。全书共有九大专题，内容从虚拟现实的发展历程、基本特征到技术体系，逐步深入到各个技术体系的具体实现，以一个实际的案例由浅入深、从无到有地引导学生实现一个可以实际商用的作品；再通过两个行业的典型综合案例诠释虚拟现实商业模式及虚拟现实应用的广阔前景。本书的*大特色是“注重实战，以专业理论为基础；案例教学，以商业应用为方向”。针对虚拟现实课程对于实战操作的较高要求，全书以“理论知识点 + 实战项目”为形式来组织教学内容，非常适合教师进行理论和实验课的教学；同时，广大学生或者对虚拟现实行业感兴趣的创业者，通过学习本书可以快速地掌握具有商用价值的实用技能。

　　王备战，博士、教授、博士生导师，现任厦门大学软件学院副院长。1987年-2004年任职西北工业大学计算机学院，2004-今任职厦门大学软件学院。主持或参与国家科技支撑计划、自然科学基金、省部级纵向课题以及横向课题50余项，发表论文百余篇，编译著5部。曾获陕西省科技成果一等奖、厦门市科技进步三等奖、福建省教学成果二等奖、厦门市优秀教师、厦门大学教学名师、第二届厦门大学*受学生喜爱老师等荣誉。主要从事软件工程、机器学习、区块链、虚拟现实等领域的教学与研究工作。

第一章虚拟现实：走进VR 梦幻世界… ………………………………1
1．1　虚拟现实究竟是什么………………………………………………………………… 2
1．1．1　虚拟现实………………………………………………………………………… 2
1．1．2　增强现实………………………………………………………………………… 2
1．1．3　混合现实………………………………………………………………………… 3
1．2　虚拟现实的前生今世………………………………………………………………… 4
1．3　虚拟现实的3I特征… ………………………………………………………………… 5
1．3．1　沉浸感…………………………………………………………………………… 5
1．3．2　构想性…………………………………………………………………………… 6
1．3．3　交互性…………………………………………………………………………… 6
1．4　常见感知设备… ……………………………………………………………………… 6
1．4．1　VR 头显………………………………………………………………………… 7
1．4．2　数据手套………………………………………………………………………… 7
1．4．3　动作捕捉系统… ……………………………………………………………… 8
1．4．4　力反馈设备……………………………………………………………………… 8
1．4．5　CAVE 虚拟系统………………………………………………………………… 9
1．5　实战：国内外著名VR案例欣赏… …………………………………………………10
1．5．1　VR 电影…………………………………………………………………………10
1．5．2　VR 展馆…………………………………………………………………………10
1．5．3　VR 电商…………………………………………………………………………12
1．5．4　VR 游戏…………………………………………………………………………13
目录
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虚拟现实实用教程
第二章技术体系：初探VR 背后真相… …………………………… 15
2．1　感知技术… ……………………………………………………………………………16
2．1．1　VR 与人的视觉…………………………………………………………………16
2．1．2　VR 与人的听觉…………………………………………………………………17
2．1．3　VR 与人的其他感觉……………………………………………………………18
2．2　建模技术… ……………………………………………………………………………19
2．2．1　三维建模技术… ………………………………………………………………19
2．2．2　物理建模技术… ………………………………………………………………21
2．3　呈现技术… ……………………………………………………………………………21
2．3．1　视觉呈现技术… ………………………………………………………………21
2．3．2　听觉呈现技术… ………………………………………………………………24
2．4　交互技术… ……………………………………………………………………………24
2．5　实战………………………………………………………………………………………25
2．5．1　引擎简介…………………………………………………………………………26
2．5．2　作品的创建………………………………………………………………………27
2．5．3　作品的查看与管理… …………………………………………………………28
2．5．4　作品的分享………………………………………………………………………29
2．5．5　来，让我们从Hello VR 启航…………………………………………………29
第三章采集与建模：初探VR 造物造景奥秘… ………………… 31
3．1　照片建模… ……………………………………………………………………………32
3．1．1　定义及建模原理… ……………………………………………………………32
3．1．2　不适合照片建模的物体… ……………………………………………………33
3．2　拍照环境及技巧… ……………………………………………………………………34
3．2．1　拍照环境的搭建… ……………………………………………………………34
3．2．2　拍照注意事项… ………………………………………………………………35
3．3　照片建模软件… ………………………………………………………………………36
3．4　全景图概述… …………………………………………………………………………37
3．5　全景图制作设备及软件………………………………………………………………37
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目　录
3．6　全景图拍摄技巧… ……………………………………………………………………39
3．6．1　基本知识…………………………………………………………………………39
3．6．2　角度和张数选择原则… ………………………………………………………39
3．6．3　其他技巧…………………………………………………………………………41
3．7　全景图合成及后期制作………………………………………………………………43
3．8　实战一：拍摄苹果并制作成VR… …………………………………………………43
3．8．1　拍摄照片…………………………………………………………………………43
3．8．2　导入照片…………………………………………………………………………45
3．8．3　照片计算…………………………………………………………………………46
3．8．4　生成模型…………………………………………………………………………48
3．8．5　导入平台…………………………………………………………………………51
3．9．1　拍摄全景图………………………………………………………………………53
3．9　实战二：拍摄全景图并制作成VR… ………………………………………………53
3．9．2　加载图像…………………………………………………………………………55
3．9．3　对准图像…………………………………………………………………………56
3．9．4　创建全景图………………………………………………………………………56
3．9．5　全景图补天………………………………………………………………………58
3．9．6　全景图补地………………………………………………………………………58
3．9．7　将空间导入VR 平台… ………………………………………………………59
第四章对象与场景：构建梦想世界… ……………………………… 63
4．1　实体模型… ……………………………………………………………………………64
4．2　实体模型的网格… ……………………………………………………………………64
4．3　实体模型的贴图… ……………………………………………………………………65
4．3．1　实体模型的纹理贴图… ………………………………………………………66
4．3．2　实体模型的法线贴图… ………………………………………………………67
4．3．3　实体模型的光照贴图… ………………………………………………………69
4．3．4　实体模型的环境光遮蔽贴图… ………………………………………………70
4．3．5　贴图小结…………………………………………………………………………71
4．4　实体模型的材质… ……………………………………………………………………71
4．5　光照………………………………………………………………………………………72
4．5．1　环境光……………………………………………………………………………73
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4．5．2　平行光……………………………………………………………………………73
4．5．3　聚光灯……………………………………………………………………………74
4．5．4　泛光灯……………………………………………………………………………75
4．5．5　体积光……………………………………………………………………………75
4．5．6　天空盒光源………………………………………………………………………76
4．5．7　场景和天空盒… ………………………………………………………………77
4．6　实战：物品手工建模…………………………………………………………………77
4．6．1　信息采集…………………………………………………………………………78
4．6．2　模型制作…………………………………………………………………………79
4．6．3　UV 拆分…………………………………………………………………………79
4．6．4　贴图制作…………………………………………………………………………79
4．6．5　上传到虚拟现实平台… ………………………………………………………80
4．7　虚拟现实引擎节点实例操作…………………………………………………………81
4．7．1　虚拟现实的三维引擎和结构… ………………………………………………81
4．7．2　虚拟现实的对象节点… ………………………………………………………81
4．7．3　几何节点…………………………………………………………………………82
4．7．4　材质色彩节点… ………………………………………………………………88
4．7．5　材质基础纹理节点… …………………………………………………………93
4．7．6　材质光照贴图节点… …………………………………………………………98
4．7．7　材质法线贴图节点… ……………………………………………………… 103
4．7．8　材质透明贴图节点… ……………………………………………………… 106
4．7．9　背景节点……………………………………………………………………… 108
4．7．10　视点节点… ………………………………………………………………… 111
4．7．11　雾效节点… ………………………………………………………………… 116
4．7．12　导航节点… ………………………………………………………………… 116
4．7．13　光源节点… ………………………………………………………………… 116
4．7．14　阴影节点… ………………………………………………………………… 117
4．7．15　锚节点… …………………………………………………………………… 117
4．7．16　广告牌节点………………………………………………………………… 118
4．7．17　编组节点… ………………………………………………………………… 118
4．7．18　细节层次节点……………………………………………………………… 118
4．7．19　声音节点… ………………………………………………………………… 118
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目　录
第五章渲染与动画：你的眼睛会欺骗你… ………………………119
5．1　渲染…………………………………………………………………………………… 120
5．1．1　硬件渲染……………………………………………………………………… 120
5．1．2　软件渲染……………………………………………………………………… 121
5．2　相机…………………………………………………………………………………… 121
5．2．1　透视投影相机… …………………………………………………………… 122
5．2．2　正交投影相机… …………………………………………………………… 123
5．3　动画…………………………………………………………………………………… 124
5．3．1　场景过渡动画… …………………………………………………………… 125
5．3．2　相机移动动画… …………………………………………………………… 125
5．3．3　精灵和逐帧动画… ………………………………………………………… 125
5．3．4　关键帧动画…………………………………………………………………… 126
5．3．5　类人动画……………………………………………………………………… 126
5．3．6　粒子动画……………………………………………………………………… 127
5．3．7　动画状态机…………………………………………………………………… 128
5．4　实战…………………………………………………………………………………… 128
5．4．1　创建移动动画… …………………………………………………………… 129
5．4．2　创建旋转动画… …………………………………………………………… 130
5．4．3　创建缩放动画… …………………………………………………………… 132
5．4．4　创建颜色变化动画… ……………………………………………………… 134
5．4．5　创建UV 变化动画… ……………………………………………………… 136
第六章事件与交互：让世界生动起来…………………………… 137
6．1　VR交互概述………………………………………………………………………… 138
6．2　基于手势识别的交互技术………………………………………………………… 138
6．3　基于脸部识别的交互技术………………………………………………………… 138
6．4　基于眼球跟踪的交互技术………………………………………………………… 139
6．5　基于动作捕捉的交互技术………………………………………………………… 140
6．6　基于语音控制的交互技术………………………………………………………… 141
6．7　基于触觉反馈的交互技术………………………………………………………… 141
6．8　基于真实场地的交互技术………………………………………………………… 141
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6．9　实战：让模型动起来……………………………………………………………… 142
第七章实战演练：VR+ 电子商务… ……………………………… 145
7．1　需求分析… ………………………………………………………………………… 146
7．2　系统设计… ………………………………………………………………………… 146
7．3　模型优化… ………………………………………………………………………… 147
7．4　贴图优化… ………………………………………………………………………… 148
7．5　VR展示… …………………………………………………………………………… 148
7．6　部署到电商平台… ………………………………………………………………… 149
7．6．1　如何部署到淘宝… ………………………………………………………… 149
7．6．2　如何部署到京东… ………………………………………………………… 152
第八章实战演练：VR+ 虚拟展馆… ……………………………… 153
8．1　需求分析… ………………………………………………………………………… 154
8．2　系统设计… ………………………………………………………………………… 154
8．3　收集数据、真实测量……………………………………………………………… 155
8．4　场馆建模… ………………………………………………………………………… 156
8．5　贴图优化… ………………………………………………………………………… 156
8．6　UV制作… …………………………………………………………………………… 157
8．7　光影渲染… ………………………………………………………………………… 158
8．8　VR展示… …………………………………………………………………………… 158
第九章商业模式：一双VR+ 的翅膀……………………………… 159
9．1　VR在各个行业中的应用概述… ………………………………………………… 160
9．2　VR+电子商务… …………………………………………………………………… 161
9．3　VR+网上展馆… …………………………………………………………………… 163
9．4　VR+售楼处… ……………………………………………………………………… 164
9．5　VR+艺术品… ……………………………………………………………………… 165
参考文献… ……………………………………………………… 166