虚拟现实技术及应用

　　虚拟现实技术课程是数字媒体技术的重要专业课程之一，从目前国内外提供的高校教材来看，有的内容过于老旧，有些过于偏重某个方向，在基础知识、新技术、新应用及通用性、拓展性等方面都难于适合专业的发展需要。因此编写一本既能符合专业要求，又能紧跟新技术，适应专业发展需要的新教材是亟待解决的问题，对数字媒体技术专业的发展具有现实的意义和社会价值。本书介绍了虚拟现实技术的*发展状况，详细介绍了虚拟现实技术的基础理论及方法，重点介绍了目前具代表性的虚拟现实相关软件、工具的使用和开发方法；既注重原理，又注重实践，配有大量案例，具有良好的可读性和可操作性。本书分为7章，内容包括虚拟现实技术概述、3D数学基础、3ds Max建模工具、Web3D技术、Unity3D、Unreal Engine和增强现实技术。本书适合作为高等学校数字媒体技术、数字媒体艺术、动画、软件工程、虚拟现实等专业虚拟现实技术课程的教材，也适合从事虚拟现实技术研究的人员参考。

　　冯开平，广东工业大学教授，教育部高等学校工程图学课程教学指导分委会委员，长期从事虚拟现实、工程图学、动画教研工作，出版多部教材。

目录
第1章 虚拟现实技术概述 / 1
1.1? 虚拟现实技术定义 / 1
1.1.1　什么是虚拟现实技术 / 1
1.1.2　四要素 / 1
1.2　VR 系统 / 3
1.2.1　I/O 设备 / 3
1.2.2　VR 引擎 / 3
1.2.3　应用软件和数据库 / 4
1.3　VR 技术类别 / 5
1.3.1　桌面 VR 技术 / 5
1.3.2　沉浸式 VR 技术 / 5
1.3.3　增强现实技术 / 5
1.3.4　分布式 VR 技术 / 6
1.4　VR 技术设备 / 6
1.4.1　设备分类 / 6
1.4.2　典型设备 / 7
1.5　VR 技术的应用 / 8
习题 / 11
第2章 3D 数学基础 / 12
2.1　3D 坐标系 / 12
2.1.1　世界坐标（World Space） / 12
2.1.2　屏幕坐标（Screen Space） / 12
2.1.3　视口坐标（ViewPort Space） / 13
2.2　向量 / 13
2.2.1　向量的加法和减法 / 13
2.2.2　向量的点乘 / 14
2.2.3　向量的叉乘 / 14
2.3　矩阵运算 / 15
2.3.1　矩阵的定义 / 15
2.3.2　矩阵变换 / 16
2.4　四元数和欧拉角 / 17
2.4.1　四元数 / 17
2.4.2　欧拉角 / 18
2.5　3D 几何变换 / 19
2.5.1　平移变换 / 19
2.5.2　缩放变换 / 20
2.5.3　旋转变换 / 20
2.5.4　三维组合变换 / 21
2.6　 投影变换 / 23
2.6.1　正交投影 / 23
2.6.2　透视投影 / 24
习题 / 27
第3章 3ds Max 建模工具 / 28
3.1　3ds Max 软件简介 / 28
3.2　3ds Max 的操作流程和工作特性 / 28
3.2.1　操作流程 / 28
3.2.2　3ds Max 的界面 / 29
3.2.3　对象选择方式和显示状态 / 33
3.3　三维建模 / 35
3.3.1　基础建模（基本体） / 35
3.3.2　案例——小推车建模 / 36
3.3.3　高级建模 / 40
3.3.4　案例——多边形建模（链锤） / 46
3.3.5　案例——样条线建模（花瓶） / 49
3.4　材质与贴图 / 51
3.4.1　基础材质 / 51
3.4.2　UVW 贴图修改器 / 54
3.4.3　案例——制作书 / 56
3.5　灯光与摄像机 / 62
3.5.1　灯光 / 62
3.5.2　摄像机 / 64
3.6? 动画 / 64
3.7　案例——烘焙茶壶 / 66
3.8　案例——古场景建模 / 71
习题 / 83
第4章Web3D 技术 / 84
4.1　Web3D 技术概述 / 84
4.1.1　Web3D 的发展和特点 / 84
4.1.2　Web3D 网络资源平台 / 86
4.1.3　Web3D 的应用领域 / 87
4.1.4　常用模型的文件格式 / 88
4.1.5　Web3D 应用系统开发流程 / 88
4.2　可拓展语言 VRML/X3D/X3Dom / 90
4.2.1　VRML/X3D/X3Dom 概述 / 90
4.2.2　X3D 语法结构 / 90
4.2.3　X3D 的数据类型 / 93
4.2.4　X3D 基本节点 / 94
4.2.5　X3D 交互节点 / 97
4.2.6　X3Dom 的实现 / 100
4.3　HTML5 与 WebGL 技术 / 108
4.3.1　HTML5 的内容画布 Canvas / 108
4.3.2　WebGL 概述 / 109
4.3.3　WebGL 编程 / 110
4.3.4　Three.js 框架 / 114
4.4　WebXR 技术 / 117
4.4.1　WebXR 规范 / 117
4.4.2　A-Frame 框架 / 118
4.5　Web3D 应用 / 126
4.5.1　案例——X3Dom 墙纸更换系统开发 / 126
4.5.2　案例——A-Frame 的项目开发 / 128
习题 / 131
第5章 Unity3D / 133
5.1　Unity3D 概述 / 133
5.1.1　Unity3D 安装 / 133
5.1.2　Unity3D 主界面 / 134
5.2　Unity3D 项目开发 / 138
5.2.1　新建项目 / 138
5.2.2　添加 3D 模型 / 139
5.2.3　添加灯光 / 141
5.2.4　GUI 设计 / 142
5.2.5　交互控制脚本 / 143
5.2.6　发布 / 144
5.3　地形地貌场景创建 / 146
5.3.1　地形引擎 / 146
5.3.2　利用高度图生成地形图 / 151
5.4　脚本入门 / 151
5.4.1　C# 基本语法 / 151
5.4.2　脚本的常用方法 / 153
5.4.3　键盘、鼠标和触屏的输入 / 160
5.4.4　事件系统与 UGUI / 163
5.5　动画 / 173
5.5.1　Animation / 173
5.5.2　门动画的创建与制作 / 174
5.5.3　Mecanim 动画系统简介 / 175
5.5.4　案例——Mecanim 人物动画系统 / 177
5.5.5　案例——Mecanim 动物动画系统 / 183
5.6　案例——场景漫游 / 187
5.6.1　场景和角色导入 / 187
5.6.2　烘焙场景 / 188
5.6.3　自动寻路 / 188
5.6.4　粒子效果 / 192
5.6.5　UGUI / 195
5.6.6　捡拾物品 / 197
5.7　案例——VR 游戏开发 / 200
5.7.1　VR 游戏开发流程 / 200
5.7.2　VR 游戏开发的条件 / 201
5.7.3　将头戴式设备连接到计算机 / 202
5.7.4　启动 HTC Vive 系统 / 202
5.7.5　在 Unity3D 中使用 VR 设备 / 204
习题 / 207
第6章 Unreal Engine / 208
6.1　快速入门 / 208
6.1.1　软件下载与安装 / 208
6.1.2　案例——“Hello world” / 210
6.2　案例——关卡设计 / 211
6.2.1　创建新项目 / 211
6.2.2　导航视口 / 212
6.2.3　创建一个新关卡 / 214
6.2.4　放置 Actor / 214
6.2.5　编辑已放置的 Actor / 216
6.2.6　执行构建过程 / 217
6.3　材质创建及编辑 / 217
6.3.1　基础设置 / 217
6.3.2　创建材质 / 220
6.3.3　编辑材质 / 220
6.3.4　为静态网格物体指定材质 / 223
6.4　创建 C 类 / 223
6.4.1　的项目设置 / 224
6.4.2　创建 C 类 / 224
6.4.3　写入并编译 C 代码 / 225
6.4.4　测试代码 / 227
6.5　案例——人称射击游戏 / 227
6.5.1　设置项目 / 228
6.5.2　实现角色 / 232
6.5.3　实现发射物 / 246
6.5.4　添加角色动画 / 265
习题 / 277
第7章 增强现实技术 / 279
7.1　增强现实技术概述 / 279
7.1.1　增强现实技术发展 / 280
7.1.2　增强现实技术在各领域的应用 / 280
7.1.3　常用开发工具 / 281
7.2　Vuforia SDK 开发基础 / 283
7.2.1　Vuforia SDK 开发环境 / 283
7.2.2　下载 Vuforia 6 SDK / 283
7.2.3　建立增强现实工程 / 286
7.3　案例——Vuforia 虚拟按钮 / 288
习题 / 292
参考文献 / 294