虚拟现实与增强现实技术

　　虚拟现实和增强现实技术目前在智能制造中得到了越来越多的应用。本书重点介绍在应用此类技术涉及的关键技术，包括绘制技术、人机交互技术、开发平台特别是几何引擎和动力学引擎等，对于其在智能制造中的典型应用给予了专门介绍。书中大部分案例都取自作者所在课题组实际开发的工程实例，是一本理论与实用兼顾的参考工具书。

　　赵罡，博士，北京航空航天大学教授，博士生导师。国务院学位委员会第七届学科评议专家组成员（机械工程学科），中国科协第九届全国委员会委员，中国图学学会副理事长兼秘书长，国家智能制造标准化专家咨询组成员，中国机械行业卓越工程师教育联盟理事。航空高端装备智能制造工信部重点实验室主任，北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心主任，北京航空航天大学第八届学术委员会委员，《图学学报》和CADDM 等期刊编委。2007 年入选北京市科技新星计划，2009 年入选教育部新世纪优秀人才支持计划，2009年获得北京市教学成果一等奖，2014年获中航工业集团科学技术奖一等奖，2014年荣获全国科技优秀工作者。研究方向包括数字化设计制造、复杂曲面的造型及数控加工、虚拟现实技术及应用、飞行器数字化装配等。作为第一负责人已获得自然科学基金、863面上项目、863重点项目、北京市基金、国防基础预研、民机预研等多项国j级和省部级科研项目支持。目前已在国内期刊发表论文200余篇，获批专利20余项

Contents目录

第1章绪论00

1．1VR与AR的概念00

1．1．1VR与AR的定义00

1．1．2VR与AR的发展简史00

1．1．3VR和AR的研究现状00

1．1．4VR与AR的联系与区别0

1．2VR与AR的系统组成与分类0

1．2．1VR系统组成0

1．2．2VR系统分类0

1．2．3VR系统硬件设备0

1．2．4AR系统组成0

1．2．5AR系统分类0

1．2．6AR系统硬件设备0

1．3VR技术与AR技术的应用领域0

1．3．1VR技术的应用0

1．3．2AR技术的应用0

参考文献0

第2章虚拟现实图形学基础0

2．1模型表达和交换0

2．1．1模型表达0

2．1．2模型交换0

2．2绘制基本原理0

2．2．1模型几何变换0

2．2．2空间投影0

2．2．3光照模型0

2．2．4着色器0

2．2．5纹理映射0

2．3高级绘制技术0

2．3．1模型简化与LOD技术0

2．3．2光线追踪0

2．3．3粒子系统0

2．3．4环境映射0

2．3．5光子映射0

参考文献0



第3章大数据量几何模型的绘制0

3．1大规模复杂CAD模型的预处理方法0

3．1．1大规模CAD面片模型的场景组织结构0

3．1．2具有模型装配层次信息的BVH构建方法0

3．1．3面向GPU的模型数据高效压缩算法0

3．1．4实例分析0

3．2基于模型度量的可见性剔除和LOD自适应绘制算法0

3．2．1模型剔除0

3．2．2模型度量0

3．2．3基于模型度量的可见性剔除0

3．2．4基于模型度量的LOD自适应绘制0

3．2．5实例分析0

3．3基于小波的多分辨率稀疏体素数据压缩和实时绘制算法

3．3．1背景介绍

3．3．2基于小波的稀疏体素绘制属性压缩

3．3．3基于小波的稀疏体素实时绘制算法

3．3．4实例测试

3．4沉浸式环境立体绘制优化

3．4．1背景介绍

3．4．2基于单相机视觉的头部位置跟踪

3．4．3头部和视点的位移映射

3．4．4左右立体图像的快速生成

3．4．5实例分析

参考文献

第4章增强现实三维注册基础

4．1摄像机模型

4．1．1坐标系定义

4．1．2坐标系转换

4．1．3摄像机标定

4．2透视投影

4．2．1投影变换

4．2．2投影不变量

4．3三维注册

4．3．1基于硬件传感器的跟踪注册

4．3．2基于二维标识的跟踪注册

4．3．3基于自然特征的无标识跟踪注册

参考文献

第5章面向制造场景的增强现实三维注册

5．1基于线条特征的三维注册相关研究

5．1．1基于线条形状

5．1．2基于硬件传感器

5．1．3基于拓扑结构

5．2基于直线条特征与移动设备传感器的初始化注册方法

5．2．1基于移动设备传感器的旋转矩阵求解

5．2．2基于线条匹配的平移向量求解

5．2．3三维空间竖直线条提取

5．2．4实例分析

5．3基于直线条特征的位姿实时跟踪方法

5．3．1RAPiD方法

5．3．2问题与改进

5．3．3基于直线条特征的位姿实时跟踪方法

5．3．4实例分析

5．4基于轮廓特征的初始化注册方法

5．4．1轮廓提取与预定位

5．4．2旋转矩阵求解

5．4．3平移参数校正

5．4．4实例分析

5．5基于一般线条特征与VISLAM的位姿实时跟踪方法

5．5．1RAPiD方法优化

5．5．2基于线条特征与VISLAM的混合跟踪

5．5．3实例分析

5．6基于线条特征的增强现实装配辅助原型系统

5．6．1基于移动终端触控交互的线条模型及控制点自动提取

5．6．2基于线条模型引导的快速准确初始化

5．6．3原型系统

参考文献

第6章内核引擎与开发平台

6．1内核引擎

6．1．1几何造型内核

6．1．2绘制引擎

6．1．3动力学引擎

6．2开发平台

6．2．1Unity 3D

6．2．2Unreal Engine

6．2．3Metaio

6．2．4Vuforia

6．2．5ARKit

参考文献

第7章VR/AR与数字孪生

7．1数字孪生简介

7．1．1数字孪生的发展历程

7．1．2数字孪生在制造中的应用

7．2典型案例: 数控加工中的数字孪生+VR技术

7．2．1数字孪生系统总体架构

7．2．2加工过程几何仿真算法

7．2．3离散几何模型的三维可视化

7．2．4验证环境和典型零件

7．3典型案例: 飞机装配中的数字孪生+AR技术

7．3．1基于AR的线缆接头装配过程可视化

7．3．2基于AR的支架安装状态检测

7．3．3基于云服务的装配状态监控集成控制系统

7．4典型案例: 发动机装配中的数字孪生+VR技术

7．4．1多元传感融合测量系统

7．4．2发动机装配信息融合与可视化软件系统

参考文献

第8章VR/AR在制造领域中的应用

8．1产品设计

8．1．1虚拟设计

8．1．2虚拟样机

8．2运营管理

8．2．1生产系统的运行仿真

8．2．2数字工厂

8．3制造过程

8．3．1增材制造

8．3．2虚拟装配与维修

8．3．3质量检测

8．3．4工业仿真

参考文献