本書(shū)系統(tǒng)全面地介紹了計(jì)算機(jī)前沿科技虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，詳細(xì)地介紹了Blender 3D建模設(shè)計(jì)、VRX3D虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)技術(shù)、Unity虛擬集成開(kāi)發(fā)環(huán)境以及元宇宙等相關(guān)知識(shí)。本書(shū)共10章，主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能可穿戴交互技術(shù)、大眾化虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用、Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)、VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Unity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Python虛擬現(xiàn)實(shí)人工智能技術(shù)以及元宇宙。
本書(shū)是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域前沿的概論性教科書(shū)，是集計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能可穿戴技術(shù)、VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Unity虛擬仿真開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)及元宇宙相關(guān)理論知識(shí)等內(nèi)容于一身的實(shí)用性教科書(shū)。本書(shū)內(nèi)容豐富，深入淺出，思路清晰，結(jié)構(gòu)合理，實(shí)用性強(qiáng)。本書(shū)配有豐富的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例并提供了大量的實(shí)驗(yàn)文件和源代碼，幫助讀者更加輕松地掌握本書(shū)的技術(shù)內(nèi)容。
本書(shū)可作為高等院校多媒體技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可供從事虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的從業(yè)人員及虛擬現(xiàn)實(shí)愛(ài)好者學(xué)習(xí)參考。
本書(shū)詳細(xì)介紹了前沿科技虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，同時(shí)介紹了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能可穿戴技術(shù)、X3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Unity虛擬仿真開(kāi)發(fā)以及元宇宙等相關(guān)知識(shí)。
黨的二十大報(bào)告提出，實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略，強(qiáng)化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐。深入實(shí)施人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，是國(guó)家和民族長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展大計(jì)。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，新型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐漸在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域得到充分的發(fā)展和應(yīng)用。2018年，發(fā)布的《普通高等學(xué)校高等職業(yè)教育（專(zhuān)科）專(zhuān)業(yè)目錄》增補(bǔ)了3個(gè)專(zhuān)業(yè)，分別是水凈化與安全技術(shù)專(zhuān)業(yè)、儲(chǔ)能材料技術(shù)專(zhuān)業(yè)和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)大類(lèi)為電子信息大類(lèi)，專(zhuān)業(yè)類(lèi)為計(jì)算機(jī)類(lèi)。2020年2月21日，《關(guān)于公布2019年度普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》（教高函〔2020〕2號(hào)），公布2019年度普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)備案和審批結(jié)果的新增審批本科專(zhuān)業(yè)名單有新專(zhuān)業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專(zhuān)業(yè)。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，其出現(xiàn)的時(shí)間雖然不長(zhǎng)，但是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、教育、醫(yī)療、娛樂(lè)、軍事等諸多領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件和互聯(lián)網(wǎng) 的迅猛發(fā)展，以及人機(jī)交互設(shè)備的不斷更新?lián)Q代，虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)已漸漸地走入人們的生活。
本書(shū)主要介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要技術(shù)特點(diǎn)和交互體驗(yàn)方式以及基本的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，內(nèi)容包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能可穿戴交互技術(shù)、大眾化虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用、Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)、VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Unity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)、Python虛擬現(xiàn)實(shí)人工智能技術(shù)以及元宇宙。本書(shū)生動(dòng)形象地把一門(mén)新興卻復(fù)雜的課程，用簡(jiǎn)單清晰的方式呈現(xiàn)在讀者面前，幫助讀者更容易地掌握虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。
本書(shū)還介紹虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、多種虛擬現(xiàn)實(shí)專(zhuān)用設(shè)備和軟件構(gòu)造一種虛擬環(huán)境，用于實(shí)現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境直接進(jìn)行自然交互和溝通。闡述作為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域前沿科技的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，如何利用寬帶網(wǎng)絡(luò)、多媒體、游戲設(shè)計(jì)、虛擬人設(shè)計(jì)、信息地理等與人工智能技術(shù)相融合；以及可穿戴式智能設(shè)備技術(shù)如何應(yīng)用于日常穿戴的智能化設(shè)計(jì)及其開(kāi)發(fā)，例如智能眼鏡、手套、手表、手環(huán)以及服飾等。重點(diǎn)介紹VRX3D的互聯(lián)網(wǎng)三維立體圖形國(guó)際通用軟件標(biāo)準(zhǔn)，整合并實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)傳播的動(dòng)態(tài)交互三維立體效果。其中的VRX3D Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可以使Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)與VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)無(wú)縫對(duì)接，把Blender 3D模型、材質(zhì)、紋理等功能導(dǎo)入VRX3D虛擬/增強(qiáng)交互場(chǎng)景中，極大提高VRX3D虛擬/增強(qiáng)交互技術(shù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效率，從而實(shí)現(xiàn)VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建。而Unity Blender虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以使Unity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)與Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)無(wú)縫對(duì)接，把Blender 3D模型、材質(zhì)、紋理等功能直接導(dǎo)入U(xiǎn)nity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互場(chǎng)景中直接使用，減少調(diào)整時(shí)間，避免二次開(kāi)發(fā)，極大提高Unity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效率。
本書(shū)最后介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的熱門(mén)領(lǐng)域元宇宙，重點(diǎn)介紹了元宇宙的誕生、元宇宙的發(fā)展歷程、元宇宙的理論架構(gòu)、元宇宙的實(shí)現(xiàn)、元宇宙的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、元宇宙的產(chǎn)生生態(tài)、工業(yè)元宇宙、元宇宙發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)方面的內(nèi)容。
本書(shū)的內(nèi)容和思路可以幫助激發(fā)讀者在編程以及技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的邏輯思維和開(kāi)發(fā)能力，不僅為以后開(kāi)發(fā)大型應(yīng)用程序打下良好的基礎(chǔ)，也教會(huì)讀者使用計(jì)算機(jī)前沿科技的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)工具，利用軟件工程的思想進(jìn)行開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試和運(yùn)行。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)語(yǔ)言生動(dòng)、鮮活的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)例，由淺入深、循序漸進(jìn)地提高讀者學(xué)習(xí)和編程的能力，從而能夠真正體會(huì)軟件開(kāi)發(fā)的真實(shí)效果和實(shí)際意義，獲得無(wú)窮樂(lè)趣。
本書(shū)還提供了豐富的教學(xué)資源供教師教學(xué)和學(xué)生練習(xí)使用，以本書(shū)內(nèi)容為基礎(chǔ)的教學(xué)課件發(fā)布在清華大學(xué)出版社官網(wǎng)；部分案例的實(shí)驗(yàn)文件和源代碼，讀者也可以通過(guò)官網(wǎng)下載。
由于作者水平有限，書(shū)中難免出現(xiàn)疏漏，懇請(qǐng)廣大讀者對(duì)本書(shū)的不足之處予以指正。
作者2024年2月
第1章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)1
1.1虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概況1
1.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分類(lèi)2
1.2.1桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4
1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)4
1.2.3分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)6
1.2.4增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)7
1.2.5純軟件虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)7
1.2.6可穿戴虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)8
1.3虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)態(tài)交互感知設(shè)備8
1.3.1三維立體眼鏡9
1.3.2數(shù)據(jù)手套9
1.3.3頭盔顯示器10
1.3.4三維空間跟蹤球10
1.3.5三維空間跟蹤定位器11
1.3.6力反饋器11
1.3.7三維模型數(shù)字化儀12
1.3.8三維立體顯示器12
1.4虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13
第2章增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)17
2.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)簡(jiǎn)介17
2.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)原理18
2.2.1增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)基本特征18
2.2.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)成19
2.2.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理19
2.2.4基于穿透式頭盔顯示器增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)192.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備20
2.3.1谷歌眼鏡20
2.3.2微軟全息影像頭盔21
2.3.3增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)滑雪護(hù)目眼鏡22
2.4VR/AR全景攝像機(jī)設(shè)備23
2.4.1GoPro23
2.4.2三星3603D全景虛擬現(xiàn)實(shí)相機(jī)24
2.4.3諾基亞虛擬現(xiàn)實(shí)球形攝影相機(jī)24
第3章智能可穿戴交互技術(shù)25
3.1智能可穿戴技術(shù)簡(jiǎn)介25
3.2智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展歷程26
3.2.1智能可穿戴設(shè)備的早期發(fā)展26
3.2.2智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀27
3.2.3智能可穿戴設(shè)備的未來(lái)發(fā)展28
3.3智能可穿戴交互設(shè)備分類(lèi)29
3.3.1智能可穿戴內(nèi)置設(shè)備30
3.3.2智能可穿戴外置設(shè)備30
3.3.3智能可穿戴外置機(jī)械設(shè)備31
3.4智能可穿戴設(shè)備技術(shù)31
3.4.1骨傳導(dǎo)交互技術(shù)31
3.4.2眼動(dòng)跟蹤交互技術(shù)32
3.4.3AR/MR交互技術(shù)32
3.4.4語(yǔ)音交互技術(shù)32
第4章大眾化虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備33
4.13D眼鏡33
4.1.13D眼鏡原理33
4.1.23D眼鏡實(shí)現(xiàn)34
4.23D頭盔36
4.2.13D頭盔原理36
4.2.23D頭盔實(shí)現(xiàn)36
4.39D虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)館38
4.3.19D虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)館架構(gòu)39
4.3.29D虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)館實(shí)現(xiàn)39
第5章虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用40
5.1航空航天與軍事領(lǐng)域40
5.1.1在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用40
5.1.2在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用41
5.2工業(yè)仿真設(shè)計(jì)領(lǐng)域41
5.3地理信息與城市規(guī)劃領(lǐng)域42
5.3.1在地理信息領(lǐng)域的應(yīng)用42
5.3.2在城市規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用43
5.4醫(yī)學(xué)領(lǐng)域44
5.5旅游與考古領(lǐng)域45
5.5.1在旅游領(lǐng)域的應(yīng)用45
5.5.2在考古領(lǐng)域的應(yīng)用46
5.6教育與電子商務(wù)領(lǐng)域46
5.6.1在教育領(lǐng)域的應(yīng)用46
5.6.2在電子商務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用48
5.7游戲設(shè)計(jì)領(lǐng)域48
第6章Blender虛擬仿真開(kāi)發(fā)平臺(tái)50
6.1常見(jiàn)的三維建模軟件50
6.1.13ds Max50
6.1.2Maya54
6.1.33ds Max與Maya比較57
6.2Blender簡(jiǎn)介57
6.2.1Blender功能特點(diǎn)58
6.2.2Blender界面簡(jiǎn)介58
6.3Blender 3D幾何建模技術(shù)59
6.3.1基本物體造型59
6.3.23D物體基本操作60
6.3.3基本幾何模型設(shè)計(jì)61
6.4Blender 3D網(wǎng)格建模設(shè)計(jì)62
6.4.1網(wǎng)格物體建模63
6.4.2選擇網(wǎng)格物體65
6.4.3頂點(diǎn)工具菜單68
6.4.4邊線工具菜單71
6.4.5面工具菜單77
6.5Blender 3D虛擬仿真案例82
第7章VRX3D虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)85
7.1VRX3D語(yǔ)法概述86
7.1.1VRX3D語(yǔ)法格式87
7.1.2VRX3D場(chǎng)景結(jié)構(gòu)93
7.1.3VRX3D文件注釋93
7.2VRX3D基礎(chǔ)建模語(yǔ)法剖析94
7.2.1VRX3D基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)95
7.2.2VRX3D文本節(jié)點(diǎn)96
7.3VRX3D基礎(chǔ)建模開(kāi)發(fā)97
7.3.1VRX3D幾何建模設(shè)計(jì)97
7.3.2VRX3D材質(zhì)紋理建模100
7.4VRX3D基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)綜合案例102
第8章Unity虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)115
8.1Unity虛擬仿真引擎簡(jiǎn)介116
8.1.1標(biāo)題欄116
8.1.2菜單欄116
8.1.3工具欄121
8.1.4場(chǎng)景設(shè)計(jì)面板122
8.1.5游戲視圖123
8.1.6項(xiàng)目瀏覽器視圖124
8.1.7層級(jí)面板視圖125
8.1.8檢視面板126
8.2Unity虛擬仿真引擎開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)126
8.2.1地形引擎126
8.2.2創(chuàng)建地形127
8.2.3編輯地形128
8.2.4地形紋理繪制129
8.3Unity虛擬仿真引擎設(shè)計(jì)案例130
第9章Python 虛擬現(xiàn)實(shí)人工智能技術(shù)134
9.1Python 人工智能技術(shù)134
9.1.1Python 人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介134
9.1.2Python開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝與設(shè)置136
9.1.3PyCharm 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境安裝142
9.2VRBlenderPython開(kāi)發(fā)環(huán)境149
9.2.1VRBlenderPython 軟件包安裝與漢化149
9.2.2VRBlenderPython 環(huán)境構(gòu)建149
9.2.3Python控制臺(tái)編輯設(shè)計(jì)152
9.2.4Blender腳本156
9.3Python語(yǔ)法156
9.3.1Python基礎(chǔ)語(yǔ)法156
9.3.2Python 基本數(shù)據(jù)類(lèi)型158
9.3.3Python 運(yùn)算符173
9.3.4Python 日期和時(shí)間函數(shù)178
9.4Python 控制流程179
9.4.1Python條件語(yǔ)句179
9.4.2Python循環(huán)語(yǔ)句181
9.5VRBlenderPython腳本3D模型設(shè)計(jì)案例189
第10章元宇宙193
10.1元宇宙的誕生193
10.2元宇宙發(fā)展歷程196
10.2.1元宇宙萌芽期196
10.2.2元宇宙準(zhǔn)備期196
10.2.3元宇宙蓄勢(shì)待發(fā)期197
10.2.4元宇宙爆發(fā)式增長(zhǎng)期198
10.3元宇宙理論架構(gòu)200
10.4元宇宙實(shí)現(xiàn)203
10.5元宇宙國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀206
10.6元宇宙產(chǎn)業(yè)生態(tài)214
10.7工業(yè)元宇宙216
10.8元宇宙發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)221
參考文獻(xiàn)223附錄AASCII碼字符集全表224
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