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内容简介

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最新发展状况，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。

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ISBN：9787121408762

开本：16(185*260)

页数：304

字数：508

本书目录

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　必备的项目设置 / 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——第一人称射击游戏 / 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

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前言

前言
21世纪以来，虚拟现实技术无疑是信息技术中发展速度最快、应用前景潜力最大的技术
之一。2016年，在《“十三五”国家科技创新规划》文件中提出：“在工业、医疗、文化、
娱乐等行业实现专业化和大众化的示范应用，培育虚拟现实与增强现实产业”。目前，我国
多所院校相继开设了数字媒体技术、虚拟现实技术等专业，推动了虚拟现实技术的人才培
养，促进了产业的快速发展。
作者自2006年以来一直主讲“虚拟现实技术”与“虚拟现实课程设计”课程，期间使用
过多本国内教材，但是，由于虚拟现实技术发展迅速，新的技术不断涌现，市面上现有的教
材已不能满足教学内容的需要，因此近几年讲课时没有给学生指定参考教材。
2015年开始，广东省多所院校开设了数字媒体技术专业，作者通过与专业教师的沟通了解
到，他们对教材的需求非常强烈。2018年，广东工业大学与广东药科大学、广东培正学院、广东东
软学院联合申请广东工业大学精品教材建设项目且合作的“虚拟现实技术及应用”已通过立项。
通过调研与讨论，教材编写组厘清了编写思路，确定了总体构架，明确了每个人的撰写任务。
本书的总体思路是：立足于概念的准确表述，系统介绍基本原理、方法及典型的应用实
例，并能适应新技术的发展。本书内容聚焦于线上、线下虚拟现实产品开发的相关理论和技
术应用，包含的模块有：虚拟现实技术的概念及国内外发展现状，虚拟现实场景构建的数学
基础及三维造型技术，Web3D及交互技术，常用的虚拟现实引擎技术应用及虚拟现实设备
接口，增强现实技术及应用。本书的特色体现在：整合了最新的Web3D技术（如X3Dom、
WebGL、Blender等）和最新开发引擎Unity3D、Unreal Engine的应用，引入了虚拟现实设备
在Unity游戏开发中的应用等。本书章节的划分符合教学单元的设置，精心设计的案例及习
题保证了恰当的练习和充足的训练；为了方便学习与实践，本书将提供案例源文件及相关代
码，读者可在华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）下载。
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。通过学习本书，
读者能够掌握虚拟现实技术的基本理论和最新方法，为设计和开发综合的虚拟现实作品（产
品）打下坚实的理论和实践基础。
由于作者水平有限，书中难免存在缺点和错漏之处，恳请读者批评指正。

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作者简介

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。

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