本書系統(tǒng)全面地介紹了計算機前沿科技虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術，詳細地介紹了Blender 3D建模設計、VRX3D虛擬現(xiàn)實開發(fā)技術、Unity虛擬集成開發(fā)環(huán)境以及元宇宙等相關知識。本書共10章，主要包括虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、智能可穿戴交互技術、大眾化虛擬現(xiàn)實硬件設備、虛擬現(xiàn)實技術應用、Blender虛擬仿真開發(fā)平臺、VRX3D虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Unity虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Python虛擬現(xiàn)實人工智能技術以及元宇宙。
本書是虛擬現(xiàn)實領域前沿的概論性教科書，是集計算機虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、智能可穿戴技術、VRX3D虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Blender虛擬仿真開發(fā)平臺、Unity虛擬仿真開發(fā)與設計及元宇宙相關理論知識等內容于一身的實用性教科書。本書內容豐富，深入淺出，思路清晰，結構合理，實用性強。本書配有豐富的虛擬現(xiàn)實技術設計實例并提供了大量的實驗文件和源代碼，幫助讀者更加輕松地掌握本書的技術內容。
本書可作為高等院校多媒體技術、數(shù)字媒體技術、計算機應用等專業(yè)虛擬現(xiàn)實技術課程的教材或教學參考書，也可供從事虛擬現(xiàn)實技術研究、開發(fā)和應用的從業(yè)人員及虛擬現(xiàn)實愛好者學習參考。
本書詳細介紹了前沿科技虛擬現(xiàn)實技術，同時介紹了增強現(xiàn)實技術、智能可穿戴技術、X3D虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Blender虛擬仿真開發(fā)平臺、Unity虛擬仿真開發(fā)以及元宇宙等相關知識。
黨的二十大報告提出，實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設人才支撐。深入實施人才強國戰(zhàn)略。培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|人才，是國家和民族長遠發(fā)展大計。隨著信息技術和計算機技術的飛速發(fā)展，新型的計算機應用技術已經(jīng)逐漸在社會生活的各個領域得到充分的發(fā)展和應用。2018年，發(fā)布的《普通高等學校高等職業(yè)教育（�？疲⿲I(yè)目錄》增補了3個專業(yè)，分別是水凈化與安全技術專業(yè)、儲能材料技術專業(yè)和虛擬現(xiàn)實應用技術專業(yè)。其中，虛擬現(xiàn)實應用技術專業(yè)大類為電子信息大類，專業(yè)類為計算機類。2020年2月21日，《關于公布2019年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果的通知》（教高函〔2020〕2號），公布2019年度普通高等學校本科專業(yè)備案和審批結果的新增審批本科專業(yè)名單有新專業(yè)虛擬現(xiàn)實技術專業(yè)。
虛擬現(xiàn)實技術作為新型計算機應用技術，其出現(xiàn)的時間雖然不長，但是在工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、教育、醫(yī)療、娛樂、軍事等諸多領域有著十分廣泛的應用。隨著計算機軟硬件和互聯(lián)網(wǎng) 的迅猛發(fā)展，以及人機交互設備的不斷更新?lián)Q代，虛擬現(xiàn)實應用技術已漸漸地走入人們的生活。
本書主要介紹虛擬現(xiàn)實技術的主要技術特點和交互體驗方式以及基本的開發(fā)設計平臺，內容包括虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、智能可穿戴交互技術、大眾化虛擬現(xiàn)實硬件設備、虛擬現(xiàn)實技術應用、Blender虛擬仿真開發(fā)平臺、VRX3D虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Unity虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺、Python虛擬現(xiàn)實人工智能技術以及元宇宙。本書生動形象地把一門新興卻復雜的課程，用簡單清晰的方式呈現(xiàn)在讀者面前，幫助讀者更容易地掌握虛擬現(xiàn)實技術的相關內容。
本書還介紹虛擬現(xiàn)實技術如何利用計算機系統(tǒng)、多種虛擬現(xiàn)實專用設備和軟件構造一種虛擬環(huán)境，用于實現(xiàn)用戶與虛擬環(huán)境直接進行自然交互和溝通。闡述作為計算機領域前沿科技的增強現(xiàn)實技術，如何利用寬帶網(wǎng)絡、多媒體、游戲設計、虛擬人設計、信息地理等與人工智能技術相融合；以及可穿戴式智能設備技術如何應用于日常穿戴的智能化設計及其開發(fā)，例如智能眼鏡、手套、手表、手環(huán)以及服飾等。重點介紹VRX3D的互聯(lián)網(wǎng)三維立體圖形國際通用軟件標準，整合并實現(xiàn)基于網(wǎng)絡傳播的動態(tài)交互三維立體效果。其中的VRX3D Blender虛擬仿真開發(fā)平臺，可以使Blender虛擬仿真開發(fā)平臺與VRX3D虛擬/增強現(xiàn)實交互技術無縫對接，把Blender 3D模型、材質、紋理等功能導入VRX3D虛擬/增強交互場景中，極大提高VRX3D虛擬/增強交互技術項目開發(fā)的效率，從而實現(xiàn)VRX3D虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺的構建。而Unity Blender虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)設計平臺，可以使Unity虛擬/增強現(xiàn)實交互技術與Blender虛擬仿真開發(fā)平臺無縫對接，把Blender 3D模型、材質、紋理等功能直接導入Unity虛擬/增強現(xiàn)實交互場景中直接使用，減少調整時間，避免二次開發(fā)，極大提高Unity虛擬/增強現(xiàn)實交互技術項目開發(fā)的效率。
本書最后介紹了虛擬現(xiàn)實技術應用的熱門領域元宇宙，重點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、元宇宙的實現(xiàn)、元宇宙的國內外發(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)展的風險方面的內容。
本書的內容和思路可以幫助激發(fā)讀者在編程以及技術應用過程中的邏輯思維和開發(fā)能力，不僅為以后開發(fā)大型應用程序打下良好的基礎，也教會讀者使用計算機前沿科技的虛擬現(xiàn)實技術和虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具，利用軟件工程的思想進行開發(fā)、設計、編程、調試和運行。通過虛擬現(xiàn)實語言生動、鮮活的軟件項目開發(fā)實例，由淺入深、循序漸進地提高讀者學習和編程的能力，從而能夠真正體會軟件開發(fā)的真實效果和實際意義，獲得無窮樂趣。
本書還提供了豐富的教學資源供教師教學和學生練習使用，以本書內容為基礎的教學課件發(fā)布在清華大學出版社官網(wǎng)；部分案例的實驗文件和源代碼，讀者也可以通過官網(wǎng)下載。
由于作者水平有限，書中難免出現(xiàn)疏漏，懇請廣大讀者對本書的不足之處予以指正。
作者2024年2月
第1章虛擬現(xiàn)實技術1
1.1虛擬現(xiàn)實技術概況1
1.2虛擬現(xiàn)實技術分類2
1.2.1桌面式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)4
1.2.2沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)4
1.2.3分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)6
1.2.4增強現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)7
1.2.5純軟件虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)7
1.2.6可穿戴虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)8
1.3虛擬現(xiàn)實動態(tài)交互感知設備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)實技術發(fā)展現(xiàn)狀13
第2章增強現(xiàn)實技術17
2.1增強現(xiàn)實技術簡介17
2.2增強現(xiàn)實技術原理18
2.2.1增強現(xiàn)實技術基本特征18
2.2.2增強現(xiàn)實技術構成19
2.2.3增強現(xiàn)實技術實現(xiàn)原理19
2.2.4基于穿透式頭盔顯示器增強現(xiàn)實系統(tǒng)192.3增強現(xiàn)實硬件設備20
2.3.1谷歌眼鏡20
2.3.2微軟全息影像頭盔21
2.3.3增強現(xiàn)實滑雪護目眼鏡22
2.4VR/AR全景攝像機設備23
2.4.1GoPro23
2.4.2三星3603D全景虛擬現(xiàn)實相機24
2.4.3諾基亞虛擬現(xiàn)實球形攝影相機24
第3章智能可穿戴交互技術25
3.1智能可穿戴技術簡介25
3.2智能可穿戴設備的發(fā)展歷程26
3.2.1智能可穿戴設備的早期發(fā)展26
3.2.2智能可穿戴設備的發(fā)展現(xiàn)狀27
3.2.3智能可穿戴設備的未來發(fā)展28
3.3智能可穿戴交互設備分類29
3.3.1智能可穿戴內置設備30
3.3.2智能可穿戴外置設備30
3.3.3智能可穿戴外置機械設備31
3.4智能可穿戴設備技術31
3.4.1骨傳導交互技術31
3.4.2眼動跟蹤交互技術32
3.4.3AR/MR交互技術32
3.4.4語音交互技術32
第4章大眾化虛擬現(xiàn)實硬件設備33
4.13D眼鏡33
4.1.13D眼鏡原理33
4.1.23D眼鏡實現(xiàn)34
4.23D頭盔36
4.2.13D頭盔原理36
4.2.23D頭盔實現(xiàn)36
4.39D虛擬現(xiàn)實體驗館38
4.3.19D虛擬現(xiàn)實體驗館架構39
4.3.29D虛擬現(xiàn)實體驗館實現(xiàn)39
第5章虛擬現(xiàn)實技術應用40
5.1航空航天與軍事領域40
5.1.1在航空航天領域的應用40
5.1.2在軍事領域的應用41
5.2工業(yè)仿真設計領域41
5.3地理信息與城市規(guī)劃領域42
5.3.1在地理信息領域的應用42
5.3.2在城市規(guī)劃領域的應用43
5.4醫(yī)學領域44
5.5旅游與考古領域45
5.5.1在旅游領域的應用45
5.5.2在考古領域的應用46
5.6教育與電子商務領域46
5.6.1在教育領域的應用46
5.6.2在電子商務領域的應用48
5.7游戲設計領域48
第6章Blender虛擬仿真開發(fā)平臺50
6.1常見的三維建模軟件50
6.1.13ds Max50
6.1.2Maya54
6.1.33ds Max與Maya比較57
6.2Blender簡介57
6.2.1Blender功能特點58
6.2.2Blender界面簡介58
6.3Blender 3D幾何建模技術59
6.3.1基本物體造型59
6.3.23D物體基本操作60
6.3.3基本幾何模型設計61
6.4Blender 3D網(wǎng)格建模設計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/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺85
7.1VRX3D語法概述86
7.1.1VRX3D語法格式87
7.1.2VRX3D場景結構93
7.1.3VRX3D文件注釋93
7.2VRX3D基礎建模語法剖析94
7.2.1VRX3D基礎節(jié)點95
7.2.2VRX3D文本節(jié)點96
7.3VRX3D基礎建模開發(fā)97
7.3.1VRX3D幾何建模設計97
7.3.2VRX3D材質紋理建模100
7.4VRX3D基礎開發(fā)與設計綜合案例102
第8章Unity虛擬/增強現(xiàn)實開發(fā)平臺115
8.1Unity虛擬仿真引擎簡介116
8.1.1標題欄116
8.1.2菜單欄116
8.1.3工具欄121
8.1.4場景設計面板122
8.1.5游戲視圖123
8.1.6項目瀏覽器視圖124
8.1.7層級面板視圖125
8.1.8檢視面板126
8.2Unity虛擬仿真引擎開發(fā)與設計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虛擬仿真引擎設計案例130
第9章Python 虛擬現(xiàn)實人工智能技術134
9.1Python 人工智能技術134
9.1.1Python 人工智能技術簡介134
9.1.2Python開發(fā)環(huán)境安裝與設置136
9.1.3PyCharm 集成開發(fā)環(huán)境安裝142
9.2VRBlenderPython開發(fā)環(huán)境149
9.2.1VRBlenderPython 軟件包安裝與漢化149
9.2.2VRBlenderPython 環(huán)境構建149
9.2.3Python控制臺編輯設計152
9.2.4Blender腳本156
9.3Python語法156
9.3.1Python基礎語法156
9.3.2Python 基本數(shù)據(jù)類型158
9.3.3Python 運算符173
9.3.4Python 日期和時間函數(shù)178
9.4Python 控制流程179
9.4.1Python條件語句179
9.4.2Python循環(huán)語句181
9.5VRBlenderPython腳本3D模型設計案例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元宇宙準備期196
10.2.3元宇宙蓄勢待發(fā)期197
10.2.4元宇宙爆發(fā)式增長期198
10.3元宇宙理論架構200
10.4元宇宙實現(xiàn)203
10.5元宇宙國內外發(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)展的風險221
參考文獻223附錄AASCII碼字符集全表224
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