虚拟现实技术与艺术

　　1 绪论——虚拟现实技术概述
　　1.1 虚拟现实的基本概念
　　1.1.1 虚拟现实的定义
　　1.1.2 虚拟现实的本质特征
　　1.1.3 虚拟现实的组成
　　1.2 虚拟现实技术体系结构
　　1.2.1 虚拟环境系统结构
　　1.2.2 虚拟现实系统组成模块
　　1.3 虚拟现实系统的分类
　　1.3.2 桌面虚拟现实系统（非沉浸式虚拟现实系统）
　　1.3.3 增强虚拟现实系统
　　1.3.4 分布式虚拟现实系统
　　1.4 虚拟现实的发展历程和研究现状
　　1.4.1 虚拟现实的发展历程
　　1.4.2 国外虚拟现实技术的研究现状
　　1.4.3 国内虚拟现实技术的研究现状
　　1.5 虚拟现实技术的主要应用领域
　　1.5.1 文化艺术领域
　　1.5.2 工程应用
　　1.5.3 在医学领域的应用
　　1.5.4 教育培训领域的应用
　　1.5.5 军事应用
　　1.5.6 城市规划
　　1.5.7 商业
　　参考文献
　　2 虚拟现实的硬件技术
　　2.1 三维位置跟踪器
　　2.2 各种数据手套
　　2.2.1 触觉与力反馈
　　2.2.2 力学反馈手套
　　2.2.3 传感手套（VPL）
　　2.2.4 PowerGlove手控器
　　2.3 三维鼠标
　　2.4 数据衣
　　2.5 立体显示设备
　　2.5.1 头盔式显示器HMD
　　2.5.2 特殊的头部显示器BOOM
　　2.5.3 立体眼镜
　　2.5.4 立体投影显示
　　2.5.5 三维显示器
　　2.6 三维声音生成器
　　2.7 小结
　　参考文献
　　3 虚拟现实的创作平台软件技术介绍
　　3.1 Multigen
　　3.1.1 Vega Prime（视景仿真与交互模块）
　　3.1.2 Multigen Creator（视景建模模块）
　　3.2 VTree
　　3.3 Quest3D
　　3.4 EON Studio
　　3.5 Cult3D
　　3.5.1 Cult3D
　　3.5.2 Cult3D软件的模块与工作流程简介
　　3.5.3 Cult3D Designer V5.2软件界面介绍
　　3.6 VRML97（3DSMAX中的内置模块）
　　3.6.1 VRML97控制面板介绍
　　3.6.2 VRML97节点简介
　　3.6.2 VRML 文件的输入与输出
　　3.7 OpenGVS
　　3.7.1 OpenGVS简介
　　3.7.2 OpenGVS API
　　3.7.3 System Facilitv
　　3.8 Virtools
　　3.8.1 Virtools Dev（主体开发模块）
　　3.8.2 Virtools Physics Pack（物理特性模块）
　　3.8.3 Virtools VR Pack（视景沉浸模块）
　　3.8.4 Virtools Al Pack（人工智能模块）
　　3.8.5 Virtools Xbox Kit（微软的Xbox开发模块）
　　3.8.6 Virtools Server Pack（网络服务器模块）
　　3.8.7 Virtools 3D Life Player
　　3.8.8 Virtools SDK
　　3.9 Java 3D
　　3.10 Viewpoint
　　3.11 Pulse 3D
　　3.12 Atmosohere
　　3.13 Shockwave 3D
　　3.14 Shout3D和Blaxxun3D技术
　　3.14.1 Shout3D支持的特性
　　3.14.2 Blaxxun3D技术简介
　　3.15 3DVRI
　　3.16 VRP
　　3.17 小结
　　参考文献
　　4 虚拟现实软件平台应用实例
　　4.1 虚拟现实经典建模语言（VRML）解析与应用
　　4.1.1 VRML文件的节点研究
　　4.1.2 VRML语言的重要构造技术
　　4.1.3 VRML的综合应用实例——利用3DSMAX制作虚拟现实场景解析
　　4.2 Cult3D与3DSMAX组合的制作实例
　　4.2.1 在3DSMAX中建模、设置材质和动画
　　4.2.2 用Cult3D Exporter输出产品模型
　　4.2.2 在Cult3D Designer中设置虚拟产品的交互功能
　　4.3 小结
　　5 虚拟现实视景系统的建模技术
　　5.1 基于几何的建模技术
　　5.1.1 几何建模方法的数学原理
　　5.1.2 三维几何模型对象的获取方法
　　5.1.3 三维几何建模技术的应用
　　5.2 基于图像的虚拟环境建模技术研究
　　5.2.1 基于图像的虚拟环境建模的技术原理
　　5.2.2 基于图像的全景图环境建模技术
　　5.3 图像与几何相结合的建模技术
　　5.3.1 图像与几何相结合的汽车建模
　　5.3.2 其他虚拟对象的建模
　　5.4 小结
　　参考文献
　　6 虚拟现实场景的优化技术
　　6.1 优化方法概述
　　6.1.1 简单的光照模型
　　6.1.2 消隐技术
　　6.2 基于多边形网格的场景简化技术
　　6.2.1 基于预生成法的LOD技术
　　6.2.2 基于实时生成法的LOD技术
　　6.2.3 可变分辨率LOD（实时自适应优化网格）技术
　　6.2.4 LOD技术的运用技巧
　　6.3 基于Virtools环境LOD的应用方案
　　6.3.1 算法的选取
　　6.2.2 Virtools中集成的LOD技术
　　6.2.3 应用方案解析
　　6.3.4 基于SDK开发的LOD行为模块
　　6.3.5 优化效果
　　6.4 小结
　　参考文献
　　7 虚拟现实特效技术研究
　　7.1 基于粒子系统的仿真特效技术
　　7.1.1 雪的仿真实现
　　7.1.2 雨的仿真实现
　　7.1.3 烟、尾气的模拟
　　7.2 其他的视效仿真
　　7.2.1 雾效的仿真实现
　　7.2.2 声响模拟系统
　　7.2.3 车速表的模拟和实现
　　7.2.4 GPS系统的应用
　　7.3 模型光照与纹理渲染技术
　　7.3.1 漫反射分量
　　7.3.2 镜面反射分量
　　7.3.3 环境分量
　　7.3.4 光照方程
　　7.3.5 光照与渲染技术
　　7.4 基于Cg的Shader纹理特效技术研究
　　7.4.1 基于Cg的流体特效技术
　　7.4.2 基于Cg的Shader多分辨纹理技术
　　7.5 小结
　　参考文献
　　8 虚拟现实视景系统的分布式多客户与交互技术研究
　　8.1 虚拟驾驶系统的分布式多客户技术研究
　　8.1.1 分布式虚拟汽车驾驶系统的体系结构
　　8.1.3 汽车动力学引擎的构建和性能参数设置
　　8.1.4 绝对估算（Dead Reckoning）技术
　　8.1.5 分布式多客户的虚拟汽车驾驶系统开发成果
　　8.2 汽车的碰撞检测与事故仿真技术
　　8.2.1 碰撞检测原理分析
　　8.2.2 事故仿真技术的应用实例
　　8.3 虚拟交通控制系统中的交互技术研究
　　8.3.1 虚拟交通控制系统介绍
　　8.3.2 虚拟控制系统各交互模块的技术研究
　　8.3.3 应用实例
　　8.4 小结
　　参考文献
　　9 虚拟现实的分布式多通道显示技术——基于群集的多通道屏幕投影环境的构筑
　　9.1 虚拟视景系统的分布式显示技术介绍
　　9.1.1 开发平台简介
　　9.1.2 分布式多通道显示的概念
　　9.1.3 帧缓存同步与垂直刷新同步
　　9.2 虚拟视景系统的多通道投影屏幕构筑技术
　　9.2.1 柱形投影屏幕视景的构筑
　　9.2.2 其他的多通道投影屏幕视景构筑技术
　　9.3 多通道投影屏幕运行组件的配置
　　9.3.1 配置文件介绍
　　9.3.2 多通道显示设备文件的配置
　　9.4 基于三通道显示环境的虚拟汽车驾驶舱的开发
　　9.5 小结
　　参考文献
　　10 虚拟图形艺术的审美特性——基于虚拟现实技术的数码图形艺术特征与美学意蕴
　　10.1 数码图形的艺术特征
　　10.1.1 数码图形的数字化与非物质特征
　　10.1.2 同构性
　　10.1.3 时间上的可逆性（无序性）
　　10.1.4 空间上的无限自由性（分布式的多元化空间）
　　10.1.5 交互性（互动性）
　　10.1.6 沉浸性（身临其境）
　　10.1.7 一种新的虚拟艺术实践
　　10.2 数码图形艺术的美学意蕴
　　10.2.1 审美趣味论（生动性与趣味性）
　　10.2.2 全方位、多通道和自由的审美
　　10.2.3 审美营构论——数码图形艺术设计中的构成美学
　　10.2.4 数码图形艺术设计中的审美特性与意境论
　　10.3 小结
　　参考文献
　　11 中国水墨画艺术效果的数码三维仿真
　　11.1 概述
　　11.2 数码三维水墨仿真研究的意义
　　11.3 研究的基本思路和内容
　　11.2.1 基本思路
　　11.3.2 研究内容
　　11.4 小结
　　参考文献
　　附录 彩色图例

　　    《虚拟现实技术与艺术》属于科学与艺术、技术与美学相结合的虚拟艺术研究范畴。针对虚拟艺术设计研究的重要领域——虚拟现实的技术与艺术理念，以及相关的虚拟艺术设计实践进行论述。笔者以虚拟现实技术领域作为虚拟艺术设计的重点研究方向，尝试在二者之间建立一种关联：以虚拟现实技术为依托，以虚拟艺术设计为导向，共同构建或丰富虚拟艺术设计的内涵。笔者认为，以虚拟现实技术领域作为虚拟艺术研究的切入点，更能把握数字艺术设计的精髓。因此，《虚拟现实技术与艺术》用较大篇幅介绍和论述虚拟现实的软件和硬件技术，旨在为虚拟现实与艺术设计提供技术理论和实践经验。《虚拟现实技术与艺术》亦述及了虚拟图形艺术的审美特性，并给出了用数字艺术设计的一个典型实验课题——中国水墨画艺术效果的数码三维仿真，期望在虚拟现实与数字艺术设计研究中起到抛砖引玉的作用。