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虚拟现实实用教程北京BEIJING Publishing House of Electronics Industry 名师教你写作技法 陈林森 著 高等职业院校计算机类“十三五”规划教材主编：王备战余海箭执行主编：赵江声编委：陈炳泉黄玺胥平吴高磊江青霞张斌陈娜林光毅高捷内 容 简 介本书结合虚拟现实的最新理论，基于当今行业领先的 Web VR 平台，给出丰富的案例分析，并提供详尽的项目解决方案，极具权威性和实用性。全书共有九大专题，内容从虚拟现实的发展历程、基本特征到技术体系，逐步深入到各个技术体系的具体实现，以一个实际的案例由浅入深、从无到有地引导学生实现一个可以实际商用的作品；再通过两个行业的典型综合案例诠释虚拟现实商业模式及虚拟现实应用的广阔前景。本书的最大特色是“注重实战，以专业理论为基础；案例教学，以商业应用为方向”。针对虚拟现实课程对于实战操作的较高要求，全书以“理论知识点+实战项目”为形式来组织教学内容，非常适合教师进行理论和实验课的教学；同时，广大学生或者对虚拟现实行业感兴趣的创业者，通过学习本书可以快速地掌握具有商用价值的实用技能。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。责任编辑：左雅 印刷：装订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036开本：78710921/16 印张：11.25 字数：288 千字版次：2019 年 10 月第 1 版印次：2019 年 10 月第 1 次印刷定价：55.00 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：(010)88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254580，。图书在版编目（CIP）数据虚拟现实实用教程/王备战，余海箭主编.北京：电子工业出版社，2019.10ISBN 978-7-121-37438-8.虚 .王 余 .虚拟现实高等学校教材 .TP391.98中国版本图书馆 CIP 数据核字（2019）第 201609 号今天的我们，正处在一个多彩的世界。我们要以什么样的方式来观察所处的世界？像宇航员在太空遨游，像潜水员在深海探索，像历史学者对过往进行追溯，像小说家对未来畅想连篇？求知欲让我们想要更多地、多角度地、全方位地了解这个世界，VR（虚拟现实）技术的出现让我们的“身临其境”不再受限于现实。融合发展是这个时代的主要特征之一，这得益于信息的数字化。文化、艺术、科学、生活等元素交相辉映，互为融合。我们可以足不出户，徜徉在多维虚拟空间场景中，这是真实与虚拟、艺术与技术的完美融合，也是 VR 作为新一代信息技术集大成者的魅力所在。2016 年被称为 VR 产业元年，相关产业发展一路高歌猛进。VR 已经逐渐成为一个具有广阔商业前景的科技领域。这是一场科技探险，也是一场文化盛宴，它点燃了关于意识和现实的无数遐想。VR 的发展是一个在技术上不断突破、在内涵上不断丰富的现代科技的体现，它弥补了现实的限制所带来的缺憾，以一种崭新的方式丰富着人们的文化生活，满足人们对未来的无限幻想。国务院在 2016 年 8 月 8 日印发了“十三五”国家科技创新规划，指出当前我国“十三五”科技创新的总体目标是：国家科技实力和创新能力大幅跃升，创新驱动发展成效显著，国家综合创新能力世界排名进入前 15 位，迈进创新型国家行列，有力支撑全面建成小康社会目标实现。IIIPREFACE序言一可见科技创新已处于国家核心战略高度。创新是在模仿的基础上添加附加值，VR 技术也如是。本书注重理论联系实际，结合实际商业案例，通俗易懂，由浅入深，一步一步地引导读者初识 VR、熟识 VR、热爱 VR，并穿插课堂实践任务，让更多人参与到 VR 技术的探索中，持续开拓前行。我始终坚信科技创新是一个国家进步的根本，不畏失败、不惧艰险的践行者是国家进步不可或缺的宝贵财富。科技的进步往往得益于前人的研究、开发和积累，感谢所有创造了今日美好生活的先驱者，更祝福所有推动社会进步的后来者，因为 Nothing is impossible！编者水平有限，书中可能存在错谬之处，欢迎大家交流指出，我们将不胜感激。厦门大学软件学院副院长教授、博士生导师2019 年 6 月于厦门IV虚拟现实实用教程V最近几年，科学技术风起云涌，5G 技术席卷全球，虚拟现实技术作为下一代通用性技术平台和下一代互联网入口也被推上风口浪尖，成为全球科技攻关的前沿高地。工业和信息化部最近公布的关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见提出虚拟现实产业的发展目标是：到2025 年，我国虚拟现实产业整体实力进入全球前列，掌握虚拟现实关键核心专利和标准。虚拟现实技术已经融入工业制造、文化、教育、健康、商贸等行业，成为引领全球新一轮产业变革的重要力量。我国正面临虚拟现实专业人才短缺的困境，加快虚拟现实人才培养已经提到国家战略规划的重要层面。教育部决定从 2019 年开始在全国高职院校设立“虚拟现实应用技术”专业。我与我的团队多年来致力于虚拟现实技术的研发与应用，在全国首创Web VR 开放平台，为广大虚拟现实爱好者搭建了一个易学习、易操作的技术入口平台。我们十分感谢厦门大学软件学院王备战教授、赵江声高级工程师及其专家团队在虚拟现实理论上给予的指导和帮助，我们共同组织、编写了虚拟现实实用教程这本书，其目的就是要把虚拟现实最新理论知识与最简便、最实用的 Web VR 技术平台相结合，理论紧密联系实际，深入浅出，用大量利用虚拟现实技术创作的成功案例剖析和阐述虚拟现实理论知识，让广大学生、读者学以致用，尽快掌握虚拟现实这门实用技术。PREFACE序言二VI虚拟现实实用教程本书最大特色是图文并茂、简繁得当，是集虚拟现实专业理论知识、快速三维数字制作、数字交互设计、创新创业实战于一体的“虚拟现实应用技术”专业教材，也是从事虚拟现实应用设计人员必不可少的参考书，也可作为网络教育、自学考试等参考用书。由于我们学识粗浅，经验不足，错误在所难免，敬请读者提出宝贵意见。虚拟现实产业技术研究院执行院长 Web VR 开放平台创始人2019 年 6 月于厦门VIICONTENTS虚拟现实：走进 VR 梦幻世界 1第一章1.1虚拟现实究竟是什么 21.1.1虚拟现实 21.1.2增强现实 21.1.3混合现实 31.2虚拟现实的前生今世 41.3虚拟现实的3I特征 51.3.1沉浸感 51.3.2构想性 61.3.3交互性 61.4常见感知设备 61.4.1VR 头显 71.4.2数据手套 71.4.3动作捕捉系统 81.4.4力反馈设备 81.4.5CAVE 虚拟系统 91.5实战：国内外著名VR案例欣赏 101.5.1VR 电影 101.5.2VR 展馆 101.5.3VR 电商 121.5.4VR 游戏 13目录VIII虚拟现实实用教程技术体系：初探 VR 背后真相 15第二章2.1感知技术 162.1.1VR 与人的视觉 162.1.2VR 与人的听觉 172.1.3VR 与人的其他感觉 182.2建模技术 192.2.1三维建模技术 192.2.2物理建模技术 212.3呈现技术 212.3.1视觉呈现技术 212.3.2听觉呈现技术 242.4交互技术 242.5实战 252.5.1引擎简介 262.5.2作品的创建 272.5.3作品的查看与管理 282.5.4作品的分享 292.5.5来，让我们从 Hello VR 启航 29采集与建模：初探 VR 造物造景奥秘 31第三章3.1照片建模 323.1.1定义及建模原理 323.1.2不适合照片建模的物体 333.2拍照环境及技巧 343.2.1拍照环境的搭建 343.2.2拍照注意事项 353.3照片建模软件 363.4全景图概述 373.5全景图制作设备及软件 37IX目录3.6全景图拍摄技巧 393.6.1基本知识 393.6.2角度和张数选择原则 393.6.3其他技巧 413.7全景图合成及后期制作 433.8实战一：拍摄苹果并制作成VR 433.8.1拍摄照片 433.8.2导入照片 453.8.3照片计算 463.8.4生成模型 483.8.5导入平台 513.9实战二：拍摄全景图并制作成VR 533.9.1拍摄全景图 533.9.2加载图像 553.9.3对准图像 563.9.4创建全景图 563.9.5全景图补天 583.9.6全景图补地 583.9.7将空间导入 VR 平台 59对象与场景：构建梦想世界 63第四章4.1实体模型 644.2实体模型的网格 644.3实体模型的贴图 654.3.1实体模型的纹理贴图 664.3.2实体模型的法线贴图 674.3.3实体模型的光照贴图 694.3.4实体模型的环境光遮蔽贴图 704.3.5贴图小结 714.4实体模型的材质 714.5光照 724.5.1环境光 73X虚拟现实实用教程4.5.2平行光 734.5.3聚光灯 744.5.4泛光灯 754.5.5体积光 754.5.6天空盒光源 764.5.7场景和天空盒 774.6实战：物品手工建模 774.6.1信息采集 784.6.2模型制作 794.6.3UV 展开 794.6.4贴图制作 794.6.5将模型上传到 VR 平台 804.7虚拟现实引擎节点实例操作 814.7.1虚拟现实的三维引擎和结构 814.7.2虚拟现实的对象节点 814.7.3几何节点 824.7.4材质色彩节点 884.7.5材质基础纹理节点 934.7.6材质光照贴图节点 984.7.7材质法线贴图节点 1034.7.8材质透明贴图节点 1064.7.9背景节点 1084.7.10视点节点 1114.7.11雾效节点 1164.7.12导航节点 1164.7.13光源节点 1164.7.14阴影节点 1174.7.15锚节点 1174.7.16广告牌节点 1184.7.17编组节点 1184.7.18细节层次节点 1184.7.19声音节点 118XI目录渲染与动画：你的眼睛会欺骗你 119第五章5.1渲染 1205.1.1硬件渲染 1205.1.2软件渲染 1215.2相机 1215.2.1透视投影相机 1225.2.2正交投影相机 1235.3动画 1245.3.1场景过渡动画 1255.3.2相机移动动画 1255.3.3精灵和逐帧动画 1255.3.4关键帧动画 1265.3.5类人动画 1265.3.6粒子动画 1275.3.7动画状态机 1285.4实战 1285.4.1创建移动动画 1295.4.2创建旋转动画 1305.4.3创建缩放动画 1325.4.4创建颜色变化动画 1345.4.5创建 UV 变化动画 136事件与交互：让世界生动起来 137第六章6.1VR交互概述 1386.2基于手势识别的交互技术 1386.3基于脸部识别的交互技术 1386.4基于眼球跟踪的交互技术 1396.5基于动作捕捉的交互技术 1406.6基于语音控制的交互技术 1416.7基于触觉反馈的交互技术 1416.8基于真实场地的交互技术 141XII虚拟现实实用教程6.9实战：让模型动起来 142实战演练：VR+电子商务 145第七章7.1需求分析 1467.2系统设计 1467.3模型优化 1477.4贴图优化 1487.5VR展示 1487.6部署到电商平台 1497.6.1如何部署到淘宝 1497.6.2如何部署到京东 152实战演练：VR+虚拟展馆 153第八章8.1需求分析 1548.2系统设计 1548.3收集数据、真实测量 1558.4场馆建模 1568.5贴图优化 1568.6UV制作 1578.7光影渲染 1588.8VR展示 158商业模式：一双 VR+的翅膀 159第九章9.1VR在各个行业中的应用概述 1609.2VR+电子商务 1619.3VR+网上展馆 1639.4VR+售楼处 1649.