虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

“十四五”高等職業(yè)教育新形態(tài)一體化系列教材

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

張福峰李玉虹◎主編

張芷齊王耀輝王敏李俊榮◎副主編

內(nèi)容簡介

本書針對虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實的相關崗位需求，以Unity3D為背景，結合Panno2VR、PTGUI等

全景軟件，以項目任務為主線，遵循“循序漸進、實用為主”的原則安排全書的整體結構和內(nèi)容。全

書由八個項目構成，均以崗位任務驅(qū)動的模式制作講解，每個項目均有學習目標、任務，每個任務又

包括任務描述、相關知識、任務實施、拓展任務、任務評價等。項目最后配有相應習題，以幫助讀者

進一步鞏固知識技能。

本書適合作為高等職業(yè)院校虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實相關課程的教材，也可作為培訓機構的教材，以

及廣大VR/AR愛好者與從業(yè)者的自學參考用書。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程/張福峰，李玉虹主編．—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2022.8

“十四五”高等職業(yè)教育新形態(tài)一體化系列教材

ISBN978-7-113-29104-4

Ⅰ.①虛…Ⅱ.①張…②李…Ⅲ.①虛擬現(xiàn)實-高等職業(yè)

教育-教材Ⅳ.①TP391.98

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字(2022)第076490號

書名：虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

作者：張福峰?李玉虹

策劃：王春霞編輯部電話：（010）63551006

責任編輯：王春霞?許?璐

封面設計：尚明龍

責任校對：安海燕

責任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市興達印務有限公司

版次：2022年8月第1版2022年8月第1次印刷

開本：850mm×1168mm1/16?印張：19.75?字數(shù)：496千

書號：ISBN978-7-113-29104-4

定價：55.00元

版權所有侵權必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報電話：（010）63549461

前言

5G商用加速到來，開啟了VR/AR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新一輪熱潮，推動VR/AR的應用范圍從直播、

游戲等消費娛樂領域，加速向工業(yè)、醫(yī)療、教育等垂直領域滲透，實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。中華人民

共和國工業(yè)和信息化部（簡稱工信部）曾提出，要引導工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺提升增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)

實等新技術支撐能力，推廣5G+VR/AR、賽事直播、游戲娛樂、虛擬購物等應用，促進新型

信息消費。虛擬現(xiàn)實技術解鎖的多種應用新場景正變成現(xiàn)實。

本書結合作者多年的教學、設計經(jīng)驗，根據(jù)企業(yè)相關崗位的需求，針對高職高專院校虛

擬現(xiàn)實相關課程的專業(yè)技能需求，以Unity3D為背景，結合Panno2VR、PTGUI等全景軟件，

以崗位任務為引領，以工作任務為載體，選擇典型教學案例任務，做到知識與工作任務緊密融

合。項目任務設置遵循“循序漸進、實用為主”的原則，注重學生實踐動手能力的培養(yǎng)，符合

學生認知學習規(guī)律。任務制作過程中力求遵循“由易到難、先簡后繁”的順序，并對使用中出

現(xiàn)的問題和技術難點進行了較全面的剖析，使教材具有趣味性和啟發(fā)性。通過項目任務的學習

與強化訓練，學生能領悟并運用相關軟件完成虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實的設計實現(xiàn)。

本書的項目案例以崗位工作任務驅(qū)動模式制作講解，每個項目均由學習目標和任務組成，

每個任務又包括任務描述、相關知識、任務實施、拓展任務、任務評價等。項目最后配有相應

習題，以幫助讀者進一步鞏固知識技能。

本書由八個項目構成。

項目一：虛擬現(xiàn)實技術基礎。本項目通過2個任務介紹虛擬現(xiàn)實技術的特征、組成、分類、

關鍵技術、發(fā)展歷程趨勢、應用領域、VR/AR/MR/XR區(qū)分，以及虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入、輸出、

生成等硬件設備。

項目二：VR全景漫游。本項目通過3個任務介紹全景圖片制作、VR全景漫游制作以及

全景圖片合成的方法。

項目三：Unity3D交互基礎。本項目通過3個任務介紹Unity3D操作基礎、移動交互、材

質(zhì)動態(tài)修改方法，并詳細介紹了資源管理、游戲發(fā)布、腳本使用、物體運動控制、模型導入、

材質(zhì)創(chuàng)建使用和UI系統(tǒng)。

項目四：Unity3D角色控制。本項目通過2個任務介紹Unity3D角色控制系統(tǒng)，并對資源

包的獲取安裝，第一、第三人稱角色控制器的具體運用做出詳細說明。

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

項目五：U3D地形與導航。本項目通過2個任務介紹地形系統(tǒng)和導航系統(tǒng)，對地形的創(chuàng)

建編輯、環(huán)境資源包、天空盒以及幾種場景導航運用進行詳細的說明。

項目六：Unity3D物理引擎。本項目通過2個任務介紹剛體、碰撞器與觸發(fā)器的具體使用。

項目七：Unity3D游戲開發(fā)。本項目綜合運用Unity3D完成第三人稱角色射擊游戲的設計

制作。

項目八：AR交互設計。本項目通過3個任務介紹AR的設計開發(fā)，并對EasyAR的平面、

3D圖像識別，EasyAR模型交互操作進行詳細介紹。

本書由張福峰、李玉虹任主編，張芷齊、王耀輝、王敏、李俊榮任副主編，唐葉、張植才、

金會賞、王曉蘭參與編寫。具體編寫分工如下：項目一由王耀輝編寫；項目二由金會賞、唐葉

編寫；項目三由李俊榮、張植才編寫；項目四由李玉虹編寫；項目五、八由張福峰編寫；項目

六由張芷齊編寫；項目七由王敏、王曉蘭編寫。全書由張福峰統(tǒng)稿。

本書在編寫過程中參考了相關教材和網(wǎng)站資料，在此向相關作者表示衷心的感謝！

由于編者水平有限，加上編寫、出版時間倉促，書中疏漏和不妥之處在所難免，懇請廣

大讀者批評指正。

編者

2022年2月

II

目錄

項目一?虛擬現(xiàn)實技術基礎???1任務實施???????????37

選擇一款合適的VR眼鏡?????????????????37

任務1?虛擬現(xiàn)實技術??????1

拓展任務???????????40

任務描述???????????1

任務評價???????????40

相關知識???????????2

小結??????????????40

一、虛擬現(xiàn)實技術?????????????????????????????2

習題??????????????

二、虛擬現(xiàn)實技術的特征??????????????????341

三、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成??????????????????4

四、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類??????????????????5項目二?VR全景漫游????43

五、虛擬現(xiàn)實關鍵技術??????????????????????9

任務1?全景圖片制作??????43

六、虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展歷程?????????????11

七、虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展趨勢?????????????16任務描述???????????43

八、我國虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況??????

16相關知識???????????44

九、虛擬現(xiàn)實應用領域????????????????????17

一、全景圖??????????????????????????????????????44

十、區(qū)分VR、AR、MR、XR?????????20

二、全景圖創(chuàng)建???????????????????????????????44

任務實施???????????21

任務實施???????????45

汽車之家·VR全景看車????????????????????21

一、前期準備???????????????????????????????????45

拓展任務???????????23

二、攝影機設置???????????????????????????????46

任務評價???????????24三、渲染設置???????????????????????????????????46

?????????????????????????????????????

任務2?虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的硬件設備?24四、PS處理48

任務描述???????????24拓展任務???????????49

相關知識???????????24任務評價???????????51

一、虛擬現(xiàn)實的硬件設備????????????????24任務2?VR全景制作???????52

二、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸入設備?????????25

任務描述???????????52

三、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的輸出設備?????????31

相關知識???????????53

四、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的生成設備?????????37

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

一、VR全景制作軟件?????????????????????53項目三?Unity3D交互基礎??82

二、Pano2VR???????????????????????????????????53

任務1?初識Unity3D??????82

任務實施???????????63

任務描述???????????82

一、添加場景???????????????????????????????????63

相關知識???????????82

二、輸出全景???????????????????????????????????63

一、安裝軟件???????????????????????????????????

三、添加圖像???????????????????????????????????6482

二、啟動軟件???????????????????????????????????

四、添加視頻???????????????????????????????????6483

三、創(chuàng)建項目???????????????????????????????????

五、小行星效果???????????????????????????????6585

四、軟件界面???????????????????????????????????

六、設置默認視圖???????????????????????????6685

五、基本操作???????????????????????????????????

七、添加熱點???????????????????????????????????6688

六、視圖控制???????????????????????????????????

八、添加皮膚???????????????????????????????????6791

七、資源管理???????????????????????????????????92

拓展任務???????????67

八、游戲發(fā)布???????????????????????????????????93

任務評價???????????68

任務實施???????????97

任務3?全景圖片合成??????69一、新建項目???????????????????????????????????97

任務描述???????????69二、布置場景???????????????????????????????????97

三、游戲發(fā)布???????????????????????????????????98

相關知識???????????69

一、全景圖片拍攝???????????????????????????69拓展任務??????????100

二、初識PTGui???????????????????????????????70任務評價??????????101

三、全景圖的不同形式????????????????????71

任務2?Unity3D移動交互???101

四、不同形式全景圖轉(zhuǎn)換????????????????72

任務描述??????????101

任務實施???????????74

相關知識??????????102

一、加載圖像???????????????????????????????????74

一、腳本入門?????????????????????????????????

二、對準圖像???????????????????????????????????74102

二、變量????????????????????????????????????????

三、創(chuàng)建全景圖???????????????????????????????76103

三、基本數(shù)據(jù)類型?????????????????????????

四、Photoshop補地??????????????????????????77104

四、與??????

五、Photoshop補天??????????????????????????78GameObjectgameObject105

五、與????????????

六、生成VR全景????????????????????????????79Transformtransform105

六、transform與gameObject??????????105

拓展任務???????????79

七、Unity3D導入3dsMax模型?????106

任務評價???????????80

任務實施??????????109

小結??????????????80

一、移動到指定目標點??????????????????109

習題

??????????????81二、鍵盤控制物體移動???????????????????113

II

目錄

三、控制物體自動旋轉(zhuǎn)???????????????????116一、導入資源包?????????????????????????????150

四、拖動鼠標旋轉(zhuǎn)物體???????????????????118二、FPSController??????????????????????????151

拓展任務??????????119拓展任務??????????152

任務評價??????????121任務評價??????????153

任務3?動態(tài)修改材質(zhì)?????122任務2?第三人稱控制器????154

任務描述??????????122任務描述??????????154

相關知識??????????122相關知識??????????154

一、材質(zhì)創(chuàng)建與使用??????????????????????122ThirdPersonCharacter

二、UI系統(tǒng)???????????????????????????????????127（第三人稱角色）?????????????????????????154

任務實施??????????132任務實施??????????155

一、搭建場景?????????????????????????????????132一、ThirdPersonController??????????????155

二、創(chuàng)建材質(zhì)?????????????????????????????????133二、AiThirdPersonController???????????157

三、創(chuàng)建UI對象???????????????????????????133三、角色模型控制?????????????????????????157

四、切換材質(zhì)?????????????????????????????????135

拓展任務??????????160

拓展任務??????????139任務評價??????????164

任務評價??????????140小結?????????????164

小結?????????????141習題?????????????164

習題?????????????141

項目五?U3D地形與導航??166

項目四?Unity3D角色控制?143

任務1?地形系統(tǒng)???????166

任務1?第一人稱控制器????143

任務描述??????????166

任務描述??????????143相關知識??????????167

相關知識??????????143一、創(chuàng)建和編輯地形??????????????????????167

一、標準資源包簡介??????????????????????143二、環(huán)境資源包?????????????????????????????170

二、資源包獲取安裝??????????????????????144三、天空盒（Skybox）??????????????????172

三、導入資源包?????????????????????????????146

任務實施??????????177

四、Prototyping（原型）???????????????147

一、創(chuàng)建與編輯地形??????????????????????177

五、FirstPersonCharacter

二、繪制貼圖、樹、草??????????????????178

（第一人稱角色）????????????????????148

三、添加海洋?????????????????????????????????180

任務實施??????????150四、添加第一人稱控制器??????????????180

III

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

拓展任務??????????181四、創(chuàng)建子彈對象?????????????????????????206

五、銷毀子彈對象?????????????????????????

任務評價??????????183207

任務2?導航系統(tǒng)???????184拓展任務??????????208

任務評價??????????208

任務描述??????????184

相關知識??????????184任務2?碰撞器與觸發(fā)器????209

一、導航網(wǎng)格（NavMesh）???????????184任務描述??????????209

二、導航視圖?????????????????????????????????184相關知識??????????210

三、導航網(wǎng)格代理?????????????????????????186

一、Unity3D碰撞器???????????????????????210

四、分離網(wǎng)格鏈接

二、Unity3D觸發(fā)器???????????????????????213

（OffMeshLink）????????????????????187

任務實施??????????214

五、導航網(wǎng)格障礙?????????????????????????187

一、創(chuàng)建場景對象?????????????????????????214

任務實施??????????188

二、用鍵盤控制物體移動??????????????216

一、導航????????????????????????????????????????188

三、控制相機跟隨主角移動???????????216

二、坡度導航?????????????????????????????????190

四、控制金幣旋轉(zhuǎn)?????????????????????????217

三、選擇導航?????????????????????????????????192

五、顯示分數(shù)?????????????????????????????????217

拓展任務??????????195六、觸發(fā)檢測吃金幣??????????????????????218

七、添加音效?????????????????????????????????

任務評價??????????198218

小結?????????????198拓展任務??????????219

習題?????????????198任務評價??????????221

小結?????????????222

項目六?Unity3D物理引擎?200習題?????????????222

任務1?剛體?????????200

項目七?Unity3D游戲開發(fā)?224

任務描述??????????200

相關知識??????????200任務?射擊游戲開發(fā)??????224

一、Unity3D物理引擎???????????????????200任務描述??????????224

二、剛體（Rigidbody）?????????????????201相關知識??????????225

任務實施??????????204預制體（Prefab）???????????????????????????225

一、創(chuàng)建場景對象?????????????????????????204任務實施??????????228

二、設置材質(zhì)?????????????????????????????????204一、布置場景對象?????????????????????????228

三、生成磚塊對象?????????????????????????205二、添加主角?????????????????????????????????229

IV

目錄

三、讓主角動起來?????????????????????????230四、EasyARSenseUnity資源包?????266

四、添加動畫控制器??????????????????????231五、EasyAR平面圖像跟蹤????????????267

五、添加剛體與碰撞??????????????????????235六、案例分析——EasyAR平面圖像

六、相機跟隨?????????????????????????????????235跟蹤????????????????????????????????????????268

七、敵人突襲而來?????????????????????????236七、項目發(fā)布?????????????????????????????????271

八、為生存而戰(zhàn)斗?????????????????????????243八、EasyAR3D物體跟蹤??????????????272

九、敵人接踵而至?????????????????????????246九、案例分析——3D物體跟蹤??????273

拓展任務??????????252任務實施??????????274

任務評價??????????254一、EasyAR平面圖像跟蹤????????????274

二、物體跟蹤??????????????

小結?????????????254EasyAR3D278

習題?????????????255拓展任務??????????280

任務評價??????????283

項目八?AR交互設計???256任務3?EasyAR模型交互操作?284

任務1?走進AR世界?????256任務描述??????????284

任務描述??????????256相關知識??????????284

一、移動設備的觸控操作??????????????

相關知識??????????257284

二、運行平臺檢測?????????????????????????286

一、初識AR??????????????????????????????????257

三、觸控操作實例?????????????????????????287

二、AR平臺??????????????????????????????????259

任務實施??????????289

任務實施??????????261

一、雙指縮放模型?????????????????????????289

一、百度地圖AR實景導航???????????261

二、單指旋轉(zhuǎn)模型?????????????????????????292

二、高德地圖AR駕車導航???????????261

三、單指移動模型?????????????????????????293

拓展任務??????????262四、鼠標拖動模型?????????????????????????294

五、更換模型材質(zhì)?????????????????????????295

任務評價??????????263

六、AR模型脫卡???????????????????????????296

任務2?EasyAR識別跟蹤???263七、按鈕切換模型?????????????????????????297

任務描述??????????263拓展任務??????????300

相關知識??????????263任務評價??????????304

一、EasyAR產(chǎn)品概覽????????????????????263小結?????????????305

二、注冊下載?????????????????????????????????265

習題?????????????305

三、申請Sence許可證密匙???????????266

V

項目一

虛擬現(xiàn)實技術基礎

從能夠營造夢幻般舞臺效果的全息投影技術，到已經(jīng)走入人們?nèi)粘Ｉ畹奶摂M現(xiàn)實頭盔，近

幾年，“虛擬現(xiàn)實”一詞越來越引起人們的關注。對于不少普通人來說，對虛擬現(xiàn)實的印象還僅僅

停留在娛樂方面，但實際上，在軍事、醫(yī)學、裝備制造、智慧城市等諸多領域，虛擬現(xiàn)實技術都

大有用武之地。

學習目標

（1）學習虛擬現(xiàn)實技術、虛擬現(xiàn)實技術的特征。

（2）學習虛擬現(xiàn)實技術的組成、分類及關鍵技術。

（3）學習虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展歷程、發(fā)展趨勢。

（4）學習虛擬現(xiàn)實技術的應用領域。

（5）學習虛擬現(xiàn)實技術的輸入、輸出、生成設備。

任務1虛擬現(xiàn)實技術

任務描述

不知不覺間虛擬現(xiàn)實已經(jīng)進入人們?nèi)粘Ｉ畹?/p>

方方面面，伴隨5G網(wǎng)絡的商用，將解鎖更多VR的

未來。本任務將帶您走進虛擬現(xiàn)實，學習虛擬現(xiàn)實技

術的特征、組成、分類、關鍵技術、發(fā)展歷程及應

用領域等相關知識。通過汽車之家·VR全景看車，

體驗足不出戶在線選車的樂趣，內(nèi)飾展示如圖1-1-1

所示。圖1-1-1汽車之家·VR全景看車

1

虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

相關知識

一、虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實是從英文VirtualReality一詞翻譯過來的，簡稱VR，是由美國VPLResearch公司創(chuàng)始人

JaronLanier在1989年提出的。所謂虛擬現(xiàn)實，是一種基于可計算信息的沉浸式交互環(huán)境。具體來說，

就是采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技手段，在特定范圍內(nèi)生成逼真的視、聽、觸覺等一體化的虛

擬環(huán)境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互、相互影響，從而產(chǎn)生親臨真

實環(huán)境的感受和體驗。

虛擬現(xiàn)實主要有三方面的含義：

（1）虛擬現(xiàn)實是借助計算機生成逼真的實體，“實體”是對于人的感覺（視、聽、觸、嗅）而言的。

（2）用戶可以通過人的自然技能與這個環(huán)境交互。自然技能是指人的頭部轉(zhuǎn)動、眼動、手勢等其

他人體的動作。

（3）虛擬現(xiàn)實往往要借助一些三維設備和傳感設備來完成交互操作。

虛擬現(xiàn)實技術簡稱VR技術，是20世紀末逐漸興起的一門綜合性信息技術，作為一項尖端科技，

虛擬現(xiàn)實技術集成了數(shù)字圖像處理、計算機圖形技術、計算機仿真技術、人工智能、傳感技術、顯示技

術、網(wǎng)絡并行處理等技術的最新發(fā)展成果，是一種由計算機生成的高技術模擬系統(tǒng)。它最早源于美國軍

方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，20世紀90年代初逐漸為各界所關注并且在商業(yè)領域得到了進一步的發(fā)展。

早期，對“VirtualReality”的研究引起了國內(nèi)外學者們的極大興趣，研究范圍從虛擬技術擴大到虛

擬空間和虛擬生存，研究的視角也從技術應用的社會學層面上升到虛擬本身的哲學層面，對于“Virtual

Reality”的譯法有著很多爭論和分歧，除了常見的“虛擬現(xiàn)實”和“虛擬實在”譯法外，還有諸如“實

境技術”“人工現(xiàn)實”“模擬現(xiàn)實”“虛擬實境”“擬真”“虛擬真實”等譯法。

最開始提到“VirtualReality”時，技術專家們將之譯為“虛擬現(xiàn)實”，錢學森教授認為“Virtual

Reality”是指用科學技術手段向接受者輸送視覺的、聽覺的、觸覺的以至嗅覺的信息，使接受者感到身

臨其境。為了便于人們理解和接受“VirtualReality”技術的概念，按中國傳統(tǒng)文化的語義稱VR技術為“靈

境”技術。

汪成為教授認為虛擬現(xiàn)實技術是指在計算機軟硬件及各種傳感器（如高性能計算機、圖形圖像生產(chǎn)

系統(tǒng)、特制服裝、特制手套、特制眼鏡等）的支持下生成的一個逼真的、三維的，具有一定視、聽、觸、

嗅等感知能力的環(huán)境。使用戶在這些軟硬件設備的支持下，以簡捷、自然的方法與這一由計算機所產(chǎn)生

的“虛擬”世界中的對象進行交互作用。

工程院院士、虛擬現(xiàn)實技術與系統(tǒng)國家重點實驗室主任趙沁平教授認為，虛擬現(xiàn)實是以計算機技術

為核心，結合相關的科學技術，生成與一定范圍內(nèi)真實環(huán)境在視、聽、觸感等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)

境。用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，可以產(chǎn)生親臨對應真實環(huán)境

的感受和體驗。

總之，虛擬現(xiàn)實技術是指采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高新技術，生成逼真的視覺、聽覺、觸覺

一體化的虛擬環(huán)境。參與者可以借助必要的裝備，以自然的方式與虛擬環(huán)境中的物體進行交互，并相互

影響，從而獲得等同真實環(huán)境的感受和體驗。

2

項目一虛擬現(xiàn)實技術基礎

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的虛擬環(huán)境，包括以下形式：

（1）模擬真實世界中的環(huán)境。例如地理環(huán)境、建筑場館、文物古跡等。這種真實環(huán)境可能是已經(jīng)

存在的，也可能是已經(jīng)設計好但還沒有建成的，或者是曾經(jīng)存在但現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生變化、消失或者受到破

壞的。

（2）人類主觀構造的環(huán)境。例如影視制作中的科幻場景，電子游戲中三維虛擬世界。此環(huán)境完全

是虛構的，是用戶也可以參與，并與之進行交互的非真實世界。

（3）模仿真實世界中人類不可見的環(huán)境。例如分子的結構，空氣中的速度、壓力的分布等。這種

環(huán)境是真實環(huán)境，客觀存在的，但是受到人類視覺、聽覺器官的限制，不能感應到。

二、虛擬現(xiàn)實技術的特征????Interaction?

1994年，美國科學家G.Burdea和P.Coiffet在《虛擬

3

現(xiàn)實技術》一書中提出，虛擬現(xiàn)實具有三個重要特征：I

沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和構想性

????Immersion?????Imagination?

（Imagination），常被稱為虛擬現(xiàn)實的3I特征，如圖1-1-2

所示。圖1-1-2虛擬現(xiàn)實的3I特征

（1）沉浸感（Immersion）：指用戶感受到被虛擬世界所包圍，好像完全置身于虛擬世界之中一樣。

虛擬現(xiàn)實技術最主要的技術特征是讓用戶覺得自己是計算機系統(tǒng)所創(chuàng)建的虛擬世界中的一部分，使用戶

由觀察者變成參與者，沉浸其中并參與虛擬世界的活動。沉浸性來源于對虛擬世界的感知性，除了常見

的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運動感知、味覺感知、嗅覺感知等。理論上來說，

虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應該具備人在現(xiàn)實世界中具有的所有感知功能，但鑒于目前技術的局限性，在現(xiàn)在的虛擬

現(xiàn)實系統(tǒng)的研究與應用中，較為成熟或相對成熟的主要是視覺沉浸、聽覺沉浸、觸覺沉浸技術，而有關

味覺與嗅覺的感知技術正在研究之中，目前還很不成熟。

（2）交互性（Interaction）：指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度。

交互性的產(chǎn)生，主要借助于虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的特殊硬件設備（如數(shù)據(jù)手套、力反饋裝置等），使用戶能

通過自然的方式，產(chǎn)生同在真實世界中一樣的感覺。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)比較強調(diào)人與虛擬世界之間進行自然

的交互，交互性的另一個方面主要表現(xiàn)了交互的實時性。例如，虛擬模擬駕駛系統(tǒng)。

交互性能的好壞是衡量虛擬系統(tǒng)的一個重要指標。在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中的人機交互是一種近乎自然的

交互，使用者不僅可以利用計算機鍵盤、鼠標進行交互，而且能夠通過特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設

備交互。參與者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內(nèi)容。計算機能夠根據(jù)使用者的

頭、手、眼、語言及身體的運動，來調(diào)整系統(tǒng)呈現(xiàn)的圖像及聲音。參與者通過自身的感官、語言、身體

運動或肢體動作等，就能對虛擬環(huán)境中的對象進行觀察或操作。

（3）構想性（Imagination）：指虛擬的環(huán)境是人想象出來的，同時這種想象體現(xiàn)出設計者相應的思

想，因而可以用來實現(xiàn)一定的目標。所以說虛擬現(xiàn)實技術不僅是一個媒體或一個高級用戶界面，同時它

還是為解決工程、醫(yī)學、軍事等方面的問題而由開發(fā)者設計出來的應用軟件。虛擬現(xiàn)實技術的應用，為

人類認識世界提供了一種全新的方法和手段，可以使人類跨越時間與空間，去經(jīng)歷和體驗世界上早已發(fā)

生或尚未發(fā)生的事件；可以使人類突破生理上的限制，進入宏觀或微觀世界進行研究和探索；也可以模

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虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實項目教程

擬因條件限制等原因而難以實現(xiàn)的事情。

三、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成

一般的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主要由專業(yè)圖形處理計算機、應用軟件系統(tǒng)、輸入設備和演示設備等組成。虛

擬現(xiàn)實技術的特征之一就是人機之間的交互性，為了實現(xiàn)人機之間信息的充分交換，必須設計特殊輸入

工具和演示設備，以識別人的各種輸入命令，且提供相應反饋信息，實現(xiàn)真正的仿真效果。不同的項目

可以根據(jù)實際應用有選擇地使用這些工具，主要包括：頭盔式顯示器，跟蹤器，傳感手套，屏幕式、房

式立體顯示系統(tǒng)，三維立體聲音生成裝置。

1．計算機

在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，計算機起著至關重要的作用，可以稱為虛擬現(xiàn)實世界的心臟。它負責整個虛擬

世界的實時渲染計算，用戶和虛擬世界的實時交互計算等功能。由于計算機生成的虛擬世界具有高度