本书系统全面地介绍了计算机前沿科技虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，详细地介绍了Blender 3D建模设计、VRX3D虚拟现实开发技术、Unity虚拟集成开发环境以及元宇宙等相关知识。本书共10章，主要包括虚拟现实技术、增强现实技术、智能可穿戴交互技术、大众化虚拟现实硬件设备、虚拟现实技术应用、Blender虚拟仿真开发平台、VRX3D虚拟/增强现实开发平台、Unity虚拟/增强现实开发平台、Python虚拟现实人工智能技术以及元宇宙。
本书是虚拟现实领域前沿的概论性教科书，是集计算机虚拟现实技术、增强现实技术、智能可穿戴技术、VRX3D虚拟/增强现实开发平台、Blender虚拟仿真开发平台、Unity虚拟仿真开发与设计及元宇宙相关理论知识等内容于一身的实用性教科书。本书内容丰富，深入浅出，思路清晰，结构合理，实用性强。本书配有丰富的虚拟现实技术设计实例并提供了大量的实验文件和源代码，帮助读者更加轻松地掌握本书的技术内容。
本书可作为高等院校多媒体技术、数字媒体技术、计算机应用等专业虚拟现实技术课程的教材或教学参考书，也可供从事虚拟现实技术研究、开发和应用的从业人员及虚拟现实爱好者学习参考。
本书详细介绍了前沿科技虚拟现实技术，同时介绍了增强现实技术、智能可穿戴技术、X3D虚拟/增强现实开发平台、Blender虚拟仿真开发平台、Unity虚拟仿真开发以及元宇宙等相关知识。
党的二十大报告提出，实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑。深入实施人才强国战略。培养造就大批德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展大计。随着信息技术和计算机技术的飞速发展，新型的计算机应用技术已经逐渐在社会生活的各个领域得到充分的发展和应用。2018年，发布的《普通高等学校高等职业教育（专科）专业目录》增补了3个专业，分别是水净化与安全技术专业、储能材料技术专业和虚拟现实应用技术专业。其中，虚拟现实应用技术专业大类为电子信息大类，专业类为计算机类。2020年2月21日，《关于公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》（教高函〔2020〕2号），公布2019年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的新增审批本科专业名单有新专业虚拟现实技术专业。
虚拟现实技术作为新型计算机应用技术，其出现的时间虽然不长，但是在工业、农业、商业、教育、医疗、娱乐、军事等诸多领域有着十分广泛的应用。随着计算机软硬件和互联网 的迅猛发展，以及人机交互设备的不断更新换代，虚拟现实应用技术已渐渐地走入人们的生活。
本书主要介绍虚拟现实技术的主要技术特点和交互体验方式以及基本的开发设计平台，内容包括虚拟现实技术、增强现实技术、智能可穿戴交互技术、大众化虚拟现实硬件设备、虚拟现实技术应用、Blender虚拟仿真开发平台、VRX3D虚拟/增强现实开发平台、Unity虚拟/增强现实开发平台、Python虚拟现实人工智能技术以及元宇宙。本书生动形象地把一门新兴却复杂的课程，用简单清晰的方式呈现在读者面前，帮助读者更容易地掌握虚拟现实技术的相关内容。
本书还介绍虚拟现实技术如何利用计算机系统、多种虚拟现实专用设备和软件构造一种虚拟环境，用于实现用户与虚拟环境直接进行自然交互和沟通。阐述作为计算机领域前沿科技的增强现实技术，如何利用宽带网络、多媒体、游戏设计、虚拟人设计、信息地理等与人工智能技术相融合；以及可穿戴式智能设备技术如何应用于日常穿戴的智能化设计及其开发，例如智能眼镜、手套、手表、手环以及服饰等。重点介绍VRX3D的互联网三维立体图形国际通用软件标准，整合并实现基于网络传播的动态交互三维立体效果。其中的VRX3D Blender虚拟仿真开发平台，可以使Blender虚拟仿真开发平台与VRX3D虚拟/增强现实交互技术无缝对接，把Blender 3D模型、材质、纹理等功能导入VRX3D虚拟/增强交互场景中，极大提高VRX3D虚拟/增强交互技术项目开发的效率，从而实现VRX3D虚拟/增强现实开发平台的构建。而Unity Blender虚拟/增强现实开发设计平台，可以使Unity虚拟/增强现实交互技术与Blender虚拟仿真开发平台无缝对接，把Blender 3D模型、材质、纹理等功能直接导入Unity虚拟/增强现实交互场景中直接使用，减少调整时间，避免二次开发，极大提高Unity虚拟/增强现实交互技术项目开发的效率。
本书最后介绍了虚拟现实技术应用的热门领域元宇宙，重点介绍了元宇宙的诞生、元宇宙的发展历程、元宇宙的理论架构、元宇宙的实现、元宇宙的国内外发展现状、元宇宙的产生生态、工业元宇宙、元宇宙发展的风险方面的内容。
本书的内容和思路可以帮助激发读者在编程以及技术应用过程中的逻辑思维和开发能力，不仅为以后开发大型应用程序打下良好的基础，也教会读者使用计算机前沿科技的虚拟现实技术和虚拟现实开发工具，利用软件工程的思想进行开发、设计、编程、调试和运行。通过虚拟现实语言生动、鲜活的软件项目开发实例，由浅入深、循序渐进地提高读者学习和编程的能力，从而能够真正体会软件开发的真实效果和实际意义，获得无穷乐趣。
本书还提供了丰富的教学资源供教师教学和学生练习使用，以本书内容为基础的教学课件发布在清华大学出版社官网；部分案例的实验文件和源代码，读者也可以通过官网下载。
由于作者水平有限，书中难免出现疏漏，恳请广大读者对本书的不足之处予以指正。
作者2024年2月
第1章虚拟现实技术1
1.1虚拟现实技术概况1
1.2虚拟现实技术分类2
1.2.1桌面式虚拟现实系统4
1.2.2沉浸式虚拟现实系统4
1.2.3分布式虚拟现实系统6
1.2.4增强现实虚拟现实系统7
1.2.5纯软件虚拟现实系统7
1.2.6可穿戴虚拟现实系统8
1.3虚拟现实动态交互感知设备8
1.3.1三维立体眼镜9
1.3.2数据手套9
1.3.3头盔显示器10
1.3.4三维空间跟踪球10
1.3.5三维空间跟踪定位器11
1.3.6力反馈器11
1.3.7三维模型数字化仪12
1.3.8三维立体显示器12
1.4虚拟现实技术发展现状13
第2章增强现实技术17
2.1增强现实技术简介17
2.2增强现实技术原理18
2.2.1增强现实技术基本特征18
2.2.2增强现实技术构成19
2.2.3增强现实技术实现原理19
2.2.4基于穿透式头盔显示器增强现实系统192.3增强现实硬件设备20
2.3.1谷歌眼镜20
2.3.2微软全息影像头盔21
2.3.3增强现实滑雪护目眼镜22
2.4VR/AR全景摄像机设备23
2.4.1GoPro23
2.4.2三星3603D全景虚拟现实相机24
2.4.3诺基亚虚拟现实球形摄影相机24
第3章智能可穿戴交互技术25
3.1智能可穿戴技术简介25
3.2智能可穿戴设备的发展历程26
3.2.1智能可穿戴设备的早期发展26
3.2.2智能可穿戴设备的发展现状27
3.2.3智能可穿戴设备的未来发展28
3.3智能可穿戴交互设备分类29
3.3.1智能可穿戴内置设备30
3.3.2智能可穿戴外置设备30
3.3.3智能可穿戴外置机械设备31
3.4智能可穿戴设备技术31
3.4.1骨传导交互技术31
3.4.2眼动跟踪交互技术32
3.4.3AR/MR交互技术32
3.4.4语音交互技术32
第4章大众化虚拟现实硬件设备33
4.13D眼镜33
4.1.13D眼镜原理33
4.1.23D眼镜实现34
4.23D头盔36
4.2.13D头盔原理36
4.2.23D头盔实现36
4.39D虚拟现实体验馆38
4.3.19D虚拟现实体验馆架构39
4.3.29D虚拟现实体验馆实现39
第5章虚拟现实技术应用40
5.1航空航天与军事领域40
5.1.1在航空航天领域的应用40
5.1.2在军事领域的应用41
5.2工业仿真设计领域41
5.3地理信息与城市规划领域42
5.3.1在地理信息领域的应用42
5.3.2在城市规划领域的应用43
5.4医学领域44
5.5旅游与考古领域45
5.5.1在旅游领域的应用45
5.5.2在考古领域的应用46
5.6教育与电子商务领域46
5.6.1在教育领域的应用46
5.6.2在电子商务领域的应用48
5.7游戏设计领域48
第6章Blender虚拟仿真开发平台50
6.1常见的三维建模软件50
6.1.13ds Max50
6.1.2Maya54
6.1.33ds Max与Maya比较57
6.2Blender简介57
6.2.1Blender功能特点58
6.2.2Blender界面简介58
6.3Blender 3D几何建模技术59
6.3.1基本物体造型59
6.3.23D物体基本操作60
6.3.3基本几何模型设计61
6.4Blender 3D网格建模设计62
6.4.1网格物体建模63
6.4.2选择网格物体65
6.4.3顶点工具菜单68
6.4.4边线工具菜单71
6.4.5面工具菜单77
6.5Blender 3D虚拟仿真案例82
第7章VRX3D虚拟/增强现实开发平台85
7.1VRX3D语法概述86
7.1.1VRX3D语法格式87
7.1.2VRX3D场景结构93
7.1.3VRX3D文件注释93
7.2VRX3D基础建模语法剖析94
7.2.1VRX3D基础节点95
7.2.2VRX3D文本节点96
7.3VRX3D基础建模开发97
7.3.1VRX3D几何建模设计97
7.3.2VRX3D材质纹理建模100
7.4VRX3D基础开发与设计综合案例102
第8章Unity虚拟/增强现实开发平台115
8.1Unity虚拟仿真引擎简介116
8.1.1标题栏116
8.1.2菜单栏116
8.1.3工具栏121
8.1.4场景设计面板122
8.1.5游戏视图123
8.1.6项目浏览器视图124
8.1.7层级面板视图125
8.1.8检视面板126
8.2Unity虚拟仿真引擎开发与设计126
8.2.1地形引擎126
8.2.2创建地形127
8.2.3编辑地形128
8.2.4地形纹理绘制129
8.3Unity虚拟仿真引擎设计案例130
第9章Python 虚拟现实人工智能技术134
9.1Python 人工智能技术134
9.1.1Python 人工智能技术简介134
9.1.2Python开发环境安装与设置136
9.1.3PyCharm 集成开发环境安装142
9.2VRBlenderPython开发环境149
9.2.1VRBlenderPython 软件包安装与汉化149
9.2.2VRBlenderPython 环境构建149
9.2.3Python控制台编辑设计152
9.2.4Blender脚本156
9.3Python语法156
9.3.1Python基础语法156
9.3.2Python 基本数据类型158
9.3.3Python 运算符173
9.3.4Python 日期和时间函数178
9.4Python 控制流程179
9.4.1Python条件语句179
9.4.2Python循环语句181
9.5VRBlenderPython脚本3D模型设计案例189
第10章元宇宙193
10.1元宇宙的诞生193
10.2元宇宙发展历程196
10.2.1元宇宙萌芽期196
10.2.2元宇宙准备期196
10.2.3元宇宙蓄势待发期197
10.2.4元宇宙爆发式增长期198
10.3元宇宙理论架构200
10.4元宇宙实现203
10.5元宇宙国内外发展现状206
10.6元宇宙产业生态214
10.7工业元宇宙216
10.8元宇宙发展的风险221
参考文献223附录AASCII码字符集全表224
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