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本书是在长期的本科和研究生教学实践、科学研究以及参考国内外大量相关资料、书籍的基础上编写的。内容以虚拟现实基本理论和技术为基础,重点突出虚拟现实理论的应用实践,注重虚拟现实技术与军事应用相结合,具有较强的综合性。全书共分为10章,可分为4个部分。第一部分为第1章概述,介绍了虚拟现实技术的基本概念、组成、起源和发展历史以及军事应用。第二部分为第2章和第3章,介绍了虚拟现实系统中的新型人机接口设备,其中第2章介绍了数字化输入设备,如三维跟踪设备、三维扫描仪、触觉与力反馈设备等;第3章重点介绍视觉设备,如立体显示系统、数字头盔和立体眼镜等。第三部分是第4章至第8章,重点介绍虚拟环境生成方法,其中第4章介绍纹理映射技术,以提高虚拟环境的逼真度;第5章介绍多分辨率模型的生成,以提高虚拟环境渲染的实时性;第6章介绍大规模战场环境的建立,介绍了数字沙盘的生成方法;第7章讲述作战仿真实体在虚拟环境中的动态控制;第8章讲述了虚拟海洋场景的实现。第四部分为实践部分,介绍了基于开源代码OpenSceneGraph (OSG)的虚拟现实系统的实现,其中第9章讲述了OpenSceneGraph、 第10章讲述了基于OpenSceneGraph的OSGEarth的API接口及用法。本书可作为军事运筹学、军事仿真技术、指挥信息系统等专业的本科生及研究生的参考教材,也可作为相关科研人员参考书目。
目录:
第1章绪论
1.1虚拟现实的基本概念
1.1.1虚拟现实定义
1.1.2虚拟现实特点
1.1.3虚拟现实特征
1.1.4虚拟现实研究内容
1.2虚拟现实系统的组成
1.2.1虚拟环境产生设备
1.2.2人与虚拟环境之间的人机交互设备
1.3虚拟现实的起源与发展
1.3.1虚拟现实的起源
1.3.2虚拟现实的发展
1.4军事领域应用
1.4.1虚拟战场环境
1.4.2进行单兵模拟训练
1.4.3进行指挥员训练
1.4.4近战战术训练
1.4.5实施诸军兵种联合演习
1.4.6武器装备的预先研究
1.4.7三维数字沙盘
1.4.8在防灾减灾工程中的应用
第2章新型人机接口设备
2.1虚拟现实系统中人机接口系统的构成
2.2三维定位跟踪设备
2.2.1电磁跟踪设备
2.2.2声学跟踪设备
2.2.3光学跟踪设备
2.2.4机械跟踪设备
2.2.5惯性跟踪设备
2.2.6综合跟踪设备
2.2.7跟踪设备的性能指标
2.3数字化输入设备
2.3.1数据手套
2.3.2浮动鼠标器
2.3.3力矩球
2.3.4数据衣
2.4触觉与力觉反馈
2.4.1触觉装置
2.4.2力反馈设备
2.4.3液压舱
2.5三维扫描仪
2.5.1机械扫描仪
2.5.2激光扫描仪
2.5.3图像扫描仪
2.6虚拟现实的音频系统
第3章立体显示
3.1立体成像原理
3.2计算机立体图像
3.3立体显示方法
3.3.1分色法
3.3.2分时法
3.3.3分光法
3.3.4光栅法
3.3.5自由立体显示技术
3.4典型立体显示系统
3.4.1头盔显示器
3.4.2Stereo Monitor
3.4.3ImmersaDesk
3.4.4手持式显示器(BOOM)
3.4.5洞穴式虚拟环境(CAVE)
3.4.6PowerWal
第4章纹理映射
4.1纹理的定义
4.1.1离散法定义
4.1.2连续函数法定义
4.1.3参数法定义
4.2二维纹理映射
4.2.1纹理坐标值的确定
4.2.2两步法纹理映射
4.2.3几何纹理映射
4.3环境映射
4.3.1立方体环境映射
4.3.2球面环境映射
4.4mip-map纹理映射
4.4.1mip-map纹理映射技术
4.4.2mip-map纹理映射算法实现
4.4.3clip-map纹理
第5章多分辨率模型
5.1LOD概述
5.1.1LOD的基本思想
5.1.2LOD分类
5.2误差测度
5.2.1几何距离误差
5.2.2曲率
5.2.3屏幕误差
5.2.4属性误差
5.3视点相关计算
5.3.1视区内外判断
5.3.2表面方向判断
5.3.3对象屏幕投影判断
5.4典型的LOD模型生成算法
5.4.1近平面合并法
5.4.2几何元素(顶点/边/面)删除法
5.4.3重新划分算法
5.4.4聚类算法
5.4.5小波分解算法
第6章大规模战场地形建立
6.1概述
6.2地形分割
6.2.1网格构网方式
6.2.2四叉树结构
6.2.3二叉树结构
6.3误差度量
6.3.1基于视点距离的误差度量
6.3.2基于几何空间误差的度量方式
6.3.3基于屏幕投影误差的度量方式
6.4基于硬件细分的LOD地形算法
6.4.1硬件构网的地形渲染算法
6.4.2分块四叉树组织结构
6.4.3活动节点的判定与视锥体裁剪
6.4.4细分队列的生成与更新
6.4.5基于连续视点距离的地形块细分
6.4.6Patch地形块间的无缝细分
6.4.7细分计算着色器中的置换贴图
第7章仿真实体模型的动态控制
7.1碰撞检测技术
7.1.1碰撞检测技术基本原理
7.1.2轴向包围盒的碰撞检测
7.1.3包围球的碰撞检测
7.1.4方向包围盒检测算法
7.1.5离散方向多面体检测法
7.2地形匹配
7.2.1点匹配
7.2.2线匹配算法
7.2.3面匹配算法
7.2.4四点匹配算法
7.2.5六点匹配算法
7.2.6其他使用约束的三点匹配算法
7.3地形匹配投影点的查找
7.3.1RSG中点的查找
7.3.2TIN中点的查找
7.3.3投影点高程的计算
7.3.4点的查找优化
7.3.5参考点计算
7.3.6姿态与突变控制
第8章海面建模绘制技术
8.1波浪建模绘制技术
8.1.1波浪的基础概念
8.1.2波浪建模方法
8.1.3折射和绕射仿真
8.2岛礁近岸海浪仿真
8.2.1岛礁近岸波浪建模
8.2.2波浪的卷曲和破碎
8.3波浪的折射和绕射
8.3.1阻障和遮挡作用
8.3.2岛礁背浪侧绕射
8.4波浪的绘制
8.4.1折射和绕射绘制
8.4.2层次细节模型建立
第9章基于OSG的仿真系统
9.1OSG简介
9.1.1OSG概述
9.1.2OSG体系结构(图9.1)
9.1.3OSG资源
9.2基本场景构建
9.2.1Hello World
9.2.2场景中模型处理
9.2.3模型几何变换
9.2.4模型的拾取
9.2.5几何体创建
9.2.6文字显示
9.2.7公告牌技术
9.2.8LOD
9.3真实感
9.3.1纹理与映射
9.3.2光照
9.3.3阴影
9.4人机交互
9.4.1交互过程
9.4.2使用键盘
9.4.3鼠标
9.4.4漫游
9.4.5视线碰撞检测
9.5粒子系统
9.5.1粒子系统简介
9.5.2预定义的特效
9.5.3自定义的特效
9.6动画
9.6.1节点更新与事件回调
9.6.2简单动画
9.6.3显示模型自带的动画
9.6.4控制开关和自由度
第10章基于osgEarth的地理环境仿真
10.1osgEarth介绍
10.2建立地图Map
10.2.1配置文件中进行加载
10.2.2非配置文件加载
10.3经纬度及高程信息显示
10.3.1求经纬度坐标
10.3.2求高程数据
10.3.3求精确高程数据
10.3.4经纬度信息显示实例
10.4实体模型加载
10.4.1运行时加载模型(图10.5)
10.4.2配置文件中加载
10.5注记
10.5.1PlaceNode
10.5.2LabelNode
10.5.3画线
10.5.4画圆
10.5.5绘制椭圆
10.5.6绘制多边形
10.5.7绘制矩形
10.5.8绘制图标
10.5.9绘制挤出多边形
10.6矢量数据加载
10.6.1运行时加载
10.6.2配置文件中加载
10.7一个完整的数字城市程序分析
参考文献