虚拟现实技术与艺术
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品牌: 李勋祥
基本信息·出版社：武汉理工大学出版社
·页码：160 页
·出版日期：2007年
·ISBN：7562926247/9787562926245
·条形码：9787562926245
·包装版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
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内容简介《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。
《虚拟现实技术与艺术》可以作为大学生和研究生的教材使用，也可以供科研院所、企业的工程技术人员参考。
目录
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
1.2.1 沉浸式虚拟现实系统
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
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序言从艺术创作的物质形态而言，由于数字化艺术设计借助虚拟的“赛博空间”，以“比特”作为作品的创作、存放或展示的介质，因而，数字化艺术设计是非物质形态的设计，亦称虚拟艺术设计。我们把这种数字化的、非物质形态的艺术称之为“虚拟艺术”。
虚拟艺术(vRART)以数字科技发展和全新传媒技术为基础，全面或部分使用数字手段，将人类科学理性思维和艺术感性思维融合为一体。在创作过程中，其表现形式包括：虚拟仿真及互动装置艺术、网络游戏、电脑动画、数字卡通动漫、计算机图形图像、数字广告传播、数字影视特效、数字摄影以及数字音乐等。广义而言，虚拟艺术不仅包括数字化技术创作的一切艺术作品，还包括利用数字化技术生成的虚拟生物(如虚拟人物或动物明星、演员、虚拟节目主持人，乃至虚拟乐队)个体或群体进行再创作或表演的一切艺术。与“数字艺术”的名称相比，“虚拟艺术”的涵盖面比“数字艺术，更广，它涉及了数字艺术创作、虚拟展演、虚拟社会实践、虚拟美学等众多领域。虚拟艺术除了通常所说的数字艺术范畴，还可以包含一种由虚拟生命或人工生命所承担的艺术创作方式、行为和结果。虚拟艺术设计借助计算机及相关的数字化设备进行艺术设计活动，有别于一般概念上的计算机辅助设计。虚拟艺术设计通过以数字化设备为工具，数字化技术为手段，从而达到数字化展示、应用和评介(审美)的目的。
虚拟艺术设计所涉及的研究对象和内容包括虚拟演员、网络设计、界面设计(软件，界面和硬件界面)、虚拟现实设计、数字媒体设计、数字产品与环境设计、三维数字动画、数字艺术表现设计等等。虚拟艺术设计是计算机科学和艺术学相结合的交叉学科，不过，就其归属而言，虚拟艺术设计是艺术学的分支，它不可避免地要触及技术问题，但虚拟艺术设计始终以艺术作为自己的出发点。这是因为：虚拟艺术设计虽然以计算机为手段，但在题材、技巧、观念等方面却脱胎于传统艺术。与此相应，有关虚拟艺术设计的理论深受传统艺术的影响，不少术语和范畴就是从传统艺术学中借鉴过来的。当虚拟艺术设计形式、作品数量还不是很多，影响还不是很大时，虚拟艺术设计只是艺术学和计算机科学领域的交叉学科之一。随着数字技术的日益普及，虚拟艺术设计完全有可能成为一门较为独立，影响深远的基础学科。
作为虚拟艺术范畴的虚拟现实，无论从技术层面还是艺术层面考察，已经很难把二者完全割裂。就像手心与手背的关系，合则两利，分则两伤。计算机科学与数字技术为虚拟现实设计提供了强壮的肌体，艺术与美学为虚拟现实设计提供了高度可视化的视听觉艺术效果。笔者希望通过虚拟现实技术与艺术的理论和实践过程体现虚拟艺术的设计理念。
虚拟现实技术与艺术包含了两重意思：一为从属关系，把虚拟现实作为虚拟艺术设计的一个分支；二为并列关系，把虚拟现实归属为计算机学科领域，把虚拟艺术设计归属为艺术学科领域。事实上，虚拟艺术设计是一个综合性、跨学科的过程研究，我们把二者统合在一起的本意在于，以虚拟现实或三维仿真领域作为虚拟艺术设计研究的方向；同时，以艺术审美的视角研究虚拟现实技术，作为当今计算机学科研究中的一种新思维，将促使计算机图形学技术更加富于美的合理内核。
本书作者在攻读博士学位和从事博士后研究期间先后承担了一系列科学研究项目和用户委托的应用项目，主要有数码图形艺术的审美特性研究(全国艺术科学“十五”规划国家青年基金项目)、中国水墨画的数码三维仿真(中国博士后科学基金项目)、分布式虚拟设计制造研究及应用(武汉市“十五”重点科技攻关项目)、基于分布式虚拟现实技术的远程互动课堂教学系统研究(湖北省教育科学“十一五”规划项目)、基于分布式交互技术的三维视景行为特征建模方法研究、基于图像与景物几何相结合的微机VR系统研究以及长江三峡导流明渠截流的三维动画仿真设计，在虚拟设计领域取得了一系列研究成果。
本书在撰写过程中，得到了武汉理工大学陈定方教授、李文锋教授、陈汗青教授、方兴教授、华中科技大学熊有伦 院士以及浙江大学孙守迁教授等诸位师长的大力支持；饶成、王乐、孙亮、李安定、董浩明、周慎等诸位学友提供了众多 建议和帮助；此外，达索系统公司(Dassault systemes)也提供了许多技术支持。在此，一并致以深深的谢意!
由干时间仓促，水平有限，如有疏漏和不足之处，敬请诸位同行批评指正。
文摘插图：
