本书从介绍视力、听力、触觉的机制开始，解释了可穿戴显示器、3D音频系统、触觉/力反馈设备，以及AR与VR技术在娱乐、建筑、建筑和建设、科学和工程、医疗保健和医学、教育和培训、遥控机器人等领域的应用。

我们已经使用过本书里讨论到的很多技术，并为即将到来的更多新技术感到兴奋……让本书成为帮助大家理解和拓宽增强现实与虚拟现实领域的指南，因为AR技术已经如同电视机和互联网一样无处不在……
——　维克多·罗　美国国家航空航天局喷气推进实验室软件系统工程学高级技术主管

AR是下一代个人计算和交互平台，本书把AR从抽象变为具体、从理论变为实操，把AR带到我们每一位相关从业人员身边，充分诠释了AR以人为本、有人文关怀、有温度的科技这一深刻内涵。
——　廖春元　博士，亮风台创始人、董事长兼CEO

AR技术实现了虚拟世界和现实世界的有趣互动，为我们创造了一个亦真亦幻的新天地。本书就是开启这片新天地的“武林秘籍”……它的出版对于推动增强现实技术的研究和实践具有开拓性意义。
——　杨先顺　暨南大学新闻与传播学院党委书记、副院长、教授、博导

增强现实的再度兴起是由近年来软硬件的快速发展决定的，是科技人员几十年努力推动的成果。很幸运我们能够赶上这个时代提供的机会。
——　凌海滨　亮风台联合创始人&首席科学家，美国Temple大学终身教授，IEEE PAMI编委

AR将会前所未有地改变人们的工作环境和生活习惯。本书全面介绍了人机交互的发展方向和AR的主要理论及技术，可以帮助我们进一步了解AR技术。
——　许勇　华南理工大学计算机学院副院长、博导

本书既从概念上也从实证上讲清楚了AR与VR，令读者一读之后，心下了然，亦能触类旁通，将它们应用于自己熟悉的领域与专业。
——　韩磊　广州亮风台信息科技有限公司总经理


作者简介







史蒂夫·奥库斯坦奈斯（Steve Aukstakalnis）
在美国国家科学基金会模拟计算工程研究中心负责虚拟环境和交互式系统项目。曾任华盛顿大学的专家并任教于密西西比州立大学。他之前撰写过两本关于VR和交互式系统的图书，其中《硅的海市蜃楼》（Silicon Mirage）一书以6种语言出版，并被世界各地的学校采纳为教材。他为很多大学、企业及政府机构做过讲座，并开展相关研究工作。

译者简介

杜威
资深程序员、系统架构师、商务顾问。2007年开始从事互联网产品研发，2012年接触增强现实技术，随后加入亮风台投身增强现实领域。致力于利用增强现实技术为各行业提供解决方案。

内容简介

本书由美国国家科学基金会AR/VR技术资深专家亲笔撰写，美国国家航空航天局喷气推进实验室高级技术主管Victor Luo作序推荐，Amzon全五星评价，是一本关于增强现实、虚拟现实系统和可穿戴计算设备在技术、应用及人体因素方面的权威学习指南。
本书首先深入浅出地解释了增强现实和虚拟现实系统，介绍了相关的基本概念。之后深入探讨人类视觉、听觉和触觉的机制，并展示这些感知机制如何直接影响可穿戴显示器、3D音频系统以及触觉/力反馈设备的设计和使用。接下来结合大量应用场景，详细阐述这些技术的现实应用，涵盖游戏、娱乐、大数据可视化、建筑、工程、航空航天、国防、医药和远程机器人等领域。不仅如此，书中还充分考虑了这些系统的人体因素，包括感官和运动神经生理学的限制、单眼和双眼深度线索、造成视觉晕动症和恶心的因素，以及辐辏调节冲突。最后，通过评估新兴出现的AR/VR和可穿戴技术的法律及社会影响，描述下一代系统的蓝图。
全书理论与实践相结合，全面而深入地阐述AR/VR相关基础知识及各种实现技术和应用，并着重阐述前沿的显示器、传感器，以及其他已经商用或即将推出的技术和工具，是AR/VR相关从业人员和学生的必备参考。

尽管增强现实和虚拟现实对公众很有吸引力，但了解这些系统实际上如何运作的人很少。AR和VR技术被视为给游戏和娱乐带来更好体验的酷技术，但除此之外，大家的理解还是比较模糊的。AR和VR最早的一波热潮出现在20世纪90年代初，现在新一代的懂技术的年轻人和专家表现出了与20年前相同的兴趣和迷恋，但几乎没有最新的资料能够清楚地解释这些实现技术，它们要如何利用人类感知系统的优势，除了游戏之外，哪些领域展示了各种现有的以及解决实际问题的应用的多样性。本书的目的就是填补这块空缺。
读者应该意识到，虽然最新一代的核心产品来自天才，但是增强现实和虚拟现实的真正开拓者出现在科学文献、技术短文、会议论文集，以及20世纪80年代和90年代的专利中。像汤姆·弗内斯、马克·博拉斯、史蒂芬R.埃利斯、斯科特·费希尔、沃伦·罗比内特、纳撒尼尔·杜拉赫、伊恩·麦克道尔、弗雷德·布鲁克斯、亨利·福克斯、伊丽莎白·文策尔、斯科特·福斯特、杰伦·拉尼尔和汤姆·德芬蒂，他们在实验室里静静地工作，解决着众多难题，开发着创新的硬件和软件方案，探索着相关的人类感知，为这个领域的再次兴起打下了基础。
而我站在他们的肩膀上。
谁应该读这本书
本书的目的是作为计算机科学、工程、建筑，以及与AR和VR系统一样用到标准计算机可视化技术的其他领域中的本科生和研究生课程的补充读物。
如果你在从事商业、工程、科学领域的工作，本书将给你带来大量的应用场景，这些技术在设计质量、成本控制、高效协作、制造流程以及提高对数据的理解方面都有着深刻的影响。
如果你是一位游戏玩家或者一般的AR/VR爱好者，本书将是理想的读物。书中提供了扎实的感官机制基础知识，以及基本的头戴式显示设备、空间声音、传感器和一系列触觉/力反馈设备的实现技术。
尽管没有其他特定的背景知识要求，但作者假定大家对计算原理和人类生物学有基本的理解。
本书的组织结构
本书深入浅出地解释了增强现实和虚拟现实系统。相比深入讲解各种实现技术，本书首先会介绍视觉、听觉、触觉的机制，分别紧跟其后的是对可穿戴显示器、3D音频系统、触觉/
力反馈设备的解释。目标是帮助读者理解和欣赏我们非凡的感知机制如何直接影响相关实现技术的设计和应用，以及尝试达到的性能范围。
本书分为以下四部分。
第一部分由2章组成，介绍一些基本概念，比如：对增强和沉浸式显示器以及它们的历史的清晰描述、视觉空间和内容的阐述、三维空间中的位置和方向、常用坐标系和一般的导航方法。
第二部分由10章组成，探索视觉、听觉、触觉的机制，以及对图像、音频和触觉显示器的关键实现技术，还有传感器和输入设备的阐述。
第三部分由8章组成，提供案例学习和各式各样的有关增强和虚拟现实技术的现有应用，涉及领域包括：娱乐、建筑和施工、科学和工程、医疗保健和医学、教育和培训、遥控机器人等。
第四部分由3章组成，解释与增强和沉浸式显示器使用相关的关键人体因素问题、法律和社会考虑，以及对未来的关键硬件和软件技术的展望。
以下是对每章的详细描述。
第一部分包括第1章和第2章。
第1章概述增强和沉浸式显示系统，包括光学和视频透视变体，以及它们的历史。
第2章概述了虚拟空间的基本概念，包括与物理空间的相似之处和不同之处，用于定义、描述、组织空间的约定，还有导航的方法。
第二部分包括第3章～第12章。
第3章探索使我们能够从视觉上感知真实和虚拟世界的生理过程，包括视觉通路、空间视觉、单目和立体深度线索的回顾。
第4章探讨目镜、显示方式、成像和显示技术，以及光学架构。
第5章探索市面上众多的单目和双目增强显示器，强调它们的关键功能和设计差异，以及它们最初的用途。
第6章介绍最新一代的商用完全沉浸式的头盔显示器，涵盖了多种类别，从个人计算机和控制台驱动设备到基于现代智能手机的低端系统。
第7章解释我们的耳朵如何将空气分子平均密度中的快速变化转化为我们所感知的声音，大脑如何定位和分离声源，声音的线索如何有助于在虚拟环境中的整体沉浸感。
第8章详述增强和虚拟现实系统中使用的各种类型的音频显示和空间声音解决方案，研究它们的功能差异和每种最有利的应用设置的类型。
第9章探索使我们产生触觉的机制，包括皮肤的解剖、各种机械感受器和本体感受器的功能和能力范围，以及触觉和动觉线索如何补充视觉和音频显示。
第10章探讨一些用来产生触觉和动觉线索的技术与产品解决方案，以及充分发挥触觉力量的挑战。
第11章涵盖各种关键的传感器技术，用于跟踪用户的位置、方向和运动，头盔显示器以及输入设备。
第12章涵盖一些当前新兴的技术解决方案，实现了导航以及虚拟环境和其中的虚拟物体的交互。
第三部分包括第13章～第20章。
第13章挖掘在艺术和娱乐领域的增强和沉浸式系统中的一些独特应用，包括多人第一人称游戏（MFPG）、基于位置的娱乐和电影的虚拟现实。本章还着重强调在该应用领域运用这些新技术所带来的优势和挑战。
第14章通过案例研究阐述各种不同的增强和沉浸式显示器的使用方式，可用于解决设计可视化、通信和项目管理所带来的挑战。
第15章探索这些技术在广泛的不同领域的实际持续应用，比如太空系统、海军建筑、汽车工程、海洋工程和核工程。
第16章介绍增强和沉浸式显示的应用，包括医师培训、创伤后应激障碍（PTSD）和恐惧症的治疗、血管成像、医疗信息等领域，并强调与传统方法相比，这些解决方案的优势和益处。
第17章展示增强和沉浸式显示、空间音频、触觉/力反馈系统充分利用人类感知系统在复杂机器控制中的优势的案例研究，例如喷气飞机训练宇航员并帮助完善技能集，以及战场上士兵的态势感知。
第18章探索增强和沉浸式系统在有形技能培训方面一些已有的、影响重大的应用，帮助学生学习复杂领域的抽象概念，比如建筑学、儿童体验式学习。
第19章展示沉浸式显示在由许多科学研究和业务运作产生的海量数据集中获取数据、可视化以及处理数据的应用。
第20章探讨几个通过先进的可视化和控制技术在远程操作半自主机器人系统的应用例子。
第四部分包括第21章～第23章。
第21章着眼于使用这些先进的可视化工具导致的一些不容忽视的并发症和身体上的副作用，包括视觉诱发的晕动症和视觉辐辏调节冲突。此外，该章还提出可以采取的把影响降到最低的步骤。
第22章探讨由商用增强和沉浸式显示技术的兴起而带来的一些意义深远的法律、社会和伦理问题，包括产品安全、潜在的法院申请书和提交证据、第一人称游戏越来越多的暴力场景和批判现实主义等问题。
第23章探讨这些关键组件技术的下一个重大进展，指出短期和长期的前景，以及这些变化将带来的好处。
此外，本书最后有两个附录。
附录A，包括前面每章括号内的参考书目引用。
附录B，提供一个汇总表，包括几十个视觉显示器、空间音频解决方案、触觉/力反馈设备、位置/方向传感器，以及制造商的网址。还有为定制自己系统的开发者而提供的各种DIY资源列表，以及产品商标列表。
注释 指出有用或有趣的信息和事实。
配套站点
本书的配套站点是 PracticalAR.com 。这个网站将定期更新产品、传感器和应用，以及重要论文和报告的超链接、作者博客等。
致谢
无论是撰写哪种类型的图书，都需要一定的时间、大量的研究和多方面的帮助。那些支持我、鼓励我、鞭策我的朋友，他们在本书出版中扮演着关键的角色。为此，我要向培生集团Addison-Wesley的执行主编劳拉·勒温表达我最深的谢意，是她提供了这次写作机会，并在整个过程中促使我努力保持书稿的高质量和高标准。同样要衷心地感谢编辑和制作团队。邱松林是一位注重细节的策划编辑。编辑助理奥利维亚·基吉奥为本书的出版提供了很多至关重要的支持和帮助。
此外，本书也深受技术审校小组的影响，美国国家航空航天局喷气推进实验室的维克多·罗、Sensics的执行总监尤瓦尔·博格、密歇根大学UM3D实验室的埃里克·马斯罗斯基，以及AMD公司研究员卡尔·威克兰，等等。非常感谢你们提供的见解、建议和修正意见。
致我的朋友和同事们，包括史蒂文“1234”哈里斯、皮特和索尼娅、约翰和史黛西、伯尼和娜奥米，以及我在HCBC的其他朋友，感谢你们的鼓励和支持。
致我的家庭：心存感恩，不忘初心。

计算机\程序设计

我们已经使用过本书里讨论到的很多技术，并为即将到来的更多新技术感到兴奋……让本书成为帮助大家理解和拓宽增强现实与虚拟现实领域的指南，因为AR技术已经如同电视机和互联网一样无处不在……
——维克多•罗，美国国家航空航天局喷气推进实验室软件系统工程学高级技术主管

AR是下一代个人计算和交互平台，本书把AR从抽象变为具体、从理论变为实操，把AR带到我们每一位相关从业人员身边，充分诠释了AR以人为本、有人文关怀、有温度的科技这一深刻内涵。
——廖春元博士，亮风台创始人、董事长兼CEO

AR技术实现了虚拟世界和现实世界的有趣互动，为我们创造了一个亦真亦幻的新天地。本书就是开启这片新天地的“武林秘籍”……它的出版对于推动增强现实技术的研究和实践具有开拓性意义。
——杨先顺，暨南大学新闻与传播学院党委书记、副院长、教授、博导


增强现实的再度兴起是由近年来软硬件的快速发展决定的，是科技人员几十年努力推动的成果。很幸运我们能够赶上这个时代提供的机会。
——凌海滨，亮风台联合创始人&首席科学家，美国Temple大学终身教授，IEEE PAMI编委

AR将会前所未有地改变人们的工作环境和生活习惯。本书全面介绍了人机交互的发展方向和AR的主要理论和技术，可以帮助我们进一步了解AR技术。
——许勇，华南理工大学计算机学院副院长、博导


本书既从概念上也从实证上讲清楚了AR与VR，令读者一读之后，心下了然，亦能触类旁通，将它们应用于自己熟悉的领域与专业。
———韩磊，广州亮风台信息科技有限公司总经理

未来就在眼前，世界触手可及
计算机技术发展至今，每隔数十年人机交互界面就会出现一次重大变革。个人电脑时代，计算机被搬进每个人的家里，鼠标和键盘成为人机交互界面的重大突破。移动互联网时代，计算机被塞进了口袋里。从实体键到触摸屏，从功能机到智能机，人机交互发生了巨大的变化。今天，智能可穿戴设备、增强现实（Augmented Reality，AR）和虚拟现实（Virtual Reality，VR）正冲击着现实和虚拟的界限，人机交互即将迎来新一轮的变革。
增强现实技术首先在广告营销领域得到应用和发展。风靡全球的Pokémon go、腾讯QQ的AR传火炬、支付宝的AR实景红包，掀起了新营销的不小风浪。同时，教育、医疗、工业和旅游等领域的市场需求也在迅速增长。相信不久的将来，增强现实技术将渗透到我们生活中的衣食住行各个方面，成为人工智能时代的“水电煤”。
业界早已有公司把本书的相关材料提炼为市场客户的实施方案或作为课题来分享。在收到机械工业出版社华章分社的邀请之后，我深感有责任尽快把这本书翻译成中文，把精彩的内容分享给同行以及更多对AR感兴趣的朋友。
本书的目的不是深入讲解哪种特定的技术，而是通过介绍“人”和“机器”的关系，从视觉、听觉、触觉的人体机制，到可穿戴显示器、传感器、触觉和力反馈等硬件设备，由浅入深地帮助我们理解人类感知系统在AR/VR应用中发挥的作用。更值得探讨的是，随着增强现实技术的兴起和商业应用而带来的一些意义深远的法律、社会和伦理问题 。真实和虚拟并存的世界会是怎么样？让我们一起去探索吧！
翻译本书的过程中，我得到了机械工业出版社华章分社关敏老师的帮助，在此深表谢意。
最后，特别感谢我的妻子。正因为有了她的支持和帮助，本书才得以在最短的时间内出版，与广大读者见面。
由于水平有限，错误与疏漏之处，请大家不吝指正。任何建议，欢迎发邮件至duwei@outlook.com，或关注微信公众号“实用增强现实”。

杜　威
2017年9月

Foreword?推荐序一
经过历时数月的电气、机械、零重力、水下工作状态及网络系统的鉴定，我们终于向国际空间站发射了两台微软HoloLens混合现实设备。2016年2月20日清晨，我们位于美国国家航空航天局约翰逊航天中心任务控制的团队成功向外太空拨通了第一次全息通话。宇航员斯科特·凯利接通电话并带领我们参观了他过去一年在太空中的家。他把我们的视野带到穹顶，慢慢降低到阳光防护窗，向我们展示地球曲率。似乎这些还不够，斯科特随后又在国际空间站各个模块顶部做了解释，并谈到了它们在科学发现及宇航员生命维持方面的重要性。这一难忘的时刻让我对增强现实和虚拟现实的未来充满了信心。
回到地球，我们在美国国家航空航天局使用类似的技术，将我们的科学家送到火星，为航天器工程师提供可视的CAD设计，并提高工作人员的机器人操作能力。通过提供更好的远距离环境感知，我们将消除操作员和他们所期望的可操控的机器人之间的物理障碍。解决了设计初期的问题，我们可以减少建造成本，从而建造更多的航天器。
多年以前在研究各种硬软件平台时，我们便开始了对AR/VR行业的迷恋。我们已经使用过本书里讨论到的很多技术，并为即将到来的更多新技术感到兴奋。这个平台的研发是独一无二的，我们经常在开发过程中遇到各种无法预见的挑战。让本书成为帮助大家理解和拓宽增强现实与虚拟现实领域的指南，因为AR/VR技术已经如同电视机和互联网一样无处不在。开放思维、重新开始，这样可以避免新用户的一些常见误解。
正如在AR/VR世界中构建应用一样，在美国国家航空航天局建造航天器需要合适的材料和资源。作为一名开发者，让本书成为你必不可少的工具装备索引，确保使用合适的工具处理合适的工作，即使那样意味着根本不使用AR或VR技术。
我们建造的每一个航天器都安装了各种各样的科学仪器。为了最大限度地利用科技和降低风险，我们在航天器装备方面的选择必须非常严格。作为内容创作者，你可以借用本书中的趣闻轶事，为自己的听众挑选合适的故事。
美国国家航空航天局的一个核心使命就是激励下一代的探索者——将人类带到各种小行星、火星，甚至更远地方的宇航员。当人类的第一个代表踏上火星时,我们将虚拟化呈现在现场。我们欢迎他们的到来，并与之一起并肩探索。来吧，让我们共同探寻那些将永远改变现实的重大发现。

——维克多·罗
美国国家航空航天局喷气推进实验室软件系统工程学高级技术主管
于加州理工学院


Foreword?推荐序二
增强现实（AR）和虚拟现实（VR）概念已经出现了几十年，然而 AR/VR 大量出现在科技媒体上吸引各方眼球也就是最近的事情。
AR 中的 R 是真实的 R，相比之下，VR 中的 R 就是个山寨版的。那么 A 这个“增强”的概念就比较广大虚了：笼统地说，凡是能对 R 有附加额外信息的都算A。需要再次强调的是，AR 里面的信息是叠加到真实的场景里，而不是虚拟的场景（即 VR）里的。简而言之，AR和VR的区别是：VR是趋近现实；AR是超越现实。
按照 Ronald Azuma 在 1997年 的总结，增强现实系统一般具有三个主要特征：虚实结合、实时交互和三维配准（又称注册、匹配或对准）。整整20年过去了，AR 已经有了长足的发展，系统实现的重心和难点也在随之变化，但是这三个要素基本上还是 AR 系统中不可或缺的。从真实世界出发，经过数字成像，然后系统通过影像数据和传感器数据一起对三维世界进行感知理解，同时得到对三维交互的理解。三维交互理解的目的是告知系统要 “增强” 的内容。在 AR技术的应用中，对环境和交互的精准理解是目前最重要的瓶颈之一，充满了各种挑战和机会。
增强现实的再度兴起是由近年来软硬件的快速发展决定的，是科技人员几十年努力推动的成果。一方面，很幸运我们能够赶上这个时代提供的机会；另一方面，我们也应该警惕过度乐观，需要脚踏实地地应对每一个挑战，趟过每一个坑。

凌海滨
亮风台联合创始人 & 首席科学家
美国Temple大学终身教授
IEEE PAMI编委



推荐序三?Foreword
自远古时代起，人类就幻想能凭借魔法无中生有，或者自由穿梭于时空。AR和VR技术在感官层面给了人们这种能力和自由。
然而，AR、VR，乃至于MR（混合现实），概念尚未得到普及。在外出交流时，常常需要向听众不厌其烦地解释它们之间的区别。
本书既从概念上也从实证上讲清楚了AR与VR，令读者一读之后，心下了然，亦能触类旁通，将它们应用于自己熟悉的领域与专业。
一切延展人类肢体与感官能力的科技，都涉及人机交互，也涉及更深层次的问题：“以为自己吃到牛排”与“吃到一块真的牛排”之间，到底区别何在呢？本书的人体因素部分阐释了AR/VR作为人机交互技术，在听觉、视觉、触觉、思想等方面与人体的互动关系。窃以为，如果已了解了基本概念，这一部分才是最值得阅读的。

韩　磊
广州亮风台信息科技有限公司总经理

本书赞誉
译 者 序
推荐序一
推荐序二
推荐序三
前　　言
第一部分　增强现实和虚拟现实概述
第1章　计算机产生的世界　2
1.1　什么是增强现实　2
1.1.1　平视显示器　3
1.1.2　头戴式瞄准具和显示器　5
1.1.3　智能眼镜和增强型显示器　5
1.2　什么是虚拟现实　7
1.3　结论　9
第2章　了解虚拟空间　10
2.1　视觉空间的定义和内容　10
2.1.1　视觉和物体空间　11
2.1.2　内容　11
2.2　三维空间中的位置与方向定义　12
2.2.1　位置的定义　13
2.2.2　方向与旋转的定义　14
2.3　导航　15
2.4　结论　16
第二部分 理解人的感官与其输入/输出设备的关系
第3章　视觉的机制　18
3.1　视觉通路　18
3.1.1　进入眼睛　19
3.1.2　映像的形成与探测　22
3.2　空间视觉和深度感知线索　25
3.2.1　非来自于视网膜的信息线索　25
3.2.2　双眼视觉信息线索　27
3.2.3　单眼视觉信息线索　29
3.3　结论　36
第4章 头戴式显示装置的组成技术…　37
4.1　显示装置的基础知识　37
4.1.1　视觉方式　37
4.1.2　显示装置的类型　39
4.1.3　成像和显示技术　39
4.2　相关术语和概念　44
4.2.1　关于光　45
4.2.2　显示装置的性能和特性　45
4.3　视觉结构　47
4.4　结论　52
第5章　增强性显示装置　53
5.1　双眼双通道式增强现实显示装置　53
5.1.1　Epson Moverio BT-300　53
5.1.2　Lumus的DK-50开发套件　55
5.1.3　AtheerAiR眼镜　56
5.1.4　DAQRI智能头盔　58
5.1.5　Osterhout设计集团的R-7智能眼镜　59
5.1.6　NVIS公司的nVisor ST50　61
5.1.7　微软公司的HoloLens　62
5.1.8　索尼的SmartEyeglass SED-E1　63
5.2　单眼式增强现实显示装置　65
5.2.1　Vuzix的M100智能眼镜　65
5.2.2　Vuzix的M300智能眼镜　66
5.2.3　Google Glass　67
5.3　结论　69
第6章　完全沉浸式显示装置　71
6.1　个人电脑-控制台驱动的显示装置　71
6.1.1　Oculus Rift CV1　71
6.1.2　HTC Vive　73
6.1.3　Sony PlayStation VR　75
6.1.4　开放源码虚拟现实开发工具包　76
6.2　基于智能手机的显示装置　78
6.2.1　Google Cardboard　78
6.2.2　三星GearVR　79
6.3　计算机辅助虚拟环境和墙壁式虚拟环境　80
6.4　半球形和球形　83
6.5　结论　84
第7章　听觉的机制　85
7.1　定义声音　85
7.1.1　回声和混响　86
7.1.2　听觉的动态范围　87
7.2　听觉通道　87
7.2.1　外耳　88
7.2.2　中耳　89
7.2.3　内耳　89
7.2.4　从单耳听觉到双耳听觉　92
7.3　声音线索和三维定位　92
7.4　前庭系统　96
7.5　结论　97
第8章　听觉显示装置　98
8.1　传统的音频设备　98
8.1.1　单耳音频　98
8.1.2　立体音频　99
8.1.3　环绕声　101
8.1.4　双耳音频录制　103
8.2　结论　111
第9章　触觉的机制　112
9.1　触觉的科学　112
9.2　皮肤的解剖结构和组成　113
9.2.1　皮肤的层状结构　113
9.2.2　触觉　114
9.2.3　运动感觉　121
9.3　结论　123
第10章　触觉和力反馈装置　124
10.1　触错觉　124
10.2　触觉反馈装置　125
10.2.1　Gloveone　126
10.2.2　TeslaSuit　128
10.2.3　幻触音频和触觉声转导　130
10.2.4　SubPac　130
10.2.5　Woojer　130
10.2.6 Clark Synthesis公司的Full Contact Audio触觉音频转导器　132
10.3　力反馈装置　132
10.3.1　CyberGlove Systems公司的CyberGrasp　133
10.3.2　Geomagic Touch X幻触装置　134
10.4　结论　135
第11章 跟踪位置、方向和运动的感应器　136
11.1　感应器技术简介　136
11.2　光学跟踪器　137
11.2.1　多摄像头光学跟踪器　137
11.2.2　光学感应器　138
11.2.3　微软的Kinect　140
11.3　信标跟踪器　141
11.4　电磁跟踪器　142
11.5　惯性感应器　143
11.5.1　惯性感应器的功能原理　144
11.5.2　集成案例　144
11.6　声学感应器　145
11.7　结论　147
第12章　导航和交互的实现装置　148
12.1　二维和三维交互及导航的对比　148
12.2　手动界面的重要性　149
12.3　手和手势跟踪　150
12.3.1　手套　150
12.3.2　双棒/成对控制器　152
12.4　全身跟踪　154
12.5　游戏和娱乐界面　155
12.6　通过意识导航　156
12.7　结论　157
第三部分　增强和虚拟现实的应用
第13章　游戏与娱乐　160
13.1　虚拟现实与艺术　160
13.2　游戏　161
13.2.1　单人第一人称游戏　161
13.2.2　多人第一人称游戏　162
13.2.3　大型多人第一人称游戏　162
13.2.4　基于位置的娱乐　163
13.3　沉浸式视频/电影虚拟现实　164
13.4　结论　166
第14章　建筑与施工　167
14.1　人造空间　167
14.2　建筑设计：Mangan Group Architects　168
14.3　施工管理　169
14.3.1　Mortenson Construction　170
14.3.2　Nabholz Construction　172
14.4　房地产销售应用　173
14.5　建筑声学　174
14.6　结论　174
第15章　科学与工程　175
15.1　模拟与创新　175
15.2　船舶制造与海洋工程　175
15.2.1 英国皇家海军26型全球战斗舰　176
15.2.2 英国皇家海军机敏级核潜艇　176
15.3　汽车工程　177
15.4　航空航天工程　179
15.5　核工程与制造业　181
15.6　结论　183
第16章　健康与医疗　184
16.1　推动医疗领域发展　184
16.2　培训方面的应用　184
16.2.1 HelpMeSee白内障手术模拟器　185
16.2.2　Simodont牙医培训系统　186
16.3　治疗方面的应用　187
16.3.1　创伤后应激障碍　187
16.3.2　Bravemind 188
16.3.3　恐惧症　189
16.3.4　血管成像　190
16.3.5　医学信息学　191
16.4　结论　194
第17章　航空航天与国防　195
17.1　飞行模拟与训练　195
17.2　任务规划与预演　197
17.2.1　步兵训练系统　198
17.2.2 PARASIM虚拟现实降落伞飞行模拟器　198
17.3　步兵情景意识　200
17.4　高级座舱电子设备　202
17.4.1　军用领域　202
17.4.2　商用航空领域　204
17.4.3　民用领域　205
17.5　太空任务　206
17.6　结论　208
第18章　教育　209
18.1　实践型技能培养　209
18.1.1　VRTEX 360焊接模拟器　209
18.1.2　SimSpray喷漆培训系统　211
18.2　理论、知识习得与概念形成　212
18.2.1　建筑专业教育　212
18.2.2　谷歌Expeditions先锋项目　214
18.3　结论　215
第19章　信息控制与大数据可视化　217
19.1　什么是大数据　217
19.2　大数据分析与人类视野　218
19.2.1　纵向研究数据的可视化　218
19.2.2　跨领域开采的数据可视化　220
19.3　结论　222
第20章　遥控机器人与远程临场技术　223
20.1　遥控机器人与远程临场的定义　223
20.2　太空应用与机器人宇航员Robonaut　223
20.3　海底应用　225
20.4　地面与空中应用　226
20.4.1　DORA灵巧型移动观测自动化系统　227
20.4.2　Transporter3D自助式远程临场系统　227
20.5　结论　228
第四部分　人体、法律和社会因素
第21章　人体因素考量　230
21.1　什么是人体因素　230
21.2　身体副作用　231
21.2.1 虚拟世界与现实世界的对比　231
21.2.2　视觉诱发的晕动症　231
21.3　视觉副作用　235
21.3.1　辐辏-调节冲突　235
21.3.2　潜在影响　237
21.4　结论　237
第22章　法律与社会问题　238
22.1　法律问题　238
22.1.1　潜在产品责任　238
22.1.2 潜在的法庭应用与意义　241
22.1.3　虚拟世界法　242
22.2　道德和伦理问题　243
22.2.1 暴力型第一人称游戏　243
22.2.2　自由言论问题　244
22.3　结论　245
第23章　未来　246
23.1　以广角看未来　246
23.2　短期蓝图　247
23.3　长期展望　247
23.3.1 向增强现实显示器过渡　248
23.3.2　触觉与力反馈设备　249
23.3.3　3D音效　249
23.3.4　软件　249
23.4　结论　250
附录A　参考文献　251
附录B　资源清单　278