虚拟现实：接口 应用与设计（原书第2版）

本书将虚拟现实（VR）视为一种媒介，更多聚焦于内容而非技术层面，讨论如何实现虚拟现实以及如何创建成功的虚拟现实应用。书中首先介绍相关术语和背景知识；然后重点讨论界面（接口）技术，包括交互技术、内容选择和表示问题，并新增一章讨论人类用户在虚拟现实体验中扮演的重要角色；之后讨论虚拟现实的总体设计，涉及虚拟现实体验的分类以及我们可以从过去的设计中学到的经验；后对虚拟现实系统和应用的未来进行展望。本书适合所有对虚拟现实应用及实现感兴趣的读者，包括相关产品设计人员、技术开发人员和市场营销人员等，也适合高等院校相关专业的学生阅读参考。

译者序

序　　言

前　　言

作者简介

部分　什么是虚拟现实

第1章　虚拟现实概述 3

1.1　定义虚拟现实 4

1.2　虚拟现实体验的5个关键要素 4

1.2.1　关键要素1和2：参与者和创作者 5

1.2.2　关键要素3：虚拟世界 5

1.2.3　关键要素4：沉浸感 6

1.2.4　关键要素5：交互性 8

1.2.5　综合5个关键要素 11

1.2.6　虚拟现实范式 12

1.3　虚拟现实、远程呈现、增强现实和赛博空间 14

1.3.1　人工现实 14

1.3.2　虚拟 15

1.3.3　虚拟世界和虚拟环境 15

1.3.4　赛博空间 16

1.3.5　增强现实 16

1.3.6　远程呈现 18

1.4　虚拟现实的历史：虚拟现实技术从何而来 20

1.5　本章小结 40

第2章　作为媒介的虚拟现实 42

2.1　通过媒介交流 42

2.2　媒介的内容：虚拟世界 43

2.3　沟通：思想的传递 45

2.4　人类传播媒介的共性问题 50

2.4.1　虚拟世界的界面 50

2.4.2　语言 52

2.4.3　作者关系（与创作者关系） 56

2.4.4　虚拟现实有什么特别之处 57

2.5　虚拟现实媒介的研究 57

2.5.1　叙事：无动机与交互 57

2.5.2　形式和流派 61

2.5.3　体验与信息 62

2.5.4　虚拟现实：吸引力媒介之一 65

2.5.5　捕捉虚拟现实体验 66

2.6　本章小结 71

第二部分　虚拟现实系统

第3章　人类参与者 77

3.1　将人与模拟连接起来 78

3.1.1　人机界面 79

3.1.2　可供性 79

3.1.3　虚拟现实中的可供性 81

3.2　人类感知系统 83

3.2.1　感觉：感知的生理方面 84

3.2.2　视觉感知 91

3.2.3　听觉感知 101

3.2.4　触觉感知 105

3.2.5　前庭感知 109

3.2.6　嗅觉感知 111

3.2.7　味觉感知 112

3.2.8　跨感官效应和虚拟现实 112

3.3　临场感和具身化：虚拟世界中的自我感知 114

3.3.1　临场感的概念 114

3.3.2　临场感的决定因素和反应 118

3.3.3　测量临场感 122

3.3.4　具身化 123

3.3.5　增加虚拟世界的“真实性” 127

3.3.6　破坏临场感：让世界变得不那么真实的因素 130

3.4　本章小结 131

第4章　输入：连接参与者与虚拟世界 132

4.1　输入技术 133

4.1.1　主动与被动输入 134

4.1.2　连续与离散输入 134

4.1.3　带宽：信息的数量/类型 136

4.1.4　与相对输入（参考系） 137

4.1.5　物理与虚拟输入 139

4.1.6　输入分类 139

4.1.7　位置跟踪技术 144

4.2　在虚拟现实系统中使用输入 158

4.2.1　跟踪身体位置 158

4.2.2　物理输入设备 164

4.2.3　身体姿势和手势识别 175

4.2.4　语音识别（音频输入） 177

4.3　本章小结 180

第5章　输出：连接虚拟世界与参与者 181

5.1　视觉显示 182

5.1.1　视觉显示的属性 182

5.1.2　视觉显示范式 210

5.1.3　非封闭（透视）头戴式显示器 229

5.1.4　智能手机虚拟现实头戴式显示器 234

5.1.5　头戴式投影显示器 237

5.1.6　手持式虚拟现实 239

5.1.7　视觉显示小结 242

5.2　听觉显示 243

5.2.1　听觉显示的属性 243

5.2.2　听觉显示范式 249

5.3　触觉显示 252

5.3.1　触觉显示的属性 254

5.3.2　触觉显示范式 259

5.3.3　触觉显示器 259

5.3.4　末端执行器显示器 264

5.3.5　机器人形显示器 269

5.3.6　被动触觉显示 272

5.3.7　混合显示器 273

5.3.8　3D硬拷贝 273

5.3.9　触觉显示小结 274

5.4　前庭和其他感官显示 275

5.4.1　前庭显示 276

5.4.2　嗅觉、味觉和其他感官 280

5.5　本章小结 281

第6章　虚拟世界的表示 282

6.1　虚拟世界的表示问题 283

6.1.1　逼真性 286

6.1.2　人类的理解能力 291

6.1.3　选择一个映射 296

6.1.4　定量和定性表示 299

6.1.5　与VR相关的表示问题 303

6.2　VR中的视觉表示 305

6.2.1　如何在VR体验中使用视觉 305

6.2.2　融入现实世界 308

6.3　VR中的听觉表示 309

6.3.1　声音的特性 309

6.3.2　如何在VR体验中使用声音 310

6.4　VR中的触觉表示 314

6.4.1　触觉的特点 314

6.4.2　如何在VR体验中使用触觉 315

6.5　其他感官表示 319

6.5.1　前庭表示 319

6.5.2　嗅觉和味觉表示 320

6.6　表示小结 320

6.7　渲染系统 321

6.8　视觉渲染系统 325

6.8.1　视觉渲染的方法 325

6.8.2　渲染复合视觉场景 330

6.8.3　视觉渲染延迟 340

6.8.4　视觉渲染过程 345

6.9　听觉渲染系统 350

6.9.1　声音渲染方法 351

6.9.2　渲染复合声音 356

6.9.3　声音渲染过程 361

6.10　触觉渲染系统 368

6.10.1　触觉渲染方法 368

6.10.2　使用力显示渲染复杂的触觉场景 375

6.10.3　触觉渲染过程 376

6.11　其他感官的渲染 381

6.11.1　渲染前庭感知 381

6.11.2　渲染嗅觉和味觉 381

6.12　本章小结 382

第7章　与虚拟世界交互 383

7.1　交互设计基础知识 384

7.2　用户界面的隐喻 387

7.3　操作虚拟世界 389

7.3.1　操作方法 389

7.3.2　操作属性 394

7.3.3　选择 408

7.3.4　操作形式 422

7.3.5　操作小结 427

7.4　在虚拟世界中导航 427

7.4.1　寻路 428

7.4.2　旅行 436

7.4.3　导航小结 450

7.5　与他人交互 452

7.5.1　共享体验 453

7.5.2　协作交互 457

7.6　与虚拟现实系统交互（元命令） 465

7.7　本章小结 466

第三部分　应用虚拟现实

第8章　将虚拟世界带入生活 471

8.1　沉浸感 471

8.1.1　物理/感官沉浸感 471

8.1.2　精神沉浸感 472

8.1.3　现实主义在沉浸中的作用 473

8.2　提供环境 480

8.2.1　视角 480

8.2.2　场地 482

8.3　虚拟世界 487

8.3.1　虚拟世界的实体 487

8.3.2　对象建模与虚拟世界布局 490

8.3.3　现实世界作为虚拟世界的一部分 493

8.4　虚拟世界规则：物理学 502

8.4.1　虚拟世界物理学的类型 503

8.4.2　虚拟世界物理学的范围 506

8.4.3　模拟/数学模型 507

8.4.4　对象相互作用 507

8.4.5　虚拟世界的持续性 508

8.4.6　现实世界和虚拟世界的物理不一致 509

8.5　呈现虚拟现实体验的软件 510

8.5.1　虚拟现实软件集成 511

8.5.2　游戏引擎 513

8.5.3　网页传送虚拟现实 514

8.6　体验创建过程 514

8.7　本章小结 516

第9章　体验概念与设计：应用虚拟现实解决问题 518

9.1　虚拟现实能实现你的目标吗 518

9.2　构思新的虚拟现实应用程序 522

9.2.1　从其他媒介改编 522

9.2.2　从现有的虚拟现实体验汲取灵感或改编 526

9.2.3　从头开始创造新的虚拟现实体验 527

9.3　丰富的应用领域 527

9.4　虚拟现实体验范例 537

9.5　设计虚拟现实体验 542

9.5.1　设计要谨慎 542

9.5.2　原型 543

9.5.3　设计要考虑系统 543

9.5.4　设计要考虑场地 544

9.5.5　设计要考虑受众 545

9.5.6　设计要吸引受众 547

9.5.7　考虑社交交互 547

9.5.8　考虑设计权衡 548

9.5.9　设计用户目标 549

9.5.10　设计体验的结束 549

9.5.11　用户测试 552

9.5.12　文档、部署和评估体验 552

9.6　虚拟现实设计的过去与未来 553

9.7　本章小结 554

第10章　虚拟现实：过去，现在，未来 556

10.1　虚拟现实的现状 556

10.1.1　技术萌芽期 557

10.1.2　期望膨胀期 558

10.1.3　幻灭期 558

10.1.4　复苏期 558

10.1.5　成熟期 559

10.2　虚拟现实的成熟 560

10.2.1　实验室中的虚拟现实 560

10.2.2　课堂中的虚拟现实 562

10.2.3　过渡：大众用户的吸引力媒介 563

10.3　虚拟现实的趋势 564

10.3.1　增强现实的应用增加 565

10.3.2　更少的累赘 567

10.3.3　更高的感官保真度 568

10.3.4　软件可用性 569

10.3.5　新驱动/颠覆性技术 570

10.4　对技术的回顾与预测 571

10.4.1　显示技术 572

10.4.2　输入技术 576

10.4.3　软件 579

10.4.4　应用程序软件的未来 582

10.5　本章小结：未来已来 583

参考文献一