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虛擬現(xiàn)實(shí):接口 應(yīng)用與設(shè)計(jì)(原書(shū)第2版)
本書(shū)將虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)視為一種媒介,更多聚焦于內(nèi)容而非技術(shù)層面,討論如何實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)以及如何創(chuàng)建成功的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。書(shū)中首先介紹相關(guān)術(shù)語(yǔ)和背景知識(shí);然后重點(diǎn)討論界面(接口)技術(shù),包括交互技術(shù)、內(nèi)容選擇和表示問(wèn)題,并新增一章討論人類(lèi)用戶(hù)在虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中扮演的重要角色;之后討論虛擬現(xiàn)實(shí)的總體設(shè)計(jì),涉及虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的分類(lèi)以及我們可以從過(guò)去的設(shè)計(jì)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn);后對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和應(yīng)用的未來(lái)進(jìn)行展望。本書(shū)適合所有對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)感興趣的讀者,包括相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員、技術(shù)開(kāi)發(fā)人員和市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)人員等,也適合高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生閱讀參考。
第2版簡(jiǎn)介
本書(shū)第2版已經(jīng)醞釀了很長(zhǎng)一段時(shí)間(碰巧的是,它在Ivan Sutherland的臺(tái)頭戴式顯示器(HMD)問(wèn)世50周年之際出版)。在第1版中,考慮到用于創(chuàng)建沉浸式體驗(yàn)的技術(shù)將不斷發(fā)展,當(dāng)時(shí)的目標(biāo)是盡可能以一種與時(shí)代或技術(shù)無(wú)關(guān)的方式來(lái)討論主題。我們認(rèn)為第1版在這方面是比較成功的。 本書(shū)第1版的后一行是:“我們(早期VR開(kāi)發(fā)人員)現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的就是未來(lái)。我們需要為建立在當(dāng)下工作基礎(chǔ)上的未來(lái)做好準(zhǔn)備!边@基本上是正確的,現(xiàn)在我們正乘著更大的浪潮—甚至是無(wú)法控制的浪潮,但我們?nèi)匀豢梢灾敢粭l道路,并做出自己的貢獻(xiàn)。 第1版關(guān)于“未來(lái)”的一章(第9章)中所預(yù)期的大部分內(nèi)容已經(jīng)快速成為現(xiàn)實(shí),甚至比我們?cè)?年前開(kāi)始修訂本書(shū)時(shí)想象的還要快。我們沒(méi)有預(yù)料到智能手機(jī)和平板電腦會(huì)有如此迅速的發(fā)展,尤其是它們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的貢獻(xiàn)。我們沒(méi)想到出現(xiàn)了一種全新的位置跟蹤方法,事實(shí)上出現(xiàn)了兩種新技術(shù):Vive Lighthouse跟蹤系統(tǒng)和SLAM內(nèi)部/外部跟蹤方法。這些技術(shù)通過(guò)掃描周?chē)澜,檢測(cè)出相對(duì)于已知世界的運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上,在對(duì)第1版進(jìn)行更新的同時(shí),我們被智能手機(jī)VR/Oculus Kickstarter以及2016年發(fā)布的三款消費(fèi)級(jí)HMD(Oculus CV-1、HTCVive和索尼PlayStation-VR)的浪潮所震撼。因此,隨著新的技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)開(kāi)始形成,我們終做了比原計(jì)劃更重要的更新。 我們還驚訝地發(fā)現(xiàn),2000年在伊利諾伊州國(guó)會(huì)大廈進(jìn)行的虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品展會(huì)的參與者之一—伊利諾伊州的一名參議員,后來(lái)變得相當(dāng)有名(見(jiàn)圖8.11d)。(在第1版的圖7.5中,你會(huì)看到他戴著我們?yōu)锳llstate Insurance設(shè)計(jì)的酒后駕駛模擬器跟蹤眼鏡。) 虛擬現(xiàn)實(shí)社區(qū)也是游戲產(chǎn)業(yè)的幕后推手。在GPU為電腦游戲帶來(lái)新的渲染功能的同時(shí),虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展亦得到很大的推動(dòng)。此外,智能手機(jī)技術(shù)也對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的發(fā)展大有助力,包括小型、平板、高分辨率的顯示器,來(lái)自慣性傳感器(GPS、傾斜、羅盤(pán)等)的輸入,以及新的計(jì)算技術(shù)。當(dāng)然,隨著元件價(jià)格的不斷降低,支持Oculus HMD的游戲愛(ài)好者也成為推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)步的重要力量。 虛擬現(xiàn)實(shí)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程、感知心理學(xué)、藝術(shù)和物理等眾多領(lǐng)域的知識(shí)。毫無(wú)疑問(wèn),虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)已經(jīng)發(fā)生了改變,并且變得越來(lái)越好。在過(guò)去,我們可能會(huì)在校園邊緣(甚至校外)為學(xué)生提供一個(gè)實(shí)驗(yàn)室,他們可能要和研究人員共享虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器,不管是CAVE沉浸式系統(tǒng)還是HMD。在Google Cardboard被廣泛使用之后,現(xiàn)在學(xué)生可以方便地開(kāi)發(fā)和測(cè)試虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。后來(lái),隨著大學(xué)在更多的公共空間(包括圖書(shū)館)部署HMD實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生現(xiàn)在可以使用全6-DOF虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。此外,在虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了更多更易于使用的軟件工具包,這些工具包將游戲引擎與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)整合,其中很多都用到了Unity。 但總的來(lái)說(shuō),虛擬現(xiàn)實(shí)作為一種媒介的概念是沒(méi)有改變的。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與過(guò)去仍然是相同的,盡管我們可能比以前更了解在特定情況下什么方法是有效的。 第2版中展示的例子是新舊混合的。當(dāng)我們能找到更好的現(xiàn)代例子時(shí),我們就采用新例子;但當(dāng)舊例子仍然是某些概念的例證時(shí),它們就被保留下來(lái)。新的界面和表示方式已經(jīng)開(kāi)始合并,但這可能不是好的選擇,一些好的想法已經(jīng)半途而廢,但仍需要進(jìn)一步探索。自從第1版出版后,我們又出版了另一本書(shū)(Developing Virtual Reality Applications),其中介紹了許多很好的例子(有些現(xiàn)在已經(jīng)成為歷史了),這些都應(yīng)該在開(kāi)發(fā)下一代虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)時(shí)加以考慮。此外,Alan Craig還寫(xiě)了一本名為Understanding Augmented Reality的書(shū),專(zhuān)門(mén)討論AR。 這是一本什么樣的書(shū) 本書(shū)的目的是探討如何利用虛擬現(xiàn)實(shí)作為人類(lèi)交流的媒介,在人與人之間分享信息和經(jīng)驗(yàn)。我們?cè)噲D提供對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)媒介的全面概述,包括產(chǎn)生物理沉浸效果所需的技術(shù)和提供有用和有意義的內(nèi)容所需的界面設(shè)計(jì)。 虛擬現(xiàn)實(shí)的研究正從主要關(guān)注技術(shù)轉(zhuǎn)向越來(lái)越關(guān)注使用虛擬現(xiàn)實(shí)媒介可以做什么,這正在推動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展。早期對(duì)技術(shù)的關(guān)注不是因?yàn)檠芯咳藛T對(duì)這種新興媒介能做什么缺乏興趣,而是因?yàn)榧夹g(shù)本身在很多方面都存在缺陷。研究人員—例如北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的Fred Brooks—的工作目標(biāo)是可用的應(yīng)用程序,但認(rèn)識(shí)到需要在計(jì)算機(jī)圖形、顯示和跟蹤設(shè)備等領(lǐng)域取得重大進(jìn)展,因此被迫將他們的研究擴(kuò)展到所有這些方向。 隨著所需技術(shù)的普及和技術(shù)水平的提高,虛擬現(xiàn)實(shí)媒介已經(jīng)成為一種完成研究的可行工具,而不僅僅是一個(gè)研究主題。從20世紀(jì)80年代末到90年代初,隨著技術(shù)的進(jìn)步,越來(lái)越多的研究中心(商業(yè)界和學(xué)術(shù)界)有能力嘗試虛擬現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)在技術(shù)的成本已經(jīng)足夠低,不僅可以用于大型研究設(shè)施,也可以用于大眾市場(chǎng)。因此,在消費(fèi)者層面上,使用和創(chuàng)作VR內(nèi)容在很大程度上變得物有所值。這本書(shū)探討了在科學(xué)、工業(yè)、藝術(shù)、教育和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序需要做好哪些準(zhǔn)備。 就像娛樂(lè)業(yè)推動(dòng)了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的發(fā)展一樣,電影、街機(jī)和家庭娛樂(lè)市場(chǎng)率先開(kāi)發(fā)了虛擬現(xiàn)實(shí)的商業(yè)潛力。這些力量正促使虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品價(jià)格進(jìn)入一個(gè)合理的范圍,以便更廣泛地應(yīng)用。在一些利基受眾中,已經(jīng)出現(xiàn)了許多可行的科學(xué)、工業(yè)、醫(yī)療、教育和藝術(shù)應(yīng)用。事實(shí)上,許多例子都來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的VR應(yīng)用,包括科學(xué)、制造、商業(yè)、醫(yī)學(xué)、教育、體育、娛樂(lè)、藝術(shù)和軍事等不同領(lǐng)域。 我們寫(xiě)這本書(shū)的目的是提供關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)媒介的綜合描述,包括如何使用虛擬現(xiàn)實(shí),以及如何創(chuàng)建引人注目的VR應(yīng)用程序。書(shū)中探討了虛擬現(xiàn)實(shí)的起源,虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的組成部分,以及將人類(lèi)參與者與虛擬世界連接起來(lái)的方法。雖然我們簡(jiǎn)單地討論了虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的類(lèi)型和它們之間的區(qū)別,但是我們避免詳細(xì)討論硬件技術(shù),因?yàn)榧夹g(shù)發(fā)展得太快,僅憑一本書(shū)無(wú)法深入討論,而且讀者可以通過(guò)其他資源來(lái)獲取這些信息。、詳細(xì)的信息通常可以在會(huì)議、展會(huì)或線(xiàn)上找到。 這不是一本什么樣的書(shū) 這本書(shū)不是關(guān)于如何用今天的技術(shù)實(shí)現(xiàn)VR系統(tǒng)的教程。我們認(rèn)為這本書(shū)的讀者將會(huì)在內(nèi)容層面上理解并應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)。我們的目標(biāo)是寫(xiě)一本超越當(dāng)今技術(shù)的有用的書(shū)。對(duì)于那些需要學(xué)習(xí)底層VR設(shè)備接口的人來(lái)說(shuō),目前有許多可用的資源。 這本書(shū)也不涉及虛擬現(xiàn)實(shí)或計(jì)算機(jī)圖形的編程知識(shí)。相反,本書(shū)的重點(diǎn)是內(nèi)容、交互、系統(tǒng)集成和可用性方面。此外,通過(guò)與其他虛擬現(xiàn)實(shí)編程資源的整合,本書(shū)也可作為虛擬現(xiàn)實(shí)編程課程的參考書(shū)。 只要有可能,我們將盡力幫助讀者獲得有效的信息,并學(xué)會(huì)把實(shí)用的信息和噱頭區(qū)分開(kāi)來(lái)。人們一直指責(zé)虛擬現(xiàn)實(shí)僅僅是一種技術(shù)創(chuàng)新,但在媒體上被過(guò)度宣傳。雖然媒體對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)有一定的炒作,但我們相信(并希望在接下來(lái)的章節(jié)中證明)虛擬現(xiàn)實(shí)是一種有用的新興媒介,并且是一種不容忽視的媒介。聰明的讀者會(huì)認(rèn)識(shí)到新媒介的力量,并以建設(shè)性的方式在自己的應(yīng)用程序中利用它。 本書(shū)的讀者對(duì)象 本書(shū)面向所有具有前瞻性觀點(diǎn)的讀者—那些商業(yè)人員,以及科學(xué)家、工程師、教育工作者和藝術(shù)家,他們不滿(mǎn)足于媒體炒作的熱點(diǎn),而是渴望學(xué)習(xí)如何使用虛擬現(xiàn)實(shí)解決問(wèn)題。這些讀者通常了解一些技術(shù)知識(shí),但可能不知道如何將VR應(yīng)用于他們感興趣的特定領(lǐng)域。 本書(shū)也適合作為VR課程的一本有價(jià)值的教科書(shū),為研究生或本科生提供關(guān)于VR系統(tǒng)和內(nèi)容的基礎(chǔ)知識(shí)。這些學(xué)生可以來(lái)自不同的專(zhuān)業(yè),包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、教育、科學(xué)和藝術(shù)。事實(shí)上,在很大程度上,VR開(kāi)發(fā)者需要是全能的,或者至少是多個(gè)領(lǐng)域的精英,他們需要與擁有互補(bǔ)技能的人合作。 本書(shū)的另一個(gè)目的是為那些想知道VR是否能使他們受益的人提供有用的信息來(lái)源,無(wú)論是作為探索信息的途徑,還是作為開(kāi)發(fā)完整的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的工具。VR常常讓人聯(lián)想到游戲和復(fù)雜科學(xué)這些有限的概念。為了研究如何將VR應(yīng)用于各種領(lǐng)域,我們?cè)诘诙糠盅芯苛艘话愕腣R界面技術(shù),在第三部分研究了總體設(shè)計(jì)。 如何使用本書(shū) 本書(shū)的部分旨在向讀者提供理解VR應(yīng)用所需的術(shù)語(yǔ)和背景知識(shí)。第二部分重點(diǎn)討論技術(shù)問(wèn)題,包括交互技術(shù)、內(nèi)容選擇和在設(shè)計(jì)VR應(yīng)用程序時(shí)需要注意的表示問(wèn)題。在第2版中,我們新增一章(第3章)討論人類(lèi)用戶(hù)在VR應(yīng)用的體驗(yàn)中扮演的重要角色。第三部分探討設(shè)計(jì)VR體驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,并探索這些體驗(yàn)的分類(lèi)以及我們可以從過(guò)去的體驗(yàn)中學(xué)到什么。后一章對(duì)VR系統(tǒng)和應(yīng)用的未來(lái)進(jìn)行展望,并回顧了我們?cè)诘?版中所做的預(yù)測(cè)。 可以這樣理解本書(shū)三個(gè)部分的主要內(nèi)容: 部分:VR是什么。 第二部分:VR怎樣實(shí)現(xiàn)。 第三部分:為什么使用VR、如何使用(或如何充分地使用)VR以及VR接下來(lái)會(huì)如何發(fā)展。 為了了解該領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí),以及VR在各種應(yīng)用領(lǐng)域中的進(jìn)展,讀者可以從頭到尾通讀全書(shū)。然而,教師也可以根據(jù)不同大學(xué)課程的側(cè)重對(duì)閱讀方式進(jìn)行調(diào)整。以技術(shù)為導(dǎo)向的課程可能較少關(guān)注前面的章節(jié)(強(qiáng)調(diào)VR作為一種交流媒介),而更多關(guān)注技術(shù)和系統(tǒng)章節(jié)(第二部分);專(zhuān)注于媒介研究課程或主要關(guān)注內(nèi)容層面的課程,可能會(huì)淡化VR系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題,轉(zhuǎn)而關(guān)注VR的使用(部分和第三部分);VR編程課程可關(guān)注本書(shū)的技術(shù)和可用性方面,特別是利用我們?cè)趙ww.understandingvirtualreality.com上提供的額外在線(xiàn)材料。 本書(shū)的第1版包括幾個(gè)附錄,每個(gè)附錄都提供了對(duì)特定VR體驗(yàn)的介紹,F(xiàn)在可以在網(wǎng)站上看到這些內(nèi)容。 如何幫助我們改進(jìn)本書(shū) 當(dāng)然,隨著VR和AR/MR(也就是“XR”)作為媒介和底層技術(shù)的不斷發(fā)展,肯定會(huì)有一些新的概念無(wú)法在本書(shū)中及時(shí)呈現(xiàn)(比如第1版沒(méi)有涵蓋SLAM跟蹤技術(shù))。除此之外,關(guān)于人類(lèi)如何與技術(shù)互動(dòng)以及如何改進(jìn)體驗(yàn)以滿(mǎn)足參與者的需求的研究還在繼續(xù)。因此,在某種程度上,可以肯定本書(shū)將來(lái)還會(huì)推出第3版。因此,我們當(dāng)然歡迎讀者的任何意見(jiàn),特別是教授VR/AR/MR/XR課程的教師。(我們已經(jīng)設(shè)想過(guò)拆分篇幅過(guò)大的章節(jié),但由于時(shí)間限制,在這個(gè)版本中暫時(shí)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。) 作者的怪癖 VR是一種只能親身體驗(yàn)的媒介,如果不熟悉這種媒介,就很難理解某些概念。因此,為了符合VR的視覺(jué)本質(zhì),我們使用了大量的照片、截圖和圖表來(lái)增強(qiáng)表達(dá)效果。讀者可能會(huì)注意到其中的許多圖像使用了CAVE VR系統(tǒng)。我們之所以這么做,是因?yàn)樵诠潭ㄊ絍R顯示器中更容易看到參與者在VR體驗(yàn)中的互動(dòng)。 然而,我們也使用了許多基于頭部的系統(tǒng),并認(rèn)識(shí)到它們?cè)谠S多情況下是用于顯示的合適的選擇。因此,我們對(duì)顯示技術(shù)的討論試圖在固定式顯示器和基于頭部的顯示器(HBD)之間取得良好的平衡。書(shū)中也包括一些基于頭部的顯示器系統(tǒng)的照片。 如前所述,本書(shū)的目的不是提供對(duì)當(dāng)今快速變化的技術(shù)的詳細(xì)講解。我們希望,當(dāng)今天的硬件適合在博物館中作為展示的對(duì)象而不是作為展示的手段時(shí),這里提供的信息還能繼續(xù)發(fā)揮作用。目前已經(jīng)有許多有用的信息來(lái)源,涵蓋了當(dāng)前VR技術(shù)的復(fù)雜性和實(shí)現(xiàn)方法。 書(shū)中有一些“作者的怪癖”,即一些反復(fù)出現(xiàn)的典故或者可能是“笑料”,這些內(nèi)容涉及流行、古典甚至特定VR文化的元素,例如Moby Dick、The Muppets、Portal、Crayoland VR世界、The Who,以及在許多照片中出現(xiàn)的同事和家人(“笑料”主要參考The Muppet Movie)。令人驚訝的是,我們很少提到Seinfeld和Monty Python。我們特別向1994年的Saturday Night Live致敬,其中包括一個(gè)關(guān)于“Virtual Reality Books”的諷刺性廣告,廣告中突出了Moby Dick,因此我們將其作為典故收錄了。 第1版致謝 很多人都為這本書(shū)的創(chuàng)作做出了貢獻(xiàn)。個(gè)貢獻(xiàn)來(lái)自Audrey Walko,她幫助我們聯(lián)系Morgan Kaufmann 出版公司的創(chuàng)始人,從而開(kāi)啟了我們的旅程。另一個(gè)早期貢獻(xiàn)來(lái)自Mary Craig,她根據(jù)聽(tīng)寫(xiě)轉(zhuǎn)錄了初稿的部分內(nèi)容。 理想情況下,我們希望逐一感謝每一個(gè)向我們展示并討論過(guò)他們的虛擬現(xiàn)實(shí)工作的人,包括在參觀世界各地的許多虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)施期間接待我們的人。我們初關(guān)注的是如何將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于各種學(xué)科和主題領(lǐng)域。因此,我們的創(chuàng)作之旅始于盡可能多地找到虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序,體驗(yàn)它們,并與創(chuàng)作者討論。我們與50多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的負(fù)責(zé)人進(jìn)行的討論,無(wú)疑有助于塑造我們對(duì)創(chuàng)造良好虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的看法。 隨著寫(xiě)作的進(jìn)展,書(shū)中包括的關(guān)于虛擬現(xiàn)實(shí)媒介的材料越來(lái)越多,并且變得難以處理,于是我們選擇刪除關(guān)于現(xiàn)有VR應(yīng)用的大部分材料。(事實(shí)上,這些材料成了我們所著的Developing Virtual Reality Applications一書(shū)的內(nèi)容。)部分材料保留在用于例證許多概念的圖中(見(jiàn)第1版的4個(gè)附錄)。因此,我們?cè)趫D題中直接給出這些貢獻(xiàn)者的名字。然而,我們還希望使用更多的材料來(lái)單獨(dú)致謝許多我們?cè)诔醯恼{(diào)研中遇到的慷慨的人。 當(dāng)然,也有很多人與我們分享了他們的虛擬現(xiàn)實(shí)工作經(jīng)驗(yàn),并允許我們?cè)谧约旱脑O(shè)備上運(yùn)行他們的應(yīng)用程序。我們?cè)谡掌谐尸F(xiàn)了許多這樣的應(yīng)用程序,展示了各種VR技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的。這些是他們的慷慨的充分體現(xiàn),我們?cè)谡掌f(shuō)明中單獨(dú)向他們致謝。我們要特別感謝Dave Pape,他直接或間接地提供了許多CAVE應(yīng)用程序,并允許我們使用Crayoland House—我們將其移植到了許多示例場(chǎng)景中。 我們也要感謝在NCSA與我們合作的許多人。當(dāng)然,這包括所有在NCSA做過(guò)可視化工作的人,特別是那些參與可視化小組展示項(xiàng)目的人。該項(xiàng)目向我們介紹了許多可視化的基本概念,包括感知、表示、映射、符號(hào)學(xué)和認(rèn)知。即使日常任務(wù)讓我們更專(zhuān)注于技術(shù)本身,但我們的主要目標(biāo)還是利用技術(shù)進(jìn)行交流和獲得洞察力。我們希望以一種易于讀者理解的方式來(lái)呈現(xiàn)在那些充滿(mǎn)深刻見(jiàn)解的會(huì)議中學(xué)到的一些概念。 NCSA也為我們提供了大量的機(jī)會(huì),讓我們可以與有興趣的科學(xué)家一起研究可視化和VR技術(shù)。這些工作也讓我們與有興趣將VR作為制造設(shè)計(jì)工具以及有興趣推動(dòng)安全和可視化零售業(yè)務(wù)的企業(yè)保持聯(lián)系。我們與多位教授合作,他們通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)媒介打造新穎的教學(xué)環(huán)境。NCSA管理層全力支持虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)施的開(kāi)發(fā)和推廣,從1991年的FakeSpace BOOM、VPL和Virtual Research HMD,到我們后來(lái)經(jīng)常使用的CAVE,但這些產(chǎn)品終還是落伍了。此外,NCSA還與伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校電子可視化實(shí)驗(yàn)室(EVL)開(kāi)展合作,該實(shí)驗(yàn)室當(dāng)時(shí)由Tom DeFanti和Dan Sandin負(fù)責(zé),多年來(lái)仍然是該領(lǐng)域信息、技術(shù)和靈感的巨大來(lái)源。 考慮到這本書(shū)所經(jīng)過(guò)的迭代次數(shù),我們要感謝大量的評(píng)論者,包括Colleen Bushell、Toni Emerson、Scott Fisher、George Francis、Kurt Hebel、Andy Johnson、Mike McNeill、Robert Moorhead、Carla Scaletti、Steve Shaffer、Audrey Walko和Chris Wickens。還有三位評(píng)論者特別為我們提供了幾章的詳細(xì)評(píng)論,他們是Bill Chapin、Rich Holloway和Holly Korab。我們還要感謝一些匿名的評(píng)論者,正是他們使這本書(shū)變得更加出色。 我們還要特別感謝Mike Morgan,以及Morgan Kaufmann出版公司的工作人員,包括我們的編輯Diane Cerra、叢書(shū)編輯Brian Barsky和Belinda Breyer。Mike和Diane很有耐心,允許我們?cè)诋?dāng)前產(chǎn)品的基礎(chǔ)上對(duì)書(shū)中各個(gè)方面的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行迭代。Belinda 的貢獻(xiàn)包括對(duì)書(shū)的完整審查和編輯,確保所有對(duì)讀者必要的信息都被有序地包括在內(nèi)。 我們要感謝Beverly M. Carver繪制了許多線(xiàn)條圖。我們也要感謝Yonie Overton幫助我們進(jìn)一步打磨內(nèi)容,并監(jiān)督設(shè)計(jì)和制作過(guò)程。她的努力使終產(chǎn)品變得更好。 后要感謝我們的家人。Bill的妻子Sheryl承擔(dān)了更多的家務(wù),在馬拉松式的寫(xiě)書(shū)過(guò)程中一直給予我們支持。Cindy和Danielle兩個(gè)孩子盡自己所能表現(xiàn)到好,盡管爸爸并沒(méi)有像他們希望的那樣常在身邊。還有Theresa,感謝她等了這么久,直到本書(shū)完成后的編輯。還要感謝Alan的朋友和家人在技術(shù)領(lǐng)域的鼓勵(lì)和專(zhuān)業(yè)意見(jiàn)。 第2版致謝 許多人又一次為這本書(shū)的創(chuàng)作做出了貢獻(xiàn)。首先感謝建議更新本書(shū)的評(píng)論者:Christoph Borst、Torsten Kuhlen和Ryan McMahon。他們不僅鼓勵(lì)我們創(chuàng)作新版,而且還對(duì)可以改進(jìn)的地方提出了深思熟慮的意見(jiàn)。我們還應(yīng)該感謝(也許是道歉)Jesse Schell,我們從他那里次了解了Gartner Hype Curve,并做了進(jìn)一步的討論。在第1版中對(duì)他的感謝是以腳注的形式出現(xiàn)的,但采用不加腳注的版式后,我們忘了將對(duì)他的感謝轉(zhuǎn)移到前言中。 我們也與許多VR從業(yè)者進(jìn)行了很好的交流,包括Mary Whitton、Jason Jerald和Richards Skarbez(特別是在制作Presence部分時(shí))。還有John Stone,他對(duì)現(xiàn)代GPU渲染提供了相當(dāng)多的見(jiàn)解。此外,Symbolic Sound公司的Carla Scaletti提供了關(guān)于音頻的信息和綜述,特別是虛擬現(xiàn)實(shí)中的音頻。 相比于第1版,在我們與同事和合作者的努力下,這本書(shū)已大大改進(jìn)。現(xiàn)在,除了NCSA以外,我們與沙漠研究所(DRI)、I-CHASS和印第安納大學(xué)均有合作。我們現(xiàn)在已經(jīng)參觀了世界上大約100個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室,而且可以輕松地將不同的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)下載到我們的個(gè)人虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 我們?cè)俅胃兄xBeverly M. Carver在2D圖表方面的大力幫助,許多圖表需要更新,但由于我們丟失了一些原始文件,她不得不從頭重新創(chuàng)建。同樣,有許多人為這本書(shū)提供了圖片,他們的貢獻(xiàn)在相應(yīng)的圖題中列出。沒(méi)有致謝或出處的圖片通常是我們自己創(chuàng)建的,除了Beverly的大部分2D圖表。此外,付費(fèi)和開(kāi)放的應(yīng)用程序的截圖,用Unity和Iris Inventor創(chuàng)造的3D世界,以及用Py-cairo創(chuàng)造的2D錯(cuò)覺(jué)圖像,都是我們以半匿名方式創(chuàng)造的。 還要感謝Elsevier/Morgan Kaufmann團(tuán)隊(duì),包括Todd Green、Meg Dunkerley、Amy Invernizzi和Ana Garcia,以及包括Punithavathy Govindaradjane和Sandhya Narayanan在內(nèi)的制作團(tuán)隊(duì)。與第1版一樣,本書(shū)的出版是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程,感謝他們的堅(jiān)持,是他們推動(dòng)我們寫(xiě)完全書(shū)。 后,感謝我們的家人。Bill的妻子Sheryl承擔(dān)了大部分家務(wù)并不斷鼓勵(lì)他,而B(niǎo)ill則每晚都在寫(xiě)作、編輯和發(fā)電子郵件。至于孩子們,現(xiàn)在有一個(gè)更長(zhǎng)的名單:Cindy、Josh、Danielle、Theresa、Thomas和Anthony,還有Gracie、Nora和Andrew。他們偶爾會(huì)走進(jìn)爺爺?shù)臅?shū)房玩鬧一陣。感謝Bill的父母Robert和Kathleen,他們可能還記得我五年級(jí)時(shí)因?yàn)橥瓴怀申P(guān)于太陽(yáng)系的作業(yè)而開(kāi)始失控的事。還有Alan的朋友和家人,舉不勝舉。
譯者序
序 言 前 言 作者簡(jiǎn)介 部分 什么是虛擬現(xiàn)實(shí) 第1章 虛擬現(xiàn)實(shí)概述 3 1.1 定義虛擬現(xiàn)實(shí) 4 1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的5個(gè)關(guān)鍵要素 4 1.2.1 關(guān)鍵要素1和2:參與者和創(chuàng)作者 5 1.2.2 關(guān)鍵要素3:虛擬世界 5 1.2.3 關(guān)鍵要素4:沉浸感 6 1.2.4 關(guān)鍵要素5:交互性 8 1.2.5 綜合5個(gè)關(guān)鍵要素 11 1.2.6 虛擬現(xiàn)實(shí)范式 12 1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和賽博空間 14 1.3.1 人工現(xiàn)實(shí) 14 1.3.2 虛擬 15 1.3.3 虛擬世界和虛擬環(huán)境 15 1.3.4 賽博空間 16 1.3.5 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) 16 1.3.6 遠(yuǎn)程呈現(xiàn) 18 1.4 虛擬現(xiàn)實(shí)的歷史:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)從何而來(lái) 20 1.5 本章小結(jié) 40 第2章 作為媒介的虛擬現(xiàn)實(shí) 42 2.1 通過(guò)媒介交流 42 2.2 媒介的內(nèi)容:虛擬世界 43 2.3 溝通:思想的傳遞 45 2.4 人類(lèi)傳播媒介的共性問(wèn)題 50 2.4.1 虛擬世界的界面 50 2.4.2 語(yǔ)言 52 2.4.3 作者關(guān)系(與創(chuàng)作者關(guān)系) 56 2.4.4 虛擬現(xiàn)實(shí)有什么特別之處 57 2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)媒介的研究 57 2.5.1 敘事:無(wú)動(dòng)機(jī)與交互 57 2.5.2 形式和流派 61 2.5.3 體驗(yàn)與信息 62 2.5.4 虛擬現(xiàn)實(shí):吸引力媒介之一 65 2.5.5 捕捉虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn) 66 2.6 本章小結(jié) 71 第二部分 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 第3章 人類(lèi)參與者 77 3.1 將人與模擬連接起來(lái) 78 3.1.1 人機(jī)界面 79 3.1.2 可供性 79 3.1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)中的可供性 81 3.2 人類(lèi)感知系統(tǒng) 83 3.2.1 感覺(jué):感知的生理方面 84 3.2.2 視覺(jué)感知 91 3.2.3 聽(tīng)覺(jué)感知 101 3.2.4 觸覺(jué)感知 105 3.2.5 前庭感知 109 3.2.6 嗅覺(jué)感知 111 3.2.7 味覺(jué)感知 112 3.2.8 跨感官效應(yīng)和虛擬現(xiàn)實(shí) 112 3.3 臨場(chǎng)感和具身化:虛擬世界中的自我感知 114 3.3.1 臨場(chǎng)感的概念 114 3.3.2 臨場(chǎng)感的決定因素和反應(yīng) 118 3.3.3 測(cè)量臨場(chǎng)感 122 3.3.4 具身化 123 3.3.5 增加虛擬世界的“真實(shí)性” 127 3.3.6 破壞臨場(chǎng)感:讓世界變得不那么真實(shí)的因素 130 3.4 本章小結(jié) 131 第4章 輸入:連接參與者與虛擬世界 132 4.1 輸入技術(shù) 133 4.1.1 主動(dòng)與被動(dòng)輸入 134 4.1.2 連續(xù)與離散輸入 134 4.1.3 帶寬:信息的數(shù)量/類(lèi)型 136 4.1.4 與相對(duì)輸入(參考系) 137 4.1.5 物理與虛擬輸入 139 4.1.6 輸入分類(lèi) 139 4.1.7 位置跟蹤技術(shù) 144 4.2 在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中使用輸入 158 4.2.1 跟蹤身體位置 158 4.2.2 物理輸入設(shè)備 164 4.2.3 身體姿勢(shì)和手勢(shì)識(shí)別 175 4.2.4 語(yǔ)音識(shí)別(音頻輸入) 177 4.3 本章小結(jié) 180 第5章 輸出:連接虛擬世界與參與者 181 5.1 視覺(jué)顯示 182 5.1.1 視覺(jué)顯示的屬性 182 5.1.2 視覺(jué)顯示范式 210 5.1.3 非封閉(透視)頭戴式顯示器 229 5.1.4 智能手機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器 234 5.1.5 頭戴式投影顯示器 237 5.1.6 手持式虛擬現(xiàn)實(shí) 239 5.1.7 視覺(jué)顯示小結(jié) 242 5.2 聽(tīng)覺(jué)顯示 243 5.2.1 聽(tīng)覺(jué)顯示的屬性 243 5.2.2 聽(tīng)覺(jué)顯示范式 249 5.3 觸覺(jué)顯示 252 5.3.1 觸覺(jué)顯示的屬性 254 5.3.2 觸覺(jué)顯示范式 259 5.3.3 觸覺(jué)顯示器 259 5.3.4 末端執(zhí)行器顯示器 264 5.3.5 機(jī)器人形顯示器 269 5.3.6 被動(dòng)觸覺(jué)顯示 272 5.3.7 混合顯示器 273 5.3.8 3D硬拷貝 273 5.3.9 觸覺(jué)顯示小結(jié) 274 5.4 前庭和其他感官顯示 275 5.4.1 前庭顯示 276 5.4.2 嗅覺(jué)、味覺(jué)和其他感官 280 5.5 本章小結(jié) 281 第6章 虛擬世界的表示 282 6.1 虛擬世界的表示問(wèn)題 283 6.1.1 逼真性 286 6.1.2 人類(lèi)的理解能力 291 6.1.3 選擇一個(gè)映射 296 6.1.4 定量和定性表示 299 6.1.5 與VR相關(guān)的表示問(wèn)題 303 6.2 VR中的視覺(jué)表示 305 6.2.1 如何在VR體驗(yàn)中使用視覺(jué) 305 6.2.2 融入現(xiàn)實(shí)世界 308 6.3 VR中的聽(tīng)覺(jué)表示 309 6.3.1 聲音的特性 309 6.3.2 如何在VR體驗(yàn)中使用聲音 310 6.4 VR中的觸覺(jué)表示 314 6.4.1 觸覺(jué)的特點(diǎn) 314 6.4.2 如何在VR體驗(yàn)中使用觸覺(jué) 315 6.5 其他感官表示 319 6.5.1 前庭表示 319 6.5.2 嗅覺(jué)和味覺(jué)表示 320 6.6 表示小結(jié) 320 6.7 渲染系統(tǒng) 321 6.8 視覺(jué)渲染系統(tǒng) 325 6.8.1 視覺(jué)渲染的方法 325 6.8.2 渲染復(fù)合視覺(jué)場(chǎng)景 330 6.8.3 視覺(jué)渲染延遲 340 6.8.4 視覺(jué)渲染過(guò)程 345 6.9 聽(tīng)覺(jué)渲染系統(tǒng) 350 6.9.1 聲音渲染方法 351 6.9.2 渲染復(fù)合聲音 356 6.9.3 聲音渲染過(guò)程 361 6.10 觸覺(jué)渲染系統(tǒng) 368 6.10.1 觸覺(jué)渲染方法 368 6.10.2 使用力顯示渲染復(fù)雜的觸覺(jué)場(chǎng)景 375 6.10.3 觸覺(jué)渲染過(guò)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 渲染嗅覺(jué)和味覺(jué) 381 6.12 本章小結(jié) 382 第7章 與虛擬世界交互 383 7.1 交互設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 384 7.2 用戶(hù)界面的隱喻 387 7.3 操作虛擬世界 389 7.3.1 操作方法 389 7.3.2 操作屬性 394 7.3.3 選擇 408 7.3.4 操作形式 422 7.3.5 操作小結(jié) 427 7.4 在虛擬世界中導(dǎo)航 427 7.4.1 尋路 428 7.4.2 旅行 436 7.4.3 導(dǎo)航小結(jié) 450 7.5 與他人交互 452 7.5.1 共享體驗(yàn) 453 7.5.2 協(xié)作交互 457 7.6 與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)交互(元命令) 465 7.7 本章小結(jié) 466 第三部分 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí) 第8章 將虛擬世界帶入生活 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 現(xiàn)實(shí)主義在沉浸中的作用 473 8.2 提供環(huán)境 480 8.2.1 視角 480 8.2.2 場(chǎng)地 482 8.3 虛擬世界 487 8.3.1 虛擬世界的實(shí)體 487 8.3.2 對(duì)象建模與虛擬世界布局 490 8.3.3 現(xiàn)實(shí)世界作為虛擬世界的一部分 493 8.4 虛擬世界規(guī)則:物理學(xué) 502 8.4.1 虛擬世界物理學(xué)的類(lèi)型 503 8.4.2 虛擬世界物理學(xué)的范圍 506 8.4.3 模擬/數(shù)學(xué)模型 507 8.4.4 對(duì)象相互作用 507 8.4.5 虛擬世界的持續(xù)性 508 8.4.6 現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的物理不一致 509 8.5 呈現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的軟件 510 8.5.1 虛擬現(xiàn)實(shí)軟件集成 511 8.5.2 游戲引擎 513 8.5.3 網(wǎng)頁(yè)傳送虛擬現(xiàn)實(shí) 514 8.6 體驗(yàn)創(chuàng)建過(guò)程 514 8.7 本章小結(jié) 516 第9章 體驗(yàn)概念與設(shè)計(jì):應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)解決問(wèn)題 518 9.1 虛擬現(xiàn)實(shí)能實(shí)現(xiàn)你的目標(biāo)嗎 518 9.2 構(gòu)思新的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序 522 9.2.1 從其他媒介改編 522 9.2.2 從現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)汲取靈感或改編 526 9.2.3 從頭開(kāi)始創(chuàng)造新的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn) 527 9.3 豐富的應(yīng)用領(lǐng)域 527 9.4 虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)范例 537 9.5 設(shè)計(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn) 542 9.5.1 設(shè)計(jì)要謹(jǐn)慎 542 9.5.2 原型 543 9.5.3 設(shè)計(jì)要考慮系統(tǒng) 543 9.5.4 設(shè)計(jì)要考慮場(chǎng)地 544 9.5.5 設(shè)計(jì)要考慮受眾 545 9.5.6 設(shè)計(jì)要吸引受眾 547 9.5.7 考慮社交交互 547 9.5.8 考慮設(shè)計(jì)權(quán)衡 548 9.5.9 設(shè)計(jì)用戶(hù)目標(biāo) 549 9.5.10 設(shè)計(jì)體驗(yàn)的結(jié)束 549 9.5.11 用戶(hù)測(cè)試 552 9.5.12 文檔、部署和評(píng)估體驗(yàn) 552 9.6 虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)的過(guò)去與未來(lái) 553 9.7 本章小結(jié) 554 第10章 虛擬現(xiàn)實(shí):過(guò)去,現(xiàn)在,未來(lái) 556 10.1 虛擬現(xiàn)實(shí)的現(xiàn)狀 556 10.1.1 技術(shù)萌芽期 557 10.1.2 期望膨脹期 558 10.1.3 幻滅期 558 10.1.4 復(fù)蘇期 558 10.1.5 成熟期 559 10.2 虛擬現(xiàn)實(shí)的成熟 560 10.2.1 實(shí)驗(yàn)室中的虛擬現(xiàn)實(shí) 560 10.2.2 課堂中的虛擬現(xiàn)實(shí) 562 10.2.3 過(guò)渡:大眾用戶(hù)的吸引力媒介 563 10.3 虛擬現(xiàn)實(shí)的趨勢(shì) 564 10.3.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用增加 565 10.3.2 更少的累贅 567 10.3.3 更高的感官保真度 568 10.3.4 軟件可用性 569 10.3.5 新驅(qū)動(dòng)/顛覆性技術(shù) 570 10.4 對(duì)技術(shù)的回顧與預(yù)測(cè) 571 10.4.1 顯示技術(shù) 572 10.4.2 輸入技術(shù) 576 10.4.3 軟件 579 10.4.4 應(yīng)用程序軟件的未來(lái) 582 10.5 本章小結(jié):未來(lái)已來(lái) 583 參考文獻(xiàn)一
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