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第1章 绪论1

1.1 虚拟现实的基本概念1

1.1.1 虚拟现实定义2

1.1.2 虚拟现实特点3

1.1.3 虚拟现实特征3

1.1.4 虚拟现实研究内容4

1.2 虚拟现实系统的组成4

1.2.1 虚拟环境产生设备5

1.2.2 人与虚拟环境之间的人机交互设备5

1.3 虚拟现实的起源与发展6

1.3.1 虚拟现实的起源6

1.3.2 虚拟现实的发展7

1.4 军事领域应用8

1.4.1 虚拟战场环境8

1.4.2 进行单兵模拟训练10

1.4.3 进行指挥员训练11

1.4.4 近战战术训练12

1.4.5 实施诸军兵种联合演习12

1.4.6 武器装备的预先研究13

1.4.7 三维数字沙盘14

1.4.8 在防灾减灾工程中的应用15

第2章 新型人机接口设备17

2.1 虚拟现实系统中人机接口系统的构成17

2.2 三维定位跟踪设备18

2.2.1 电磁跟踪设备19

2.2.2 声学跟踪设备20

2.2.3 光学跟踪设备22

2.2.4 机械跟踪设备24

2.2.5 惯性跟踪设备25

2.2.6 综合跟踪设备26

2.2.7 跟踪设备的性能指标27

2.3 数字化输入设备28

2.3.1 数据手套29

2.3.2 浮动鼠标器31

2.3.3 力矩球32

2.3.4 数据衣33

2.4 触觉与力觉反馈34

2.4.1 触觉装置34

2.4.2 力反馈设备36

2.4.3 液压舱39

2.5 三维扫描仪40

2.5.1 机械扫描仪40

2.5.2 激光扫描仪41

2.5.3 图像扫描仪41

2.6 虚拟现实的音频系统42

第3章 立体显示45

3.1 立体成像原理45

3.2 计算机立体图像46

3.3 立体显示方法48

3.3.1 分色法48

3.3.2 分时法49

3.3.3 分光法50

3.3.4 光栅法52

3.3.5 自由立体显示技术52

3.4 典型立体显示系统53

3.4.1 头盔显示器53

3.4.2 Stereo Monitor56

3.4.3 ImmersaDesk56

3.4.4 手持式显示器（BOOM）57

3.4.5 洞穴式虚拟环境（CAVE）58

3.4.6 PowerWal58

第4章 纹理映射60

4.1 纹理的定义61

4.1.1 离散法定义61

4.1.2 连续函数法定义62

4.1.3 参数法定义62

4.2 二维纹理映射62

4.2.1 纹理坐标值的确定62

4.2.2 两步法纹理映射64

4.2.3 几何纹理映射65

4.3 环境映射66

4.3.1 立方体环境映射67

4.3.2 球面环境映射68

4.4 mip-map纹理映射71

4.4.1 mip-map纹理映射技术71

4.4.2 mip-map纹理映射算法实现72

4.4.3 clip-map纹理73

第5章 多分辨率模型75

5.1 LOD概述75

5.1.1 LOD的基本思想75

5.1.2 LOD分类77

5.2 误差测度79

5.2.1 几何距离误差80

5.2.2 曲率82

5.2.3 屏幕误差83

5.2.4 属性误差84

5.3 视点相关计算85

5.3.1 视区内外判断85

5.3.2 表面方向判断87

5.3.3 对象屏幕投影判断88

5.4 典型的LOD模型生成算法89

5.4.1 近平面合并法89

5.4.2 几何元素（顶点／边／面）删除法90

5.4.3 重新划分算法91

5.4.4 聚类算法91

5.4.5 小波分解算法92

第6章 大规模战场地形建立93

6.1 概述93

6.2 地形分割95

6.2.1 网格构网方式95

6.2.2 四叉树结构96

6.2.3 二叉树结构97

6.3 误差度量98

6.3.1 基于视点距离的误差度量99

6.3.2 基于几何空间误差的度量方式99

6.3.3 基于屏幕投影误差的度量方式100

6.4 基于硬件细分的LOD地形算法100

6.4.1 硬件构网的地形渲染算法101

6.4.2 分块四叉树组织结构101

6.4.3 活动节点的判定与视锥体裁剪103

6.4.4 细分队列的生成与更新104

6.4.5 基于连续视点距离的地形块细分104

6.4.6 Patch地形块间的无缝细分106

6.4.7 细分计算着色器中的置换贴图107

第7章 仿真实体模型的动态控制108

7.1 碰撞检测技术108

7.1.1 碰撞检测技术基本原理108

7.1.2 轴向包围盒的碰撞检测111

7.1.3 包围球的碰撞检测113

7.1.4 方向包围盒检测算法114

7.1.5 离散方向多面体检测法116

7.2 地形匹配118

7.2.1 点匹配119

7.2.2 线匹配算法120

7.2.3 面匹配算法121

7.2.4 四点匹配算法123

7.2.5 六点匹配算法124

7.2.6 其他使用约束的三点匹配算法124

7.3 地形匹配投影点的查找125

7.3.1 RSG中点的查找125

7.3.2 TIN中点的查找126

7.3.3 投影点高程的计算127

7.3.4 点的查找优化128

7.3.5 参考点计算130

7.3.6 姿态与突变控制131

第8章 海面建模绘制技术132

8.1 波浪建模绘制技术132

8.1.1 波浪的基础概念132

8.1.2 波浪建模方法132

8.1.3 折射和绕射仿真135

8.2 岛礁近岸海浪仿真137

8.2.1 岛礁近岸波浪建模137

8.2.2 波浪的卷曲和破碎138

8.3 波浪的折射和绕射139

8.3.1 阻障和遮挡作用140

8.3.2 岛礁背浪侧绕射141

8.4 波浪的绘制142

8.4.1 折射和绕射绘制142

8.4.2 层次细节模型建立143

第9章 基于OSG的仿真系统145

9.1 OSG简介145

9.1.1 OSG概述145

9.1.2 OSG体系结构（图9.1）145

9.1.3 OSG资源149

9.2 基本场景构建149

9.2.1 Hello World149

9.2.2 场景中模型处理150

9.2.3 模型几何变换152

9.2.4 模型的拾取153

9.2.5 几何体创建155

9.2.6 文字显示158

9.2.7 公告牌技术159

9.2.8 LOD160

9.3 真实感161

9.3.1 纹理与映射162

9.3.2 光照166

9.3.3 阴影168

9.4 人机交互170

9.4.1 交互过程170

9.4.2 使用键盘171

9.4.3 鼠标173

9.4.4 漫游174

9.4.5 视线碰撞检测177

9.5 粒子系统179

9.5.1 粒子系统简介179

9.5.2 预定义的特效180

9.5.3 自定义的特效181

9.6 动画184

9.6.1 节点更新与事件回调184

9.6.2 简单动画185

9.6.3 显示模型自带的动画187

9.6.4 控制开关和自由度187

第10章 基于osgEarth的地理环境仿真190

10.1 osgEarth介绍190

10.2 建立地图Map191

10.2.1 配置文件中进行加载192

10.2.2 非配置文件加载193

10.3 经纬度及高程信息显示195

10.3.1 求经纬度坐标195

10.3.2 求高程数据195

10.3.3 求精确高程数据195

10.3.4 经纬度信息显示实例196

10.4 实体模型加载197

10.4.1 运行时加载模型（图10.5）197

10.4.2 配置文件中加载198

10.5 注记199

10.5.1 PlaceNode199

10.5.2 LabelNode199

10.5.3 画线200

10.5.4 画圆200

10.5.5 绘制椭圆201

10.5.6 绘制多边形201

10.5.7 绘制矩形202

10.5.8 绘制图标202

10.5.9 绘制挤出多边形202

10.6 矢量数据加载203

10.6.1 运行时加载203

10.6.2 配置文件中加载204

10.7 一个完整的数字城市程序分析206

参考文献211