基本信息
【插图】
内容简介
作译者
译者序
序 言
前 言
作者简介
第一部分 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
序 言
前 言
作者简介
第一部分 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
目录
译者序
序 言
前 言
作者简介
第一部分 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
序 言
前 言
作者简介
第一部分 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
前言
第2版简介
本书第2版已经酝酿了很长一段时间（碰巧的是，它在Ivan Sutherland的第一台头戴式显示器（HMD）问世50周年之际出版）。在第1版中，考虑到用于创建沉浸式体验的技术将不断发展，当时的目标是尽可能以一种与时代或技术无关的方式来讨论主题。我们认为第1版在这方面是比较成功的。
本书第1版的最后一行是：“我们（早期VR开发人员）现在正在开发的就是未来。我们需要为建立在当下工作基础上的未来做好准备。”这基本上是正确的，现在我们正乘着更大的浪潮—甚至是无法控制的浪潮，但我们仍然可以指引一条道路，并做出自己的贡献。
第1版关于“未来”的一章（第9章）中所预期的大部分内容已经快速成为现实，甚至比我们在5年前开始修订本书时想象的还要快。我们没有预料到智能手机和平板电脑会有如此迅速的发展，尤其是它们对虚拟现实的贡献。我们没想到出现了一种全新的位置跟踪方法，事实上出现了两种新技术：Vive Lighthouse跟踪系统和SLAM内部/外部跟踪方法。这些技术通过扫描周围世界，检测出相对于已知世界的运动。实际上，在对第1版进行更新的同时，我们被智能手机VR/Oculus Kickstarter以及2016年发布的三款消费级HMD（Oculus CV-1、HTCVive和索尼PlayStation-VR）的浪潮所震撼。因此，随着新的技术及应用趋势开始形成，我们最终做了比原计划更重要的更新。
我们还惊讶地发现，2000年在伊利诺伊州国会大厦进行的虚拟现实产品展会的参与者之一—伊利诺伊州的一名参议员，后来变得相当有名（见图8.11d）。（在第1版的图7.5中，你会看到他戴着我们为Allstate Insurance设计的酒后驾驶模拟器跟踪眼镜。）
虚拟现实社区也是游戏产业的幕后推手。在GPU为电脑游戏带来新的渲染功能的同时，虚拟现实的发展亦得到很大的推动。此外，智能手机技术也对虚拟现实的发展大有助力，包括小型、平板、高分辨率的显示器，来自惯性传感器（GPS、倾斜、罗盘等）的输入，以及新的计算技术。当然，随着元件价格的不断降低，支持Oculus HMD的游戏爱好者也成为推动虚拟现实技术进步的重要力量。
虚拟现实涉及计算机科学、工程、感知心理学、艺术和物理等众多领域的知识。毫无疑问，虚拟现实教学已经发生了改变，并且变得越来越好。在过去，我们可能会在校园边缘（甚至校外）为学生提供一个实验室，他们可能要和研究人员共享虚拟现实显示器，不管是CAVE沉浸式系统还是HMD。在Google Cardboard被广泛使用之后，现在学生可以方便地开发和测试虚拟现实技术。后来，随着大学在更多的公共空间（包括图书馆）部署HMD实验室，学生现在可以使用全6-DOF虚拟现实体验。此外，在虚拟现实教学领域出现了更多更易于使用的软件工具包，这些工具包将游戏引擎与虚拟现实技术整合，其中很多都用到了Unity。
但总的来说，虚拟现实作为一种媒介的概念是没有改变的。设计标准与过去仍然是相同的，尽管我们可能比以前更了解在特定情况下什么方法是有效的。
第2版中展示的例子是新旧混合的。当我们能找到更好的现代例子时，我们就采用新例子；但当旧例子仍然是某些概念的最佳例证时，它们就被保留下来。新的界面和表示方式已经开始合并，但这可能不是最好的选择，一些好的想法已经半途而废，但仍需要进一步探索。自从第1版出版后，我们又出版了另一本书（Developing Virtual Reality Applications），其中介绍了许多很好的例子（有些现在已经成为历史了），这些都应该在开发下一代虚拟现实体验时加以考虑。此外，Alan Craig还写了一本名为Understanding Augmented Reality的书，专门讨论AR。
这是一本什么样的书
本书的目的是探讨如何利用虚拟现实作为人类交流的媒介，在人与人之间分享信息和经验。我们试图提供对虚拟现实媒介的全面概述，包括产生物理沉浸效果所需的技术和提供有用和有意义的内容所需的界面设计。
虚拟现实的研究正从主要关注技术转向越来越关注使用虚拟现实媒介可以做什么，这正在推动应用的发展。早期对技术的关注不是因为研究人员对这种新兴媒介能做什么缺乏兴趣，而是因为技术本身在很多方面都存在缺陷。研究人员—例如北卡罗来纳大学教堂山分校的Fred Brooks—的工作目标是可用的应用程序，但认识到需要在计算机图形、显示和跟踪设备等领域取得重大进展，因此被迫将他们的研究扩展到所有这些方向。
随着所需技术的普及和技术水平的提高，虚拟现实媒介已经成为一种完成研究的可行工具，而不仅仅是一个研究主题。从20世纪80年代末到90年代初，随着技术的进步，越来越多的研究中心（商业界和学术界）有能力尝试虚拟现实。现在技术的成本已经足够低，不仅可以用于大型研究设施，也可以用于大众市场。因此，在消费者层面上，使用和创作VR内容在很大程度上变得物有所值。这本书探讨了在科学、工业、艺术、教育和医学等领域开发虚拟现实应用程序需要做好哪些准备。
就像娱乐业推动了计算机图形技术的发展一样，电影、街机和家庭娱乐市场率先开发了虚拟现实的商业潜力。这些力量正促使虚拟现实产品价格进入一个合理的范围，以便更广泛地应用。在一些利基受众中，已经出现了许多可行的科学、工业、医疗、教育和艺术应用。事实上，许多例子都来自现实世界的VR应用，包括科学、制造、商业、医学、教育、体育、娱乐、艺术和军事等不同领域。
我们写这本书的目的是提供关于虚拟现实媒介的综合描述，包括如何使用虚拟现实，以及如何创建引人注目的VR应用程序。书中探讨了虚拟现实的起源，虚拟现实系统的组成部分，以及将人类参与者与虚拟世界连接起来的方法。虽然我们简单地讨论了虚拟现实系统的类型和它们之间的区别，但是我们避免详细讨论硬件技术，因为技术发展得太快，仅凭一本书无法深入讨论，而且读者可以通过其他资源来获取这些信息。最新、最详细的信息通常可以在会议、展会或线上找到。
这不是一本什么样的书
这本书不是关于如何用今天的技术实现VR系统的教程。我们认为这本书的读者将会在内容层面上理解并应用虚拟现实。我们的目标是写一本超越当今技术的有用的书。对于那些需要学习底层VR设备接口的人来说，目前有许多可用的资源。
这本书也不涉及虚拟现实或计算机图形的编程知识。相反，本书的重点是内容、交互、系统集成和可用性方面。此外，通过与其他虚拟现实编程资源的整合，本书也可作为虚拟现实编程课程的参考书。
只要有可能，我们将尽力帮助读者获得有效的信息，并学会把实用的信息和噱头区分开来。人们一直指责虚拟现实仅仅是一种技术创新，但在媒体上被过度宣传。虽然媒体对虚拟现实有一定的炒作，但我们相信（并希望在接下来的章节中证明）虚拟现实是一种有用的新兴媒介，并且是一种不容忽视的媒介。聪明的读者会认识到新媒介的力量，并以建设性的方式在自己的应用程序中利用它。
本书的读者对象
本书第2版已经酝酿了很长一段时间（碰巧的是，它在Ivan Sutherland的第一台头戴式显示器（HMD）问世50周年之际出版）。在第1版中，考虑到用于创建沉浸式体验的技术将不断发展，当时的目标是尽可能以一种与时代或技术无关的方式来讨论主题。我们认为第1版在这方面是比较成功的。
本书第1版的最后一行是：“我们（早期VR开发人员）现在正在开发的就是未来。我们需要为建立在当下工作基础上的未来做好准备。”这基本上是正确的，现在我们正乘着更大的浪潮—甚至是无法控制的浪潮，但我们仍然可以指引一条道路，并做出自己的贡献。
第1版关于“未来”的一章（第9章）中所预期的大部分内容已经快速成为现实，甚至比我们在5年前开始修订本书时想象的还要快。我们没有预料到智能手机和平板电脑会有如此迅速的发展，尤其是它们对虚拟现实的贡献。我们没想到出现了一种全新的位置跟踪方法，事实上出现了两种新技术：Vive Lighthouse跟踪系统和SLAM内部/外部跟踪方法。这些技术通过扫描周围世界，检测出相对于已知世界的运动。实际上，在对第1版进行更新的同时，我们被智能手机VR/Oculus Kickstarter以及2016年发布的三款消费级HMD（Oculus CV-1、HTCVive和索尼PlayStation-VR）的浪潮所震撼。因此，随着新的技术及应用趋势开始形成，我们最终做了比原计划更重要的更新。
我们还惊讶地发现，2000年在伊利诺伊州国会大厦进行的虚拟现实产品展会的参与者之一—伊利诺伊州的一名参议员，后来变得相当有名（见图8.11d）。（在第1版的图7.5中，你会看到他戴着我们为Allstate Insurance设计的酒后驾驶模拟器跟踪眼镜。）
虚拟现实社区也是游戏产业的幕后推手。在GPU为电脑游戏带来新的渲染功能的同时，虚拟现实的发展亦得到很大的推动。此外，智能手机技术也对虚拟现实的发展大有助力，包括小型、平板、高分辨率的显示器，来自惯性传感器（GPS、倾斜、罗盘等）的输入，以及新的计算技术。当然，随着元件价格的不断降低，支持Oculus HMD的游戏爱好者也成为推动虚拟现实技术进步的重要力量。
虚拟现实涉及计算机科学、工程、感知心理学、艺术和物理等众多领域的知识。毫无疑问，虚拟现实教学已经发生了改变，并且变得越来越好。在过去，我们可能会在校园边缘（甚至校外）为学生提供一个实验室，他们可能要和研究人员共享虚拟现实显示器，不管是CAVE沉浸式系统还是HMD。在Google Cardboard被广泛使用之后，现在学生可以方便地开发和测试虚拟现实技术。后来，随着大学在更多的公共空间（包括图书馆）部署HMD实验室，学生现在可以使用全6-DOF虚拟现实体验。此外，在虚拟现实教学领域出现了更多更易于使用的软件工具包，这些工具包将游戏引擎与虚拟现实技术整合，其中很多都用到了Unity。
但总的来说，虚拟现实作为一种媒介的概念是没有改变的。设计标准与过去仍然是相同的，尽管我们可能比以前更了解在特定情况下什么方法是有效的。
第2版中展示的例子是新旧混合的。当我们能找到更好的现代例子时，我们就采用新例子；但当旧例子仍然是某些概念的最佳例证时，它们就被保留下来。新的界面和表示方式已经开始合并，但这可能不是最好的选择，一些好的想法已经半途而废，但仍需要进一步探索。自从第1版出版后，我们又出版了另一本书（Developing Virtual Reality Applications），其中介绍了许多很好的例子（有些现在已经成为历史了），这些都应该在开发下一代虚拟现实体验时加以考虑。此外，Alan Craig还写了一本名为Understanding Augmented Reality的书，专门讨论AR。
这是一本什么样的书
本书的目的是探讨如何利用虚拟现实作为人类交流的媒介，在人与人之间分享信息和经验。我们试图提供对虚拟现实媒介的全面概述，包括产生物理沉浸效果所需的技术和提供有用和有意义的内容所需的界面设计。
虚拟现实的研究正从主要关注技术转向越来越关注使用虚拟现实媒介可以做什么，这正在推动应用的发展。早期对技术的关注不是因为研究人员对这种新兴媒介能做什么缺乏兴趣，而是因为技术本身在很多方面都存在缺陷。研究人员—例如北卡罗来纳大学教堂山分校的Fred Brooks—的工作目标是可用的应用程序，但认识到需要在计算机图形、显示和跟踪设备等领域取得重大进展，因此被迫将他们的研究扩展到所有这些方向。
随着所需技术的普及和技术水平的提高，虚拟现实媒介已经成为一种完成研究的可行工具，而不仅仅是一个研究主题。从20世纪80年代末到90年代初，随着技术的进步，越来越多的研究中心（商业界和学术界）有能力尝试虚拟现实。现在技术的成本已经足够低，不仅可以用于大型研究设施，也可以用于大众市场。因此，在消费者层面上，使用和创作VR内容在很大程度上变得物有所值。这本书探讨了在科学、工业、艺术、教育和医学等领域开发虚拟现实应用程序需要做好哪些准备。
就像娱乐业推动了计算机图形技术的发展一样，电影、街机和家庭娱乐市场率先开发了虚拟现实的商业潜力。这些力量正促使虚拟现实产品价格进入一个合理的范围，以便更广泛地应用。在一些利基受众中，已经出现了许多可行的科学、工业、医疗、教育和艺术应用。事实上，许多例子都来自现实世界的VR应用，包括科学、制造、商业、医学、教育、体育、娱乐、艺术和军事等不同领域。
我们写这本书的目的是提供关于虚拟现实媒介的综合描述，包括如何使用虚拟现实，以及如何创建引人注目的VR应用程序。书中探讨了虚拟现实的起源，虚拟现实系统的组成部分，以及将人类参与者与虚拟世界连接起来的方法。虽然我们简单地讨论了虚拟现实系统的类型和它们之间的区别，但是我们避免详细讨论硬件技术，因为技术发展得太快，仅凭一本书无法深入讨论，而且读者可以通过其他资源来获取这些信息。最新、最详细的信息通常可以在会议、展会或线上找到。
这不是一本什么样的书
这本书不是关于如何用今天的技术实现VR系统的教程。我们认为这本书的读者将会在内容层面上理解并应用虚拟现实。我们的目标是写一本超越当今技术的有用的书。对于那些需要学习底层VR设备接口的人来说，目前有许多可用的资源。
这本书也不涉及虚拟现实或计算机图形的编程知识。相反，本书的重点是内容、交互、系统集成和可用性方面。此外，通过与其他虚拟现实编程资源的整合，本书也可作为虚拟现实编程课程的参考书。
只要有可能，我们将尽力帮助读者获得有效的信息，并学会把实用的信息和噱头区分开来。人们一直指责虚拟现实仅仅是一种技术创新，但在媒体上被过度宣传。虽然媒体对虚拟现实有一定的炒作，但我们相信（并希望在接下来的章节中证明）虚拟现实是一种有用的新兴媒介，并且是一种不容忽视的媒介。聪明的读者会认识到新媒介的力量，并以建设性的方式在自己的应用程序中利用它。
本书的读者对象
序言
我们的生活是在融合了真实和虚拟的混合现实中度过的。在这样的现实中，我们一天中的大部分时间都被综合的体验所填满，甚至体验的“虚拟”现实可能还要多于“真实”现实。我们常常专注于手机，而不是身边的物理环境。
我相信，混合现实有潜力重塑经济，它对环境几乎没有破坏，并能激发更令人满意的创造、合作和交流。然而，如果人们坐在同一张餐桌对面互发手机短信，孩子们在纸质杂志上徒劳地“捏拉”图片试图缩小或放大，这样的场景看起来似乎有些荒谬。但这只是因为我们没能以足够开放的心态去接受一种新的媒介，这种媒介将我们从物质世界的束缚中解放出来，同时又让我们在感知上扎根于自己的身体。
我们正处于从工业化时代向信息化时代过渡的过程中。充满电子邮件和网络表单的令人麻木的生活是过去思维的残留，我们现在必须去探索这个新的世界中可能存在的感知、认知和情感力量，并研究心灵、思维和身体是如何快乐地栖息在虚拟世界中的。
1992年（就在我遇见两位作者的那一年）我就说过：“设计师必须抛弃日常感知的物理环境和其他媒介的特性，这样才能完全接纳虚拟环境的本质和特性。”随着领域的发展，我发现这一点变得越来越重要：超现实主义在虚拟环境设计中是非常重要的，因为它的反直觉能力能够在超越现实的同时增强存在感。
心理学家J. J. Gibson提出，人类理解环境的方式是，首先建模环境中存在的事物，然后是环境能提供给我们什么，最后是环境能让我们做什么。这就是我对这本书的看法。它超越了对虚拟现实的一般粗略描述，即那些只触及媒介表面情况的简单描述，至多涉及一些结构和背景。本书则深入其中，从历史、感知、技术、艺术等多个视角切入主题。这样不仅能帮助读者了解虚拟现实这种媒介是什么，还能使读者清楚这种媒介能做什么。
虚拟现实技术还在不断发展变化，我们无法准确预知它的未来走向。正因如此，虚拟现实的创造力才令我们如此兴奋。同时，我们也开始发现虚拟现实技术的一些边界。我很欣赏两位作者强调“虚拟现实体验是开发者和参与者共同创造的”这一说法，在这种合作中，我们更有可能发现好故事而不仅仅是听别人讲故事。
本书并不是一本带有简洁答案的教科书，而是搭建了一个框架，使读者能够开展自己的探索和实验。很高兴向大家推荐这本探索指南，让我们共同探寻新现实的本质。
Mark Bolas
华盛顿贝尔维尤
我相信，混合现实有潜力重塑经济，它对环境几乎没有破坏，并能激发更令人满意的创造、合作和交流。然而，如果人们坐在同一张餐桌对面互发手机短信，孩子们在纸质杂志上徒劳地“捏拉”图片试图缩小或放大，这样的场景看起来似乎有些荒谬。但这只是因为我们没能以足够开放的心态去接受一种新的媒介，这种媒介将我们从物质世界的束缚中解放出来，同时又让我们在感知上扎根于自己的身体。
我们正处于从工业化时代向信息化时代过渡的过程中。充满电子邮件和网络表单的令人麻木的生活是过去思维的残留，我们现在必须去探索这个新的世界中可能存在的感知、认知和情感力量，并研究心灵、思维和身体是如何快乐地栖息在虚拟世界中的。
1992年（就在我遇见两位作者的那一年）我就说过：“设计师必须抛弃日常感知的物理环境和其他媒介的特性，这样才能完全接纳虚拟环境的本质和特性。”随着领域的发展，我发现这一点变得越来越重要：超现实主义在虚拟环境设计中是非常重要的，因为它的反直觉能力能够在超越现实的同时增强存在感。
心理学家J. J. Gibson提出，人类理解环境的方式是，首先建模环境中存在的事物，然后是环境能提供给我们什么，最后是环境能让我们做什么。这就是我对这本书的看法。它超越了对虚拟现实的一般粗略描述，即那些只触及媒介表面情况的简单描述，至多涉及一些结构和背景。本书则深入其中，从历史、感知、技术、艺术等多个视角切入主题。这样不仅能帮助读者了解虚拟现实这种媒介是什么，还能使读者清楚这种媒介能做什么。
虚拟现实技术还在不断发展变化，我们无法准确预知它的未来走向。正因如此，虚拟现实的创造力才令我们如此兴奋。同时，我们也开始发现虚拟现实技术的一些边界。我很欣赏两位作者强调“虚拟现实体验是开发者和参与者共同创造的”这一说法，在这种合作中，我们更有可能发现好故事而不仅仅是听别人讲故事。
本书并不是一本带有简洁答案的教科书，而是搭建了一个框架，使读者能够开展自己的探索和实验。很高兴向大家推荐这本探索指南，让我们共同探寻新现实的本质。
Mark Bolas
华盛顿贝尔维尤
媒体评论
本书从历史、感知、技术、艺术等多个视角切入主题，不仅能帮助读者了解虚拟现实这种媒介是什么，还能使读者清楚这种媒介能做什么。我很欣赏两位作者强调“虚拟现实体验是开发者和参与者共同创造的”这一说法，在这种合作中，我们更有可能发现好故事而不仅仅是听别人讲故事。
——Mark Bolas，曾任美国南加州大学教授，Oculus创始人Palmer Luckey的导师
随着虚拟现实技术的不断发展和消费级虚拟现实产品的增多，人们对虚拟现实的关注正在从技术层面转向内容和应用层面。本书的目的是探讨如何充分利用虚拟现实这种媒介在人与人之间分享信息和经验，不仅包括对相关概念和背景的全面概述，而且深入讨论了产生物理沉浸效果所需的技术和提供有意义的内容所需的界面（接口）设计。
本书特色
更新大量实例，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。
专注于内容、交互、系统集成和可用性方面，讨论如何更有效地将人类参与者与虚拟世界连接起来，但不展开讨论硬件技术的细节，也不涉及虚拟现实或计算机图形学编程。
既适合希望了解如何将虚拟现实技术应用于特定领域的读者，也能满足侧重于系统、应用或媒介研究等不同方向的课程的教学需求。
——Mark Bolas，曾任美国南加州大学教授，Oculus创始人Palmer Luckey的导师
随着虚拟现实技术的不断发展和消费级虚拟现实产品的增多，人们对虚拟现实的关注正在从技术层面转向内容和应用层面。本书的目的是探讨如何充分利用虚拟现实这种媒介在人与人之间分享信息和经验，不仅包括对相关概念和背景的全面概述，而且深入讨论了产生物理沉浸效果所需的技术和提供有意义的内容所需的界面（接口）设计。
本书特色
更新大量实例，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。
专注于内容、交互、系统集成和可用性方面，讨论如何更有效地将人类参与者与虚拟世界连接起来，但不展开讨论硬件技术的细节，也不涉及虚拟现实或计算机图形学编程。
既适合希望了解如何将虚拟现实技术应用于特定领域的读者，也能满足侧重于系统、应用或媒介研究等不同方向的课程的教学需求。
