增強現實：技術、應用和人體因素 ( 簡體 字) |
| 作者：[美] 史蒂夫·奧庫斯坦奈斯（Steve Aukstakalnis） 著 | 類別：1. -> 程式設計 -> VR+AR |
| 譯者： |
| 出版社：機械工業出版社 |  3dWoo書號： 47950
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NT售價： 395 元 |
| 出版日：11/1/2017 |
| 頁數：283 |
| 光碟數：0 |
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| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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| ISBN：9787111581680 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：盡管增強現實和虛擬現實對公眾很有吸引力，但了解這些系統實際上如何運作的人很少。AR和VR技術被視為給游戲和娛樂帶來更好體驗的酷技術，但除此之外，大家的理解還是比較模糊的。AR和VR最早的一波熱潮出現在20世紀90年代初，現在新一代的懂技術的年輕人和專家表現出了與20年前相同的興趣和迷戀，但幾乎沒有最新的資料能夠清楚地解釋這些實現技術，它們要如何利用人類感知系統的優勢，除了游戲之外，哪些領域展示了各種現有的以及解決實際問題的應用的多樣性。本書的目的就是填補這塊空缺。
讀者應該意識到，雖然最新一代的核心產品來自天才，但是增強現實和虛擬現實的真正開拓者出現在科學文獻、技術短文、會議論文集，以及20世紀80年代和90年代的專利中。像湯姆·弗內斯、馬克·博拉斯、史蒂芬R.埃利斯、斯科特·費希爾、沃倫·羅比內特、納撒尼爾·杜拉赫、伊恩·麥克道爾、弗雷德·布魯克斯、亨利·福克斯、伊麗莎白·文策爾、斯科特·福斯特、杰倫·拉尼爾和湯姆·德芬蒂，他們在實驗室里靜靜地工作，解決著眾多難題，開發著創新的硬件和軟件方案，探索著相關的人類感知，為這個領域的再次興起打下了基礎。
而我站在他們的肩膀上。
誰應該讀這本書
本書的目的是作為計算機科學、工程、建筑，以及與AR和VR系統一樣用到標準計算機可視化技術的其他領域中的本科生和研究生課程的補充讀物。
如果你在從事商業、工程、科學領域的工作，本書將給你帶來大量的應用場景，這些技術在設計質量、成本控制、高效協作、制造流程以及提高對數據的理解方面都有著深刻的影響。
如果你是一位游戲玩家或者一般的AR/VR愛好者，本書將是理想的讀物。書中提供了扎實的感官機制基礎知識，以及基本的頭戴式顯示設備、空間聲音、傳感器和一系列觸覺/力反饋設備的實現技術。
盡管沒有其他特定的背景知識要求，但作者假定大家對計算原理和人類生物學有基本的理解。
本書的組織結構
本書深入淺出地解釋了增強現實和虛擬現實系統。相比深入講解各種實現技術，本書首先會介紹視覺、聽覺、觸覺的機制，分別緊跟其后的是對可穿戴顯示器、3D音頻系統、觸覺/
力反饋設備的解釋。目標是幫助讀者理解和欣賞我們非凡的感知機制如何直接影響相關實現技術的設計和應用，以及嘗試達到的性能范圍。
本書分為以下四部分。
第一部分由2章組成，介紹一些基本概念，比如：對增強和沉浸式顯示器以及它們的歷史的清晰描述、視覺空間和內容的闡述、三維空間中的位置和方向、常用坐標系和一般的導航方法。
第二部分由10章組成，探索視覺、聽覺、觸覺的機制，以及對圖像、音頻和觸覺顯示器的關鍵實現技術，還有傳感器和輸入設備的闡述。
第三部分由8章組成，提供案例學習和各式各樣的有關增強和虛擬現實技術的現有應用，涉及領域包括：娛樂、建筑和施工、科學和工程、醫療保健和醫學、教育和培訓、遙控機器人等。
第四部分由3章組成，解釋與增強和沉浸式顯示器使用相關的關鍵人體因素問題、法律和社會考慮，以及對未來的關鍵硬件和軟件技術的展望。
以下是對每章的詳細描述。
第一部分包括第1章和第2章。
第1章概述增強和沉浸式顯示系統，包括光學和視頻透視變體，以及它們的歷史。
第2章概述了虛擬空間的基本概念，包括與物理空間的相似之處和不同之處，用于定義、描述、組織空間的約定，還有導航的方法。
第二部分包括第3章∼第12章。
第3章探索使我們能夠從視覺上感知真實和虛擬世界的生理過程，包括視覺通路、空間視覺、單目和立體深度線索的回顧。
第4章探討目鏡、顯示方式、成像和顯示技術，以及光學架構。
第5章探索市面上眾多的單目和雙目增強顯示器，強調它們的關鍵功能和設計差異，以及它們最初的用途。
第6章介紹最新一代的商用完全沉浸式的頭盔顯示器，涵蓋了多種類別，從個人計算機和控制臺驅動設備到基于現代智能手機的低端系統。
第7章解釋我們的耳朵如何將空氣分子平均密度中的快速變化轉化為我們所感知的聲音，大腦如何定位和分離聲源，聲音的線索如何有助于在虛擬環境中的整體沉浸感。
第8章詳述增強和虛擬現實系統中使用的各種類型的音頻顯示和空間聲音解決方案，研究它們的功能差異和每種最有利的應用設置的類型。
第9章探索使我們產生觸覺的機制，包括皮膚的解剖、各種機械感受器和本體感受器的功能和能力范圍，以及觸覺和動覺線索如何補充視覺和音頻顯示。
第10章探討一些用來產生觸覺和動覺線索的技術與產品解決方案，以及充分發揮觸覺力量的挑戰。
第11章涵蓋各種關鍵的傳感器技術，用于跟蹤用戶的位置、方向和運動，頭盔顯示器以及輸入設備。
第12章涵蓋一些當前新興的技術解決方案，實現了導航以及虛擬環境和其中的虛擬物體的交互。
第三部分包括第13章∼第20章。
第13章挖掘在藝術和娛樂領域的增強和沉浸式系統中的一些獨特應用，包括多人第一人稱游戲（MFPG）、基于位置的娛樂和電影的虛擬現實。本章還著重強調在該應用領域運用這些新技術所帶來的優勢和挑戰。
第14章通過案例研究闡述各種不同的增強和沉浸式顯示器的使用方式，可用于解決設計可視化、通信和項目管理所帶來的挑戰。
第15章探索這些技術在廣泛的不同領域的實際持續應用，比如太空系統、海軍建筑、汽車工程、海洋工程和核工程。
第16章介紹增強和沉浸式顯示的應用，包括醫師培訓、創傷后應激障礙（PTSD）和恐懼癥的治療、血管成像、醫療信息等領域，并強調與傳統方法相比，這些解決方案的優勢和益處。
第17章展示增強和沉浸式顯示、空間音頻、觸覺/力反饋系統充分利用人類感知系統在復雜機器控制中的優勢的案例研究，例如噴氣飛機訓練宇航員并幫助完善技能集，以及戰場上士兵的態勢感知。
第18章探索增強和沉浸式系統在有形技能培訓方面一些已有的、影響重大的應用，幫助學生學習復雜領域的抽象概念，比如建筑學、兒童體驗式學習。
第19章展示沉浸式顯示在由許多科學研究和業務運作產生的海量數據集中獲取數據、可視化以及處理數據的應用。
第20章探討幾個通過先進的可視化和控制技術在遠程操作半自主機器人系統的應用例子。
第四部分包括第21章∼第23章。
第21章著眼于使用這些先進的可視化工具導致的一些不容忽視的并發癥和身體上的副作用，包括視覺誘發的暈動癥和視覺輻輳調節沖突。此外，該章還提出可以采取的把影響降到最低的步驟。
第22章探討由商用增強和沉浸式顯示技術的興起而帶來的一些意義深遠的法律、社會和倫理問題，包括產品安全、潛在的法院申請書和提交證據、第一人稱游戲越來越多的暴力場景和批判現實主義等問題。
第23章探討這些關鍵組件技術的下一個重大進展，指出短期和長期的前景，以及這些變化將帶來的好處。
此外，本書最后有兩個附錄。
附錄A，包括前面每章括號內的參考書目引用。
附錄B，提供一個匯總表，包括幾十個視覺顯示器、空間音頻解決方案、觸覺/力反饋設備、位置/方向傳感器，以及制造商的網址。還有為定制自己系統的開發者而提供的各種DIY資源列表，以及產品商標列表。
注釋 指出有用或有趣的信息和事實。
配套站點
本書的配套站點是 PracticalAR.com 。這個網站將定期更新產品、傳感器和應用，以及重要論文和報告的超鏈接、作者博客等。
致謝
無論是撰寫哪種類型的圖書，都需要一定的時間、大量的研究和多方面的幫助。那些支持我、鼓勵我、鞭策我的朋友，他們在本書出版中扮演著關鍵的角色。為此，我要向培生集團Addison-Wesley的執行主編勞拉·勒溫表達我最深的謝意，是她提供了這次寫作機會，并在整個過程中促使我努力保持書稿的高質量和高標準。同樣要衷心地感謝編輯和制作團隊。邱松林是一位注重細節的策劃編輯。編輯助理奧利維亞·基吉奧為本書的出版提供了很多至關重要的支持和幫助。
此外，本書也深受技術審校小組的影響，美國國家航空航天局噴氣推進實驗室的維克多·羅、Sensics的執行總監尤瓦爾·博格、密歇根大學UM3D實驗室的埃里克·馬斯羅斯基，以及AMD公司研究員卡爾·威克蘭，等等。非常感謝你們提供的見解、建議和修正意見。
致我的朋友和同事們，包括史蒂文“1234”哈里斯、皮特和索尼婭、約翰和史黛西、伯尼和娜奧米，以及我在HCBC的其他朋友，感謝你們的鼓勵和支持。
致我的家庭：心存感恩，不忘初心。 |
內容簡介：本書由美國國家科學基金會AR/VR技術資深專家親筆撰寫，美國國家航空航天局噴氣推進實驗室高級技術主管Victor Luo作序推薦，Amzon全五星評價，是一本關于增強現實、虛擬現實系統和可穿戴計算設備在技術、應用及人體因素方面的權威學習指南。
本書首先深入淺出地解釋了增強現實和虛擬現實系統，介紹了相關的基本概念。之后深入探討人類視覺、聽覺和觸覺的機制，并展示這些感知機制如何直接影響可穿戴顯示器、3D音頻系統以及觸覺/力反饋設備的設計和使用。接下來結合大量應用場景，詳細闡述這些技術的現實應用，涵蓋游戲、娛樂、大數據可視化、建筑、工程、航空航天、國防、醫藥和遠程機器人等領域。不僅如此，書中還充分考慮了這些系統的人體因素，包括感官和運動神經生理學的限制、單眼和雙眼深度線索、造成視覺暈動癥和惡心的因素，以及輻輳調節沖突。最后，通過評估新興出現的AR/VR和可穿戴技術的法律及社會影響，描述下一代系統的藍圖。
全書理論與實踐相結合，全面而深入地闡述AR/VR相關基礎知識及各種實現技術和應用，并著重闡述前沿的顯示器、傳感器，以及其他已經商用或即將推出的技術和工具，是AR/VR相關從業人員和學生的必備參考。 |
目錄：本書贊譽
譯?者?序
推薦序一
推薦序二
推薦序三
前 言
第一部分 增強現實和虛擬現實概述
第1章 計算機產生的世界 2
1.1 什么是增強現實 2
1.1.1 平視顯示器 3
1.1.2 頭戴式瞄準具和顯示器 5
1.1.3 智能眼鏡和增強型顯示器 5
1.2 什么是虛擬現實 7
1.3 結論 9
第2章 了解虛擬空間 10
2.1 視覺空間的定義和內容 10
2.1.1 視覺和物體空間 11
2.1.2 內容 11
2.2 三維空間中的位置與方向定義 12
2.2.1 位置的定義 13
2.2.2 方向與旋轉的定義 14
2.3 導航 15
2.4 結論 16
第二部分 理解人的感官與其輸入/輸出設備的關系
第3章 視覺的機制 18
3.1 視覺通路 18
3.1.1 進入眼睛 19
3.1.2 映像的形成與探測 22
3.2 空間視覺和深度感知線索 25
3.2.1 非來自于視網膜的信息線索 25
3.2.2 雙眼視覺信息線索 27
3.2.3 單眼視覺信息線索 29
3.3 結論 36
第4章 頭戴式顯示裝置的組成技術… 37
4.1 顯示裝置的基礎知識 37
4.1.1 視覺方式 37
4.1.2 顯示裝置的類型 39
4.1.3 成像和顯示技術 39
4.2 相關術語和概念 44
4.2.1 關于光 45
4.2.2 顯示裝置的性能和特性 45
4.3 視覺結構 47
4.4 結論 52
第5章 增強性顯示裝置 53
5.1 雙眼雙通道式增強現實顯示裝置 53
5.1.1 Epson Moverio BT-300 53
5.1.2 Lumus的DK-50開發套件 55
5.1.3 AtheerAiR眼鏡 56
5.1.4 DAQRI智能頭盔 58
5.1.5 Osterhout設計集團的R-7智能眼鏡 59
5.1.6 NVIS公司的nVisor ST50 61
5.1.7 微軟公司的HoloLens 62
5.1.8 索尼的SmartEyeglass SED-E1 63
5.2 單眼式增強現實顯示裝置 65
5.2.1 Vuzix的M100智能眼鏡 65
5.2.2 Vuzix的M300智能眼鏡 66
5.2.3 Google Glass 67
5.3 結論 69
第6章 完全沉浸式顯示裝置 71
6.1 個人電腦-控制臺驅動的顯示裝置 71
6.1.1 Oculus Rift CV1 71
6.1.2 HTC Vive 73
6.1.3 Sony PlayStation VR 75
6.1.4 開放源碼虛擬現實開發工具包 76
6.2 基于智能手機的顯示裝置 78
6.2.1 Google Cardboard 78
6.2.2 三星GearVR 79
6.3 計算機輔助虛擬環境和墻壁式虛擬環境 80
6.4 半球形和球形 83
6.5 結論 84
第7章 聽覺的機制 85
7.1 定義聲音 85
7.1.1 回聲和混響 86
7.1.2 聽覺的動態范圍 87
7.2 聽覺通道 87
7.2.1 外耳 88
7.2.2 中耳 89
7.2.3 內耳 89
7.2.4 從單耳聽覺到雙耳聽覺 92
7.3 聲音線索和三維定位 92
7.4 前庭系統 96
7.5 結論 97
第8章 聽覺顯示裝置 98
8.1 傳統的音頻設備 98
8.1.1 單耳音頻 98
8.1.2 立體音頻 99
8.1.3 環繞聲 101
8.1.4 雙耳音頻錄制 103
8.2 結論 111
第9章 觸覺的機制 112
9.1 觸覺的科學 112
9.2 皮膚的解剖結構和組成 113
9.2.1 皮膚的層狀結構 113
9.2.2 觸覺 114
9.2.3 運動感覺 121
9.3 結論 123
第10章 觸覺和力反饋裝置 124
10.1 觸錯覺 124
10.2 觸覺反饋裝置 125
10.2.1 Gloveone 126
10.2.2 TeslaSuit 128
10.2.3 幻觸音頻和觸覺聲轉導 130
10.2.4 SubPac 130
10.2.5 Woojer 130
10.2.6 Clark Synthesis公司的Full Contact Audio觸覺音頻轉導器 132
10.3 力反饋裝置 132
10.3.1 CyberGlove Systems公司的CyberGrasp 133
10.3.2 Geomagic Touch X幻觸裝置 134
10.4 結論 135
第11章 跟蹤位置、方向和運動的感應器 136
11.1 感應器技術簡介 136
11.2 光學跟蹤器 137
11.2.1 多攝像頭光學跟蹤器 137
11.2.2 光學感應器 138
11.2.3 微軟的Kinect 140
11.3 信標跟蹤器 141
11.4 電磁跟蹤器 142
11.5 慣性感應器 143
11.5.1 慣性感應器的功能原理 144
11.5.2 集成案例 144
11.6 聲學感應器 145
11.7 結論 147
第12章 導航和交互的實現裝置 148
12.1 二維和三維交互及導航的對比 148
12.2 手動界面的重要性 149
12.3 手和手勢跟蹤 150
12.3.1 手套 150
12.3.2 雙棒/成對控制器 152
12.4 全身跟蹤 154
12.5 游戲和娛樂界面 155
12.6 通過意識導航 156
12.7 結論 157
第三部分 增強和虛擬現實的應用
第13章 游戲與娛樂 160
13.1 虛擬現實與藝術 160
13.2 游戲 161
13.2.1 單人第一人稱游戲 161
13.2.2 多人第一人稱游戲 162
13.2.3 大型多人第一人稱游戲 162
13.2.4 基于位置的娛樂 163
13.3 沉浸式視頻/電影虛擬現實 164
13.4 結論 166
第14章 建筑與施工 167
14.1 人造空間 167
14.2 建筑設計：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 房地產銷售應用 173
14.5 建筑聲學 174
14.6 結論 174
第15章 科學與工程 175
15.1 模擬與創新 175
15.2 船舶制造與海洋工程 175
15.2.1 英國皇家海軍26型全球戰斗艦 176
15.2.2 英國皇家海軍機敏級核潛艇 176
15.3 汽車工程 177
15.4 航空航天工程 179
15.5 核工程與制造業 181
15.6 結論 183
第16章 健康與醫療 184
16.1 推動醫療領域發展 184
16.2 培訓方面的應用 184
16.2.1 HelpMeSee白內障手術模擬器 185
16.2.2 Simodont牙醫培訓系統 186
16.3 治療方面的應用 187
16.3.1 創傷后應激障礙 187
16.3.2 Bravemind 188
16.3.3 恐懼癥 189
16.3.4 血管成像 190
16.3.5 醫學信息學 191
16.4 結論 194
第17章 航空航天與國防 195
17.1 飛行模擬與訓練 195
17.2 任務規劃與預演 197
17.2.1 步兵訓練系統 198
17.2.2 PARASIM虛擬現實降落傘飛行模擬器 198
17.3 步兵情景意識 200
17.4 高級座艙電子設備 202
17.4.1 軍用領域 202
17.4.2 商用航空領域 204
17.4.3 民用領域 205
17.5 太空任務 206
17.6 結論 208
第18章 教育 209
18.1 實踐型技能培養 209
18.1.1 VRTEX 360焊接模擬器 209
18.1.2 SimSpray噴漆培訓系統 211
18.2 理論、知識習得與概念形成 212
18.2.1 建筑專業教育 212
18.2.2 谷歌Expeditions先鋒項目 214
18.3 結論 215
第19章 信息控制與大數據可視化 217
19.1 什么是大數據 217
19.2 大數據分析與人類視野 218
19.2.1 縱向研究數據的可視化 218
19.2.2 跨領域開采的數據可視化 220
19.3 結論 222
第20章 遙控機器人與遠程臨場技術 223
20.1 遙控機器人與遠程臨場的定義 223
20.2 太空應用與機器人宇航員Robonaut 223
20.3 海底應用 225
20.4 地面與空中應用 226
20.4.1 DORA靈巧型移動觀測自動化系統 227
20.4.2 Transporter3D自助式遠程臨場系統 227
20.5 結論 228
第四部分 人體、法律和社會因素
第21章 人體因素考量 230
21.1 什么是人體因素 230
21.2 身體副作用 231
21.2.1 虛擬世界與現實世界的對比 231
21.2.2 視覺誘發的暈動癥 231
21.3 視覺副作用 235
21.3.1 輻輳-調節沖突 235
21.3.2 潛在影響 237
21.4 結論 237
第22章 法律與社會問題 238
22.1 法律問題 238
22.1.1 潛在產品責任 238
22.1.2 潛在的法庭應用與意義 241
22.1.3 虛擬世界法 242
22.2 道德和倫理問題 243
22.2.1 暴力型第一人稱游戲 243
22.2.2 自由言論問題 244
22.3 結論 245
第23章 未來 246
23.1 以廣角看未來 246
23.2 短期藍圖 247
23.3 長期展望 247
23.3.1 向增強現實顯示器過渡 248
23.3.2 觸覺與力反饋設備 249
23.3.3 3D音效 249
23.3.4 軟件 249
23.4 結論 250
附錄A 參考文獻 251
附錄B 資源清單 278 |
| 序： |
