增强现实（augmented reality，AR）作为虚拟现实（virtual reality，VR）的技术延伸，是虚拟与现实的连接入口，是一种实时计算摄像机捕捉到的现实影像的位置及角度并加上相应虚拟信息的技术。伴随着AR技术的快速发展，其体感交互设备Kinect、RealSense也被广泛应用于游戏、物联网家居控制、医学、导航与定位、三维重建等领域。《VR到AR——一种循序渐进的技术演变》从系统设计的角度出发，由浅入深地讲述了VR和AR系统开发的关键技术，以实例设计的方式讲解VR、AR系统的具体开发流程和步骤。
　　《VR到AR——一种循序渐进的技术演变》分为两大部分，第一部分是VR技术的开发与应用，主要讲述VR技术在三维重建、远程手术仿真、柔性体力触觉渲染中的研究，包括第1～4章；第二部分是AR技术的开发与应用，主要讲述AR技术在游戏开发、物联网家居控制、骨关节功能评价、导盲、人体动态图像三维重建以及疲劳驾驶监测等系统中的研究与应用，包括第5～11章。

目录
第1章 VR概述 1
1.1 什么是VR 1
1.2 VR系统组成 2
1.3 VR特点 3
1.4 VR发展历史 4
1.5 VR系统的分类 7
1.6 VR技术的应用 9
1.7 VR技术经典应用案例 12
1.8 VR关键技术 13
1.9 VR技术需要突破的瓶颈 15
1.10 本章小结 16
第2章 VR技术在三维场景重建中的应用 17
2.1 VR三维场景重建定义 17
2.2 VR三维场景重建研究现状 18
2.3 三维虚拟公司园区简介系统分析 19
2.3.1 研究背景分析 19
2.3.2 系统功能分析 19
2.3.3 相关开发工具说明 20
2.4 三维虚拟公司园区简介系统总体设计 21
2.5 三维虚拟场景设计与实现 22
2.5.1 园区的测绘与准备 23
2.5.2 主要建筑物的设计 24
2.5.3 建筑物的纹理映射与贴图 25
2.5.4 建模过程中需要注意的问题 27
2.5.5 园区绿化带的设计 28
2.5.6 地下车库出入口的设计 29
2.5.7 地面天空设计 29
2.5.8 摄影机的添加与调整 30
2.5.9 布光 31
2.5.10 虚拟园区的整体渲染及导出 31
2.6 虚拟园区简介系统设计与实现 33
2.6.1 Unity 3D环境下三维模型导入 33
2.6.2 园区场景的完善 34
2.6.3 系统人物模型控制 36
2.6.4 摄像机跟随角色运动的程序设计 38
2.6.5 简介说明的UI设计 40
2.7 虚拟园区简介系统展示 41
2.8 本章小结 42
第3章 VR在远程手术仿真系统中的应用 43
3.1 基于VR的远程手术仿真系统分析 43
3.2 基于VR的远程手术仿真设计 44
3.2.1 功能特点 44
3.2.2 系统结构 44
3.2.3 系统模块设计思想 45
3.3 远程通信实现 47
3.3.1 远程视频语音通信实现 47
3.3.2 虚拟仿真数据通信实现 48
3.4 VR手术仿真系统的实现 50
3.4.1 二维医学图像共享浏览功能 50
3.4.2 三维重建功能 52
3.5 基于VR的远程手术仿真测试 53
3.5.1 系统测试结果 53
3.5.2 系统测试结果分析 55
3.6 本章小结 56
第4章 VR中柔性体力触觉渲染研究 57
4.1 柔性体力触觉研究简介 57
4.1.1 柔性体力触觉渲染方法概述 59
4.1.2 相关技术国内外研究现状 61
4.1.3 本章研究目标、内容 66
4.2 SH简介 67
4.2.1 SH定义 67
4.2.2 SH变换 68
4.2.3 SH在柔性体力触觉渲染中的应用可行性分析 69
4.3 基于SH的柔性体几何建模 70
4.3.1 球面参数化 70
4.3.2 SH展开和曲面重构 74
4.4 基于SH的柔性体力触觉模型建立 76
4.4.1 共同参照系统建立 76
4.4.2 SH模型群组分析 78
4.4.3 同源物体形变力反馈计算 80
4.4.4 基于SH的柔性体力触觉模型分析 81
4.5 基于SH的力触觉渲染控制算法 82
4.5.1 基于SH与距离场的碰撞检测 82
4.5.2 基于SH与RBF-NN的实时碰撞响应 86
4.5.3 方法结论 89
4.6 柔性体力触觉渲染系统实现 89
4.6.1 柔性体力触觉渲染系统组成 89
4.6.2 虚拟场景构建 92
4.6.3 系统测试 95
4.7 本章小结 97
第5章 AR概述 99
5.1 什么是AR 99
5.2 AR系统组成 100
5.3 AR设备资料 101
5.4 AR技术特点 103
5.5 AR开发平台 105
5.6 AR技术应用 106
5.7 AR与VR的区别 107
5.8 本章小结 108
第6章 AR游戏开发 109
6.1 AR游戏开发简介 109
6.2 基于Unity 3D引擎的空中战机游戏开发简介 110
6.3 游戏功能分析 112
6.3.1 游戏系统需求分析 112
6.3.2 游戏元素需求分析 113
6.3.3 游戏功能需求分析 115
6.4 游戏具体实现 117
6.4.1 游戏控制系统实现 118
6.4.2 游戏关卡系统实现 120
6.4.3 游戏用户体验系统实现 123
6.5 游戏项目测试 127
6.5.1 测试过程描述 127
6.5.2 测试效果分析 127
6.6 本章小结 130
第7章 AR技术在物联网家居系统中的应用 131
7.1 系统分析 131
7.1.1 需求分析综述 131
7.1.2 功能需求分析 133
7.1.3 性能需求分析 134
7.2 系统设计原理及相关技术 135
7.2.1 Kinect信息采集 136
7.2.2 PC端信息处理平台 137
7.2.3 Zigbee局域网系统 143
7.2.4 远程居家监护通信方式 145
7.3 系统实现 146
7.3.1 系统开发环境搭建 146
7.3.2 居家自助功能实现 147
7.3.3 居家监护功能实现 152
7.4 系统测试及结果分析 155
7.4.1 居家自助功能测试 155
7.4.2 居家监护功能测试 156
7.4.3 结果分析 158
7.5 本章小结 159
第8章 AR技术在骨关节功能评价系统中的应用 160
8.1 系统分析 160
8.2 系统设计方法概述 162
8.3 系统设计基本原理及相关技术 162
8.3.1 项目开发平台与工具 163
8.3.2 人体监测与跟踪技术 163
8.3.3 聚类分析与骨关节健康评估方案 165
8.4 基于Kinect的骨关节角度测量 166
8.4.1 骨关节数据采集 166
8.4.2 骨关节角度计算 168
8.4.3 数据记录与文档保存 169
8.5 骨关节功能评价系统界面设计 170
8.6 骨关节功能评价 172
8.6.1 K-means聚类算法 173
8.6.2 数据测试与分析 176
8.6.3 功能分类算法验证 177
8.7 系统实现 178
8.8 系统测试 180
8.9 本章小结 180
第9章 基于Kinect深度图像的导盲系统设计 182
9.1 系统分析 182
9.2 系统设计 183
9.2.1 OpenCV和Kinect的环境配置 184
9.2.2 Kinect深度图像处理 186
9.2.3 文字转语音处理 187
9.3 障碍物识别算法 187
9.3.1 深度图像处理 188
9.3.2 彩色图像处理 189
9.3.3 障碍物轮廓计算 191
9.3.4 障碍物面积筛选 192
9.3.5 寻找轮廓的*小外接矩形 193
9.3.6 障碍物三维坐标标定 194
9.3.7 存图像——SaveImage函数 196
9.4 基于Kinect导盲系统实现 197
9.4.1 系统实现 197
9.4.2 多线程实现 198
9.4.3 消除地面影响 198
9.5 系统测试 198
9.6 本章小结 200
第10章 基于Kinect的人体动态图像三维重建 201
10.1 动态图像三维重建研究简介 201
10.2 三维重建环境搭建 202
10.3 Kinect深度图像预处理 203
10.4 深度图像点云计算及三角化 207
10.4.1 点云原理 207
10.4.2 点云计算 208
10.4.3 点云三角化 211
10.5 顶点法向计算 211
10.5.1 计算法向 211
10.5.2 顶点选取 213
10.6 点云配准 213
10.7 数据融合 215
10.8 表面生成 216
10.9 人体动态三维图像重建结果分析 217
10.10 本章小结 218
第11章 AR技术在疲劳驾驶监测系统中的应用 219
11.1 系统分析 219
11.2 系统设计 220
11.3 系统实现 221
11.3.1 RealSense 3D环境配置 221
11.3.2 Unity环境下使用RealSense 3D 223
11.3.3 疲劳驾驶监测 226
11.4 系统测试结果及分析 228
11.5 本章小结 229
参考文献 231