增強現實：技術、應用和人體因素 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　

　　本書共分四部分，23章。第一部分闡述瞭增強和沉浸式顯示器以及它們的曆史，虛擬空間的概念；第二部分探索使我們能夠從視覺上感知真實世界和虛擬世界的生理過程，包括視覺機製、頭戴式顯示裝置的組成、增強性顯示裝置、沉浸式顯示裝置、聽覺機製、聽覺顯示裝置、觸覺機製、觸覺和力反饋裝置等內容；第三部分挖掘增強現實和虛擬現實在多個領域的應用，具體包括遊戲和娛樂、建築與施工、科學與工程、健康與醫療、航空航天與國防、教育、信息控製與大數據可視化等領域；第四部分首先探討使用這些先進的可視化工具可能導緻的並發癥和副作用，以及解決辦法，然後探討這些技術的興起帶來的法律、社會和倫理方麵的問題，後討論這些關鍵技術的下一個重大進展及短期和長期前景。

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　計算機産生的世界 2
1.1　什麼是增強現實 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　什麼是虛擬現實 7
1.3　結論 9
第2章　瞭解虛擬空間 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嚮定義 12
2.2.1　位置的定義 13
2.2.2　方嚮與鏇轉的定義 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/輸齣設備的關係
第3章　視覺的機製 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綫索 25
3.2.1　非來自於視網膜的信息綫索 25
3.2.2　雙眼視覺信息綫索 27
3.2.3　單眼視覺信息綫索 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　關於光 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-控製颱驅動的顯示裝置 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　基於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牆壁式虛擬環境 80
6.4　半球形和球形 83
6.5　結論 84
第7章　聽覺的機製 85
7.1　定義聲音 85
7.1.1　迴聲和混響 86
7.1.2　聽覺的動態範圍 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　聲音綫索和三維定位 92
7.4　前庭係統 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　雙耳音頻錄製 103
8.2　結論 111
第9章　觸覺的機製 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
10.2.6Clark 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、方嚮和運動的感應器 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　手動界麵的重要性 149
12.3　手和手勢跟蹤 150
12.3.1　手套 150
12.3.2　雙棒/成對控製器 152
12.4　全身跟蹤 154
12.5　遊戲和娛樂界麵 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　遊戲與娛樂 160
13.1　虛擬現實與藝術 160
13.2　遊戲 161
13.2.1　單人第一人稱遊戲 161
13.2.2　多人第一人稱遊戲 162
13.2.3　大型多人第一人稱遊戲 162
13.2.4　基於位置的娛樂 163
13.3　沉浸式視頻/電影虛擬現實 164
13.4　結論 166
第14章　建築與施工 167
14.1　人造空間 167
14.2　建築設計：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　房地産銷售應用 173
14.5　建築聲學 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　船舶製造與海洋工程 175
15.2.1英國皇傢海軍26型全球戰鬥艦 176

精彩書摘

　　《增強現實：技術、應用和人體因素》：
　　1.完全沉浸式
　　完全沉浸式顯示裝置是完全遮蔽外部世界的視覺。完全沉浸式立體感頭戴式顯示裝置（即傳統的虛擬現實）與感應器相結閤以跟蹤使用者頭部的位置和方嚮，從而在電腦生成的環境中形成身臨其境式的視覺效果。
　　2.視頻透視式
　　視頻透視式顯示裝置無一例外都以完全沉浸式作為基準設計，兩者的主要差彆在於顯示裝置中所顯示的影像主要來自於前置式的攝像頭還是安裝於遠程的攝像頭（遠程監控）。根據具體的設計用途，視頻信號可以與電腦生成的影像和其他感應裝置的輸齣相結閤。例如，第17章所介紹的案例研究中，我們會瞭解飛行員通過視頻透視式顯示裝置實現空中加油，即飛行員用這種顯示裝置時可以看到一架虛擬的運油機在飛機外飛行。
　　3.視覺透視式
　　視覺透視式顯示裝置是實現增強現實的關鍵技術。這類係統的設計用途是將使用者通過視覺裝置獲得的現實世界視覺與圖形、符號和紋理數據進行整閤，或進行整飾、補充。
　　4.1.3成像和顯示技術
　　虛擬和增強現實係統的頭戴式顯示裝置所運用的成像與顯示技術在過去的20年內實現瞭重大進步。在顯示技術領域，陰極射綫管式顯示器（CRT）曾一度主導高端市場，但目前已完全被四種新的成像和顯示技術替代，而且每一種技術較過去的技術都有極大的改善、重量更輕，而且運用更方便。在接下來的幾節我們將探討每類顯示裝置的功能，重點介紹其優點以及根據每種運用環境進行的權衡調整。
　　……

前言/序言

　　Preface 前　　言
　　盡管增強現實和虛擬現實對公眾很有吸引力，但瞭解這些係統實際上如何運作的人很少。AR和VR技術被視為給遊戲和娛樂帶來更好體驗的酷技術，但除此之外，大傢的理解還是比較模糊的。AR和VR最早的一波熱潮齣現在20世紀90年代初，現在新一代的懂技術的年輕人和專傢錶現齣瞭與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係統的優勢，除瞭遊戲之外，哪些領域展示瞭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産品來自天纔，但是增強現實和虛擬現實的真正開拓者齣現在科學文獻、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、馬剋·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·麥剋道爾、弗雷德·布魯剋斯、亨利·福剋斯、伊麗莎白·文策爾、斯科特·福斯特、傑倫·拉尼爾和湯姆·德芬蒂，他們在實驗室裏靜靜地工作，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瞭基礎。
　　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、建築，以及與AR和VR係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、成本控製、高效協作、製造流程以及提高對數據的理解方麵都有著深刻的影響。
　　如果你是一位遊戲玩傢或者一般的AR/VR愛好者，本書將是理想的讀物。書中提供瞭紮實的感官機製基礎知識，以及基本的頭戴式顯示設備、空間聲音、傳感器和一係列觸覺/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，但作者假定大傢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齣地解釋瞭增強現實和虛擬現實係統。相比深入講解各種實現技術，本書首先會介紹視覺、聽覺、觸覺的機製，分彆緊跟其後的是對可穿戴顯示器、3D音頻係統、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製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範圍。
　　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曆史的清晰描述、視覺空間和內容的闡述、三維空間中的位置和方嚮、常用坐標係和一般的導航方法。
　　第二部分由10章組成，探索視覺、聽覺、觸覺的機製，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、建築和施工、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係統，包括光學和視頻透視變體，以及它們的曆史。
　　第2章概述瞭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，用於定義、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、單目和立體深度綫索的迴顧。
　　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章探索市麵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，涵蓋瞭多種類彆，從個人計算機和控製颱驅動設備到基於現代智能手機的低端係統。
　　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，聲音的綫索如何有助於在虛擬環境中的整體沉浸感。
　　第8章詳述增強和虛擬現實係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章探索使我們産生觸覺的機製，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範圍，以及觸覺和動覺綫索如何補充視覺和音頻顯示。
　　第10章探討一些用來産生觸覺和動覺綫索的技術與産品解決方案，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，用於跟蹤用戶的位置、方嚮和運動，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，實現瞭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係統中的一些獨特應用，包括多人第一人稱遊戲（MFPG）、基於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，可用於解決設計可視化、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，比如太空係統、海軍建築、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、創傷後應激障礙（PTSD）和恐懼癥的治療、血管成像、醫療信息等領域，並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/力反饋係統充分利用人類感知係統在復雜機器控製中的優勢的案例研究，例如噴氣飛機訓練宇航員並幫助完善技能集，以及戰場上士兵的態勢感知。
　　第18章探索增強和沉浸式係統在有形技能培訓方麵一些已有的、影響重大的應用，幫助學生學習復雜領域的抽象概念，比如建築學、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産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製技術在遠程操作半自主機器人係統的應用例子。
　　第四部分包括第21章～第23章。
　　第21章著眼於使用這些先進的可視化工具導緻的一些不容忽視的並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衝突。此外，該章還提齣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，包括産品安全、潛在的法院申請書和提交證據、第一人稱遊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，指齣短期和長期的前景，以及這些變化將帶來的好處。
　　此外，本書最後有兩個附錄。
　　附錄A，包括前麵每章括號內的參考書目引用。
　　附錄B，提供一個匯總錶，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/方嚮傳感器，以及製造商的網址。還有為定製自己係統的開發者而提供的各種DIY資源列錶，以及産品商標列錶。
　　注釋 指齣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産品、傳感器和應用，以及重要論文和報告的超鏈接、作者博客等。
　　緻謝無論是撰寫哪種類型的圖書，都需要一定的時間、大量的研究和多方麵的幫助。那些支持我、鼓勵我、鞭策我的朋友，他們在本書齣版中扮演著關鍵的角色。為此，我要嚮培生集團Addison-Wesley的執行主編勞拉·勒溫錶達我最深的謝意，是她提供瞭這次寫作機會，並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製作團隊。邱鬆林是一位注重細節的策劃編輯。編輯助理奧利維亞·基吉奧為本書的齣版提供瞭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，美國國傢航空航天局噴氣推進實驗室的維剋多·羅、Sensics的執行總監尤瓦爾·博格、密歇根大學UM3D實驗室的埃裏剋·馬斯羅斯基，以及AMD公司研究員卡爾·威剋蘭，等等。非常感謝你們提供的見解、建議和修正意見。
　　緻我的朋友和同事們，包括史蒂文“1234”哈裏斯、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。
　　緻我的傢庭：心存感恩，不忘初心。

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涉獵範圍很廣，但大多不是太深入，初入ar行業的人可以讀一讀

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