虚拟现实：另一个宜居的未来（全彩）

多视角梳理VR概念特征、历史发展、典型架构和未来方向，结合心理学、影视、娱乐等领域，带你体验未来的VR世界！ 

“一个可以让人生活在其中的虚拟现实系统”是虚拟现实技术的终极发展目标，也是本书希望讨论的一个重要问题。本书首先从人对虚拟环境的需求入手，讨论虚拟现实技术存在的意义；之后通过对过往二十余年间相关领域的研究进行总结，对如何实现多感官高沉浸的虚拟环境进行讨论；此后，本书分别讨论虚拟现实与心理学、虚拟现实与电影工业的关系，*终提出并详细阐述“宜居的虚拟现实”这一概念。

翁冬冬2006年获北京理工大学光学工程学科博士学位。现任北京理工大学光电学院研究员，博士生导师，北京市未来影像高精尖创新中心二级研究员，主要从事增强现实与虚拟现实，以及人机交互方面的研究工作。曾应邀赴澳大利亚国立大学进行合作研究。作为课题技术和整体负责人参与主持了包括国家科技部“ 863”项目“虚实融合显示装置”等在内的多项科研项目。发表学术论文五十余篇，曾获技术发明二等奖一项，省部级技术发明一等奖一项，省部级技术进步二等奖一项，以及市级和校级奖励六项，申请专利十余项，获授权专利五项。郭洁北京理工大学在读博士研究生，从事虚拟现实与增强现实等新型显示的研究，主要研究方向包括虚拟现实和增强现实，头戴式设备对使用者的视觉影响及其优化，长时间沉浸对使用者的认知行为的影响。包仪华北京电影学院未来影像高精尖创新中心科研主管，中国电影艺术研究中心电影学硕士。主要研究方向为虚拟现实与增强现实、虚拟现实与沉浸式叙事。主持并参与了多个虚拟现实及增强现实相关项目。蔡力北京理工大学硕士，专业方向为虚拟现实与增强现实。曾在新媒体展示、游戏、互联网广告、互联网金融等行业担任软件开发工程师，负责开发了多款产品，具有丰富的行业经验。余兴尧北京理工大学在读博士研究生，长期在虚拟现实领域从事科研工作。主要研究方向为虚拟现实中的晕动症优化手段、视疲劳影响因素和高沉浸式虚拟现实办公系统设计等。

目 录
第1章 虚拟现实所谓何物 1
为什么要虚拟一个现实 1
理性需求：低成本性 3
理性需求：可控性 4
理性需求：不可实现性 7
人性需求：生理需求 9
人性需求：安全需求（占有需求） 11
人性需求：社交需求（情感的需求） 12
人性需求：尊重需求 13
人性需求：自我实现（创造的需要） 14
人性需求：自我实现（审美的需要） 15
虚拟现实的内涵和外延 16
虚拟现实技术的定义 16
虚拟现实的研究内容 17
典型的虚拟现实形式 20
虚拟现实的重要性 22
需要明确的概念 23
虚拟现实与实景 23
虚拟现实与仿真 25
虚拟现实与增强现实 25
虚拟现实与混合现实 27
虚拟现实相关重要概念的产生历史 32
1935：沉浸式虚拟环境 32
1957：三维显示及多感官呈现 33
1961：头戴式显示器与头部位置跟踪 33
1968：增强现实头戴式显示器 34
1980：微型化 34
1984：“虚拟现实” 35
1993：虚拟现实家用游戏 35
2014：普适型虚拟现实 36
2016：VR for Every One 37
第2章 虚拟现实的体系构成 38
虚拟现实技术知识体系 38
系统象限：计算机仿真科学 39
系统象限：计算机图形学 41
系统象限：计算机视觉 43
系统象限：人机交互 44
系统象限：显示技术 45
内容象限：叙事的相关学科 46
应用象限：心理学 47
虚拟现实的硬件体系 48
核心计算单元 49
显示设备 50
交互设备 52
反馈设备 54
虚拟现实的软件体系 54
数字素材获取层 55
数字资产生产层 57
三维引擎层 57
主流引擎介绍 58
虚拟现实目前面临的困难 64
第3章 虚拟现实与感官体验 67
人类感官与虚拟现实 67
虚物实体化过程 67
实物虚拟化过程 68
视觉：眼见如真未必实 69
头戴式显示器的分类 70
头戴式显示器的评价因素 71
头戴式显示器的几个技术方向 73
跟踪定位：交互之源 77
跟踪系统的评价因素 77
基于光学及视觉的跟踪技术 78
“由外向内”的光学跟踪系统 79
“由内向外”的光学跟踪系统 85
基于其他技术的跟踪系统 87
混合跟踪 90
力反馈：看得见，亦摸得着 93
主动力反馈 93
其他主动力反馈设备 96
被动力触觉反馈 97
触觉再现 104
嗅觉：闻香下马，知味停车 109
可穿戴式嗅觉显示器 110
桌面式嗅觉显示器 111
场景式嗅觉显示器 113
运动模拟：身在帷幄，神已凌云 115
全向跑台 115
全向跑步机 117
WIP 118
身体倾斜式控制 120
其他方式 121
人人互动：两心相映，天涯化咫尺 122
远程握手 123
远程拥抱 125
远程亲吻 125
第4章 虚拟现实与晕动症 128
虚拟现实晕动症的基本概念 128
晕动症的症状及其产生原因 128
虚拟现实晕动症 129
虚拟现实晕动症和传统晕动症的区别 130
虚拟现实晕动症的产生机理 130
虚拟现实晕动症评测方法 132
主观SSQ量表测试 132
姿势稳定性测试 133
生理特征测试 135
虚拟现实晕动症的影响因素 137
观察方式对虚拟现实晕动症的影响 139
静态参照物对虚拟现实晕动症的影响 140
运动一致性对虚拟现实晕动症的影响 142
场景复杂度对虚拟现实晕动症的影响 143
个人因素对虚拟现实晕动症的影响 145
虚拟现实晕动症的缓解措施 146
心理干预 147
多次体验形成习惯 147
尽可能模拟真实环境 149
前庭电刺激技术 150
第5章 虚拟现实与心理学 152
虚拟现实在心理学中的应用基础 152
心理学简介 152
虚拟现实对心理的作用机制 153
虚拟现实在心理学中的应用方式 155
心理学中常用的虚拟现实设备 155
虚拟现实应用于心理学的常用方法 158
虚拟现实在健康心理学领域的应用 161
情绪诱导 161
行为引导 165
心理能力训练 167
虚拟现实在异常心理学方面的应用 171
虚拟现实应用于焦虑障碍 172
虚拟现实应用于饮食障碍 180
虚拟现实应用于物质滥用障碍 181
虚拟现实应用于躯体及分离障碍 182
虚拟现实应用于精神分裂症 182
第6章 虚拟现实与造梦工业 185
虚拟现实与未来影像 185
叙事新纪元 185
虚拟现实影像的观影方式 187
虚拟现实影像与360°全景视频 189
虚拟现实叙事影像与传统影像叙事手段的区别 191
叙事理念的重新定义 191
镜头语言的消失 191
从被动到主动 192
失控的场面调度 193
虚拟现实与叙事影像实例 194
Pearl（《珍珠》） 194
La Peri（《仙女》） 196
Allumette（《艾露美》） 197
《窗》 198
虚拟现实与主题乐园实例 200
Zero Latency主题乐园 200
The Void 202
V观世界“寻龙”项目 205
Six Flags虚拟现实过山车项目 206
集结号虚拟现实骑乘项目 208
第7章 宜居沉浸与未来生活 210
何为“宜居” 210
为何“宜居” 212
工作情景：办公 212
教育情景：课堂教学 217
享乐情景：影视与游戏 218
创造情景：自我世界 218
“宜居”的进化 222
专用化虚拟现实阶段（目前阶段） 222
适人性虚拟现实阶段（未来3~5年） 223
宜居性虚拟现实阶段（未来5~10年） 224
“宜居”的挑战 224
适人性显示 225

前  言
即使是如作者这样的虚拟现实的忠实信徒也不得不承认：增强现实（而不是虚拟现实）在不久的将来会替代人们的智能移动设备，从而彻底改变人们的生活，给人类新的未来。同时，人工智能将会抢走大部分人的工作，少数社会精英依靠智能机器人创造财富并掌握大部分资源。这时，虚拟现实将会以另一种方式改变人们的生活，它会开创出一个新的生存空间，让那些被夺去工作权利的人们有所居、有所为。在未来，大部分普通人将长时间沉浸于虚拟现实创造的虚拟世界中，为此我们需要一种宜居的虚拟现实技术来构造我们的新世界……
但愿这个未来只出现在作者的臆想中，但无论如何，虚拟现实的普及已经无法阻挡，各行各业都对虚拟现实技术充满了期待。
本书力争通过概括性的描述，在纷繁的知识中为读者呈现虚拟现实的全貌。本书的章节组织分为如下三个部分。
部分包括第1章、第2章、第3章和第4章，这一部分对虚拟现实整体概念和关键技术进行了介绍，其中第4章专门介绍了虚拟现实中的一个重要问题——虚拟现实晕动症的相关内容。第二部分包括第5章和第6章，主要介绍虚拟现实在心理学、影视，以及主题娱乐方面的应用情况。第三部分为第7章，围绕“宜居的虚拟现实”这一概念，讨论虚拟现实的未来发展趋势。
本书由本人和多名合作者共同完成，其中郭洁主要完成第5章心理学相关内容的撰写，包仪华主要完成第6章影视与主题乐园内容的撰写，蔡力和余兴尧与本人一起共同完成第4章与晕动症有关内容的撰写，其他部分的撰写主要由本人完成。在资料整理与汇总方面，薛雅琼、江海燕、王斐、申睿颖、方慧等人做了大量工作，给予本人巨大的帮助。在一些章节的具体问题讨论中，杨智卓、宋维涛、王佳斌、章晓冰等人给予本人很大的协助。后，感谢刘欢在稿件校对方面的协助。

作者：翁冬冬

作者结合多年从事虚拟现实的研究和应用实践，从不同视角全新地描述了虚拟现实的概念特征、历史发展、典型构成和未来方向，并分析了虚拟现实对感官和心理作用的机理、对叙事内容创造的作用。该书论述严谨、深入浅出，能够让读者准确了解和认识虚拟现实。
—— 梁晓辉
北京航天航空大学 教授

本书作者较为完整地整理了虚拟现实中使用的各种交互技术，是对虚拟现实技术发展的一次很好的总结。同时，作者还对虚拟现实在心理学、影视、娱乐等重要领域中的应用进行了梳理，对虚拟现实领域的学习者有很大的帮助。
—— 张凤军
中国科学院软件所 研究员

这本书是你进入虚拟现实行业的引路之书，我在未来等着你。
—— 汪丛青
HTC Vive中国区总裁

本书内容丰富，思考深入，所提出的观点客观、犀利，是对虚拟现实行业发展的一次整理，对未来本领域的研究者具有很好的指导意义。
—— 刘越
北京理工大学 教授