虚拟现实技术应用和Kinect开发：基于煤层气仿真训练系统

基本信息

书名：虚拟现实技术应用和Kinect开发：基于煤层气仿真训练系统

定价：49.00元

作者：曹林,朱希安

出版社：电子工业出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787121259791

字数：487000

页码：320

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

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内容提要

本书依托国家科技重大专项项目――煤层气田地面集输信息集成及深度开发技术（2011ZX05039-004-02），借助于虚拟现实技术，开发一套专门应用于煤层气集输系统安全操作的仿真训练系统。本书详细介绍了虚拟现实技术以及煤层气产业的研究现状、煤层气仿真训练系统的应用与需求分析，然后介绍煤层气仿真训练系统的开发平台、总体设计、系统模型的构建，以及系统的演示模式、向导模式和人机交互，后还介绍了数据手套在系统的研究与应用、Kinect的开发及应用。

目录

目 录

章 概述t1
1．1 虚拟现实概念与研究现状t1
1．1．1 虚拟现实技术的概念t1
1．1．2 虚拟现实研究领域的形成t2
1．1．3 国外虚拟现实技术的研究现状t5
1．1．4 虚拟现实技术的研究现状t7
1．1．5 虚拟现实技术的应用领域t8
1．2 虚拟现实技术的特征与分类t12
1．2．1 虚拟现实的3I特征t12
1．2．2 虚拟现实系统的分类t14
1．3 虚拟现实系统的硬件设备t16
1．3．1 立体显示设备t16
1．3．2 人机交互设备t19
1．3．3 位置跟踪设备t20
1．3．4 声音输出设备t21
1．4 虚拟现实的相关技术t22
1．4．1 虚拟现实建模技术t22
1．4．2 虚拟现实人机交互技术t23
1．5 煤层气产业的发展状况t24
1．5．1 国外煤层气产业的发展状况t25
1．5．2 煤层气产业的发展状况t27
1．5．3 虚拟现实技术在煤层气产业中的应用t28
1．6 煤层气仿真训练系统的应用与需求分析t29
1．6．1 煤层气仿真训练系统的应用概述t29
1．6．2 煤层气仿真训练系统的核心系统t29
1．6．3 煤层气仿真训练系统的特色功能t31
1．7 本章小结t33
第2章 系统的开发平台t34
2．1 UMLt34
2．1．1 UML概述t35
2．1．2 UML的应用t35
2．2 C#编程语言t36
2．2．1 C#概述t36
2．2．2 Visual Studio 2010开发环境t37
2．3 Unity3D开发平台t38
2．3．1 Unity3D概述t38
2．3．2 Unity3D在煤层气仿真训练系统中的应用t42
2．4 3ds Max虚拟建模工具t43
2．4．1 3ds Max概述t43
2．4．2 3ds Max的应用t45
2．5 本章小结t48
第3章 系统的总体设计t49
3．1 系统定位t49
3．2 系统设计原则t50
3．3 系统模块设计t50
3．3．1 任务系统模块t50
3．3．2 设备操作系统模块t57
3．3．3 仿真系统模块t58
3．3．4 流程演示系统模块t60
3．3．5 文字语音系统模块t62
3．3．6 输入、输出系统模块t62
3．4 本章小结t63
第4章 系统模型的构建t64
4．1 三维建模基础知识t64
4．1．1 几何建模t64
4．1．2 图像建模t66
4．1．3 物理建模t66
4．1．4 运动建模t67
4．1．5 行动建模t68
4．2 实体模型的构建t68
4．2．1 实体建模软件t69
4．2．2 图像与几何相结合的建模方法t69
4．2．3 设备建模t70
4．3 场景模型的构建t73
4．3．1 分场景与模块设计t74
4．3．2 主场景t74
4．3．3 增压站t74
4．3．4 加气站t75
4．3．5 集气站t76
4．3．6 电潜泵单井t76
4．3．7 磕头机单井t77
4．4 模型真实感处理t77
4．4．1 纹理映射t77
4．4．2 细节等级技术t78
4．4．3 光照和着色t78
4．5 用户界面t79
4．5．1 界面设计的必要性t79
4．5．2 任务提示面板t80
4．5．3 操作界面可变图标t80
4．5．4 操作界面固定图标t80
4．5．5 实体模型指示物t81
4．5．6 文字描述框t81
4．6 本章小结t81
第5章 系统的演示模式t82
5．1 演示模式简介t82
5．2 演示模式的设计思路t83
5．3 全景演示模式t86
5．3．1 系统核心模块代码t86
5．3．2 点击操作与按钮操作示例t89
5．4 人称视角演示模式t90
5．4．1 系统核心模块代码t90
5．4．2 人称视角演示模式操作示例t101
5．5 演示模式在Unity3D中的实现t102
5．5．1 全景演示模式的配置t102
5．5．2 人称视角演示模式的配置t104
5．6 本章小结t107
第6章 系统的向导模式t108
6．1 向导模式简介t108
6．2 向导模式的任务设计t108
6．2．1 任务系统核心模块代码t108
6．2．2 老工人NPC的控制代码t117
6．2．3 路径代码t126
6．2．4 avatar跟随NPC代码实现t127
6．3 向导模式的设备操作t129
6．3．1 InteractiveObjectt129
6．3．2 avatar的控制脚本t134
6．3．3 可交互物体的控制脚本t141
6．4 向导模式的文字语音t151
6．4．1 背景音乐控制t151
6．4．2 语音系统t152
6．4．3 文字系统t153
6．5 向导模式的面板设计t155
6．5．1 MsUit156
6．5．2 UIButtonMessaget161
6．6 本章小结t164
第7章 煤层气仿真训练系统的人机交互t165
7．1 人机交互简介t165
7．2 人机交互的任务设计t166
7．3 人机交互的设备操作t172
7．3．1 抽油机单井场景中可交互物体的控制脚本t173
7．3．2 电潜泵单井基站场景中可交互物体的控制脚本t176
7．3．3 加压站场景中可交互物体的控制脚本t185
7．4 人机交互的仿真系统t198
7．5 本章小结t202
第8章 数据手套相关技术的研究与应用t203
8．1 数据手套简介t203
8．2 数据手套的工作原理和功能t204
8．2．1 数据手套的原理概述t204
8．2．2 5DT数据手套的原理和功能介绍t204
8．3 数据手套在系统中的应用t206
8．3．1 DataGloveContentt206
8．3．2 DataGloveSupportt215
8．4 数据手套碰撞检测t221
8．4．1 层次包围盒t222
8．4．2 基于虚拟手的运动方向的动态碰撞检测算法t225
8．5 本章小结t230
第9章 Kinect初探t231
9．1 Kinect硬件设备t232
9．1．1 核心芯片t234
9．1．2 摄像头t234
9．1．3 麦克风阵列t236
9．1．4 传动马达t236
9．1．5 其他部件t237
9．2 Kinect工作原理t239
9．2．1 深度图像成像原理t239
9．2．2 骨骼追踪原理t240
9．3 Kinect底层开发接口t242
9．3．1 Kinect SDK系统架构t243
9．3．2 数据流处理t244
9．3．3 骨骼追踪t248
9．3．4 坐标变换t252
9．4 本章小结t254
0章 Kinect开发与应用t255
10．1 结合Kinect和Adaboost算法的动作识别开发t255
10．1．1 人体动作识别的系统构架t255
10．1．2 动作特征曲线的获取t257
10．1．3 动作特征集与强分类器的获取t260
10．1．4 动作识别与结果分析t262
10．2 基于Kinect骨骼空间几何角度的动作识别开发t264
10．2．1 基于Kinect获取骨骼数据及骨骼拓扑结构t264
10．2．2 提取感兴趣骨骼关节点及定义骨骼向量t265
10．2．3 提取骨骼向量的方向余弦特征t266
10．2．4 采用支持向量机（SVM）训练t267
10．2．5 动作识别结果分析t268
10．3 基于Kinect骨骼关节点空间位置的动作识别开发t271
10．3．1 动作的分类t271
10．3．2 单个动作识别算法t272
10．3．3 动作识别的系统实现t277
10．4 Kinect在煤层气仿真训练系统中的应用开发t284
10．4．1 Kinect插件使用说明t284
10．4．2 Kinect输入系统设计思路t285
10．4．3 Kinect输入系统具体设计t286
10．4．4 Kinect用户操作说明t302
10．5 本章小结t303
展望t304
参考文献t306

作者介绍

2005年4月―2007年12月 北京信息工程学院 通信工程系 讲师2008年1月――至今 北京信息科技大学 通信工程系 副教授中国通信学会会员《中国图象图形学报》审稿人北京物联网协会会员

文摘

《虚拟现实技术应用和Kinect开发：基于煤层气仿真训练系统》：
　　在纹理映射的过程中，物体和图像是纹理映射的两个操作对象，映射函数建立物体和图像的逐点对应关系，而纹理映射的基本功能则是根据映射函数为物体上的每个点找到图像上的对应点，并将对应点的颜色值赋给物体上的点。简单的一维纹理可以用来模拟等高线或轮廓线；二维纹理为常用，其坐标一般用表示；三维纹理坐标既可以体现纹理，也可以用第3个分量表示沿投射方向的深度；四维纹理坐标中的第4个分量与齐次坐标的第4个分量的功能类似，可以用来模拟锥光源效果。在一个物体上实现多个纹理映射，可以对每个顶点赋予多套纹理坐标。
　　4.4.2细节等级技术
　　在传统的图形系统中，三角面片是通用的绘图元素。随着描述场景中几何模型的三角形数目的增多，所绘制的图像质量越来越高，但是绘制速度却越来越慢。一般来说，图形绘制速度与模型中的三角形数目成反比。尽管图形绘制系统的性能在近几年有明显的提高，但总有一些场景过于复杂，不能实时绘制。而实时绘制是虚拟现实系统的一项基本要求，所以引入了细节等级（LevelsofDetail，LOD）技术。LOD技术是用一组复杂程度（常常以多边形数和面数来衡量）各不相同的实体细节等级模型来描述对象，并在仿真过程中根据一些客观标准在这些LOD模型间进行切换，从而能够实时改变场景的复杂度。视点变化时，所选取的细节等级模型各不相同。
　　LOD技术的基本思想是，对场景中的不同物体或物体的不同部分，采用不同的细节描述方法。在绘制时，如果一个物体离视点比较远，或者这个物体比较小，就可以用较粗的LOD模型绘制；反之，如果一个物体离视点比较近，或者物体比较大，就必须用较精细的LOD模型来绘制。同样，如果场景中有运动的物体，也可以采用类似的方法，如对运动中的物体，采用较粗的LOD模型；而对于静止的物体，采用较细的LOD模型。
　　基于LOD的MipMapPing技术，在纹理映射过程中，同时考虑远近详细程度不同的问题。在观察窗口中，对那些较近的物体描绘得比较细腻，其点面数比较多；而对那些较远的物体只描绘其大致轮廓，所以点面数很少。这样，在一个观察窗口中远近物体搭配，点面数一般不会超出系统限制。
　　4.4.3光照和着色
　　为了让模型看起来更加真实，可以给场景配上一个或者多个光源。同时还可以选择是否使用灯光影响几何体的外观，几何模型可以有与其每个顶点相关联的颜色或者覆盖其上的纹理。目前，大部分图形硬件都采用三角形这种几何图元。物体表面每个点的颜色通过对三角形顶点的颜色进行插值获得，这种插值技术称为Gouraud着色。
　　

序言