前言
虚拟现实这一术语产生于20世纪80年代，它以计算机技术为核心，生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化的特定范围内的虚拟环境。用户可借助必要的设备，如手柄、数据头套、头戴式显示器等，以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实综合了计算机图形学、实时分布系统、人机交互、心理学、控制学、电子学和多媒体技术等多个相关领域的理论和技术，是信息技术领域中的一个重要研究方向，也是计算机应用技术学科的一个重要组成部分。虚拟现实技术早期在航空航天等专业领域得到了广泛且成功的应用，但由于应用成本较高等原因，并不为大众所知。自2016年以来，随着业界的重视，其成本不断降低，大众化应用日益增多，逐步进入了人们的日常生活。近年来，随着数字孪生、元宇宙等的兴起，虚拟现实技术日益为大众熟知。

我国虚拟现实研究起步较晚，自20世纪90年代以来，相关人员在国家自然科学基金、国家“973”计划和国家“863”计划的支持下开展了研究工作，相关学者撰写了著作，如汪成为、高文和王行仁所著《灵境（虚拟现实）技术的理论、实现及应用》，以及赵沁平所著《DVENET分布式虚拟环境》和《DVENET分布式虚拟现实应用系统运行平台与开发工具》等。经过多年发展，我国在虚拟现实理论研究、技术突破和应用推广等方面均取得了较为显著的成绩。2006年，在国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，更是将虚拟现实列为信息技术领域优先发展的前沿技术之一。随着国家对虚拟现实技术的重视，以及我国航空航天、工业设计、城市规划、医学等领域的发展，对从事虚拟现实研究与应用的人才培养工作也提出了迫切需求。

编者所在的虚拟现实技术与系统全国重点实验室在赵沁平院士的带领下，于20世纪90年代率先开展虚拟现实的研究和应用工作。在科研过程中，编者有幸参与或主持了与虚拟现实有关的重要项目研发及虚拟现实方向的论证评审等工作。作为主讲教师，编者于2009年开始，针对高年级本科生和研究生开展了“虚拟现实技术”课程的教学工作，通过对虚拟现实基本理论、基本算法、开发方法、主流系统等的介绍，使学生掌握虚拟现实的关键技术； 通过对有关虚拟现实的国内外当前研究热点问题、典型研究工作的介绍，使学生了解虚拟现实技术的发展趋势。编者通过长期的科研和教学实践，对虚拟现实进行了深入学习和理解，积累了扎实的教学经验。

本书根据编者授课内容中的基础部分编写而成，覆盖了虚拟现实基本概念与原理、虚拟现实相关软硬件设备、虚拟现实建模技术、虚拟现实渲染技术、前沿性技术及应用实践等。本书内容难度适中，面向高年级本科生和研究生，主要目的是供学生了解虚拟现实的基础性内容，并掌握如何利用工具快速构建虚拟环境。在实际讲授过程中，可对本书中部分硬件机理做进一步深入讲解，也可结合实际对关键技术进行删减或扩展。

在本书编写过程中，梁晓辉负责构思章节结构和提供章节授课素材，并进行第1、2章的撰写，王晓川负责第3~5章的撰写，杨文军负责第6章的撰写。书稿完成后，各编者进一步进行了讨论、修改和完善，并由梁晓辉负责统稿。

本书在编写过程中得到北京航空航天大学计算机学院、虚拟现实技术与系统全国重点实验室的大力支持，在此表示衷心感谢。同时，对参与本书内容组织与编撰的何志莹博士、于卓博士、袁春强博士、张自立博士、郭承禹博士、岑丽霞、陈治宇、梁爱民、王剑、李阳、徐向欣，以及在读研究生周康垒、肖世邦、马跃等表示衷心感谢。

编者水平有限，书中不当之处在所难免，欢迎广大同行和读者批评指正。


编者2024年2月