前言 虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术主要是通过计算机模拟产生一个3D虚拟世界，让用户在其中通过视觉、听觉、触觉等感知体验，产生身临其境的感觉。虽然虚拟现实技术已有几十年的发展历史，但由于设备昂贵、交互体验不理想、内容生成成本高等原因，其应用一直比较有限。直到2014年，Facebook公司收购Oculus，被认为是虚拟现实成为未来计算平台的标志性事件。几乎同时，日本索尼公司也宣布了自己的虚拟现实项目Morpheus。微软公司也于2015年1月发布了增强现实头戴设备HoloLens。2015年6月，迪士尼互动娱乐公司宣布正将传统游戏拓展至虚拟现实世界，打造虚拟现实乐园。目前，虚拟现实已经成为国内外学术界研究的热点，也成为产业界投资的重点领域，使得虚拟现实技术在教育、航天、医疗、娱乐等众多领域得到广泛应用。 2016年，国务院在《“十三五”国家信息化规则》《国家创新驱动发展战略纲要》等文件中就明确指出加强VR等新技术的研发和前沿布局。2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出大力发展虚拟现实，建立虚拟现实的技术、产品、服务标准和评价体系，推动重点行业融合应用。2018年工信部发布《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》，提出加快我国VR产业发展。国家发改委在《产业结构调整指导目录(2019年本)》中将虚拟现实列入鼓励类产业，这意味着国家已经将这项技术归入新一轮世界科技革命和产业变革之中。教育部则在《普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录》中设置虚拟现实应用技术专业，从2019年开始实行，并于2020年2月将虚拟现实技术本科专业纳入《普通高等学校本科专业目录(2020年版)》。 山东大学是国内较早研究虚拟现实技术并开设“虚拟现实”课程的高校之一。在“十三五”国家重点研发计划“云端融合的自然交互设备与工具（2016YFB1001403）”“面向服刑人员心理矫治的VR训练装备及系统研发（2018YFC0831003）”以及国家自然科学基金“面向头盔式虚拟现实系统的人体移动交互技术研究（61972233）”“基于多道生理信号的心流体验识别及心流调节型VR系统研发（6180070421）”的资助下，结合多年来的教学实践，作者将近年的工作进行归纳整理，形成本书。 本书的特色之一是侧重虚拟现实技术的实际应用，比较全面地介绍与虚拟现实开发相关的基础知识，及各种类型的虚拟现实系统的实现方法。本书首先简单介绍系统实现所需的基本知识，然后侧重对各类系统的技术实现进行讲解，涉及虚拟现实技术的基本概念、特点、应用等，以及感知、硬件、数学、编程、建模等基础知识。然后介绍了头盔式虚拟现实系统、基于投影的虚拟现实系统、混合现实系统以及VR全景视频系统等各类VR应用系统，也对全息显示系统进行了介绍。最后针对虚拟现实系统的评价方法进行了系统的整理和介绍，也具有实战操作指南的性质。希望通过本书的学习，读者可以比较全面地了解、掌握虚拟现实的基本知识和相关开发技术，能够学以致用。本书适合作为高等学校或高职高专院校相关专业的教材，也可作为虚拟现实研究人员或应用开发人员的参考用书。 本书的另一特色是采用AR技术演示书中部分内容，使得读者在阅读本书的时候，通过手机扫描书中相应部分图片即可看到以2D/3D动画、普通视频、VR视频或VR系统演示的形式对相关内容的讲解，从而加深对书中知识的理解。 本书主要由杨承磊、关东东、盖伟、卞玉龙、刘娟执笔撰写，刘娟设计了AR演示内容。本书第1章由杨承磊、盖伟编写，第2章由关东东、杨承磊编写，第3章由卞玉龙、杨承磊编写，第4章由杨承磊、关东东编写，第5章由关东东编写，第6章由关东东、刘娟编写，第7章由刘娟、杨承磊编写，第8章由盖伟、卞玉龙编写，第9章由盖伟、杨承磊编写，第10章由盖伟、刘娟编写，第11章由刘娟、关东东编写，第12章由卞玉龙编写。孙维思、秦溥、周士胜、赵思伟、李慧宇、王秋晨、邢欢、孙千慧、马鸣聪、陈叶青、宋英洁、靳新培、耿文秀、郑雅文等研究生参与了书中程序的开发和部分内容的编写工作，上海恒润文化集团有限公司副总裁王宇、济南奥维信息科技有限公司总经理李军提供了部分素材。书中部分图片和内容引自互联网，有些难以确定作者或出处，故在本书中没有标注，请相关作者海涵。 本书由杨承磊、关东东、盖伟统稿、修改和审定。由于时间仓促，编者水平有限，书中内容或有局限、欠妥之处，恳请读者和同行不吝指正。 本书的配套课件、教学大纲、书中程序代码及Unity3D、Maya操作演示视频等资源可以从清华大学出版社官方网站www.tup.com.cn或清华大学出版社官方微信公众号“书圈”（itshuquan）下载。读者如有关于本书及资源使用的问题与建议，请发邮件至404905510@qq.com。 编者 2020年12月 观看视频说明 本书配套视频300分钟，一部分视频是扫图片观看（用AR技术实现），一部分视频是扫二维码观看，还有部分视频更适合在计算机上观看，因此作为网络资源直接提供下载。本书视频目录可通过图1所示的二维码获取。 （1） 用手机扫描如图2所示的二维码，下载“文泉云盘”APP，安装后用微信账号登录。 （2） 登录后，扫描本书封底“文泉云盘”涂层下的二维码，绑定微信账号，即可获得观看视频权限。 （3） 书中部分图的旁边有如图3所示的标识，在“文泉云盘”APP中扫描这些图片（打开“扫一扫”窗口，先单击窗口左下角的、如图4所示的图标，再扫描图片），即可观看视频。 在“文泉云盘”APP中或微信中扫描书中二维码（用APP扫码时，先单击窗口右下角的二维码图标再扫码），即可观看视频。 图1 图2 图3 图4