医学虚拟现实技术与应用

第1部分  虚拟现实技术基础知识
第1章  虚拟现实技术概论 3
1.1  虚拟现实技术的基本概念 3
1.1.1  虚拟现实技术的定义 4
1.1.2  虚拟现实技术的特性 4
1.1.3  虚拟现实系统的组成 5
1.1.4  虚拟现实的关键技术 6
1.2  虚拟现实系统的分类 8
1.2.1  沉浸式虚拟现实系统 8
1.2.2  增强虚拟现实系统 9
1.2.3  桌面式虚拟现实系统 9
1.2.4  分布式虚拟现实系统 11
1.3  虚拟现实技术的主要研究对象 11
1.4  虚拟现实技术的主要应用领域 12
1.4.1  医学领域 13
1.4.2  娱乐和艺术领域 14
1.4.3  军事与航天工业领域 15
1.4.4  管理工程领域 15
1.4.5  室内设计领域 16
1.4.6  房产开发领域 16
1.4.7  工业仿真领域 17
1.4.8  文物古迹领域 18
1.4.9  娱乐游戏领域 18
1.4.10  道路桥梁领域 19
1.4.11  地理领域 19
1.4.12  教育领域 20
1.5  虚拟现实的发展和现状 21
1.5.1  虚拟现实技术的发展历程 21
1.5.2  虚拟现实系统的研究现状 22
1.5.3  虚拟现实技术的发展趋势 23
本章小结 24
习题 24
第2章  虚拟现实系统的三维交互设备 25
2.1  输入设备 25
2.1.1  数据手套 25
2.1.2  鼠标 28
2.1.3  位置跟踪器 29
2.1.4  数据衣 40
2.1.5  其他输入设备 41
2.2  输出设备 42
2.2.1  头盔显示器 42
2.2.2  沉浸式立体投影系统 44
2.2.3  立体眼镜（鹰眼） 47
2.2.4  立体声耳机 48
本章小结 49
习题 49
第3章  虚拟现实系统的相关技术 51
3.1  立体显示技术 51
3.1.1  立体显示技术原理 51
3.1.2  常见的立体显示技术 52
3.2  三维建模技术 54
3.2.1  几何建模技术 54
3.2.2  物理建模技术 55
3.2.3  行为建模技术 56
3.3  真实感实时绘制技术 57
3.3.1  真实感绘制技术 57
3.3.2  图形实时绘制技术 57
3.3.3  图像实时绘制技术 58
3.4  三维虚拟声音的实现技术 59
3.5  人机交互技术 60
3.6  碰撞检测技术 61
本章小结 62
习题 62
第4章  虚拟现实的计算体系结构 64
4.1  绘制流水线 64
4.1.1  图形绘制流水线 64
4.1.2  触觉绘制流水线 67
4.2  基于PC的图形体系结构 68
4.3  基于工作站的图形体系结构 69
4.3.1  Sun Blade 1000体系结构 69
4.3.2  SGI Infinite Reality体系结构 70
4.4  分布式VR体系结构 72
4.4.1  多流水线同步 72
4.4.2  联合定位绘制流水线 74
4.4.3  分布式虚拟环境 75
本章小结 76
习题 76
第5章  三维全景技术 78
5.1  三维全景技术概述 78
5.1.1  三维全景技术的特点 78
5.1.2  全景技术的应用 79
5.1.3  全景技术的分类 82
5.1.4  全景图片拍摄及拼合
方法 84
5.2  三维全景漫游制作 88
5.2.1  项目管理 89
5.2.2  场景管理 90
5.2.3  皮肤管理 92
本章小结 93
习题 93
第2部分  虚拟现实技术编程和建模方法
第6章  三维建模工具3ds Max 97
6.1  3ds Max概述 97
6.1.1  启动与退出 97
6.1.2  文件的打开与保存 98
6.1.3  界面分布 98
6.1.4  视图区常用操作 101
6.1.5  主工具栏常用工具 102
6.2  3ds Max基础建模 105
6.2.1  内置几何体建模 105
6.2.2  二维图形对象生成三维模型 107
6.2.3  常用复合建模 108
6.3  3ds Max材质与贴图 110
6.3.1  精简材质编辑器 110
6.3.2  贴图类型 112
6.3.3  贴图坐标 112
6.4  3ds Max摄影机与灯光 113
6.4.1  摄影机 113
6.4.2  灯光 114
6.5  3ds Max生成动画的基本
流程 115
6.6  综合实例 116
6.6.1  制作"安卓机器人"公仔
模型 116
6.6.2  制作眼球模型 119
本章小结 122
习题 122
第7章  常见的医学图像
三维重建软件 124
7.1  医学图像三维重建简介 124
7.1.1  国内外研究现状 124
7.1.2  三维重建的过程 125
7.2  医学图像三维重建软件
简介 126
7.2.1  Mimics软件 126
7.2.2  Simpleware软件 131
7.2.3  3D-DOCTOR软件 134
7.2.4  Amira软件 136
7.2.5  MITK及3DMed 136
本章小结 138
习题 138
第8章  VRML应用 139
8.1  VRML概述 139
8.1.1  VRML基本概念 139
8.1.2  VRML场景的编辑与浏览 141
8.1.3  VRML文件的基本特点 145
8.2  基本几何模型的构建 148
8.2.1  Shape节点的使用 148
8.2.2  创建基本几何造型 150
8.2.3  创建文本造型 155
8.2.4  创建复杂造型 156
8.3  群节点的构建 163
8.3.1  编组节点Group的使用 164
8.3.2  空间坐标变换节点Transform的使用 165
8.4  交互功能的实现 168
8.4.1  检测器的概念 168
8.4.2  检测器的基本作用与使用 168
8.4.3  VRML与程序脚本语言的结合 178
8.5  3ds Max与VRML的转换 180
8.5.1  将3ds Max文件导成
VRML文件 180
8.5.2  在3ds Max文件中插入
VRML节点 181
本章小结 185
习题 185
第３部分  虚拟现实技术在医学中的应用和虚拟实验室建设
第9章  虚拟现实在医学方面的应用 191
9.1  虚拟人体技术与应用 191
9.1.1  虚拟人体技术 192
9.1.2  虚拟人体的应用领域 193
9.2  虚拟现实技术的医疗应用 195
9.2.1  虚拟内窥镜 195
9.2.2  虚拟外科手术 197
9.2.3  虚拟康复训练 198
9.2.4  医疗3D打印 200
9.3  虚拟现实技术在医学教育中
的应用 201
9.3.1  虚拟现实技术在基础
医学教育中的应用 201
9.3.2  虚拟现实技术在临床
医学教育中的应用 201
9.3.3  虚拟现实技术在护理
医学教育中的应用 202
9.3.4  虚拟现实技术在远程
医学教育中的应用 202
本章小结 203
习题 203
第10章  虚拟实验室概述 204
10.1  虚拟实验室简介 204
10.1.1  什么是虚拟实验室 204
10.1.2  虚拟实验室的基本组成 204
10.1.3  虚拟实验室的基本功能 206
10.1.4  虚拟实验室的主要特点 207
10.1.5  虚拟实验室的种类 208
10.2  虚拟实验室国内外发展状况 210
10.2.1  国外虚拟实验室发展状况 210
10.2.2  国内虚拟实验室发展状况 211
10.2.3  应用于医学领域的虚拟实验室 213
10.3  虚拟实验室建设设计 216
10.3.1  大屏幕三维立体显示环境 216
10.3.2  沉浸式虚拟现实显示环境 217
10.3.3  医学虚拟实验室建设方案案例 218
本章小结 220
习题 220
习题答案 221
参考文献 231