虚拟现实和增强现实技术目前在智能制造中得到了越来越多的应用。本书重点介绍虚拟现实和增强现实在应用时所涉及的关键技术，包括绘制技术、人机交互技术、开发平台，特别是几何引擎和动力学引擎等，并对其在智能制造中的典型应用给予了专门介绍。本书内容包括虚拟现实图形学基础、大数据量几何模型的绘制、增强现实三维注册基础、面向制造场景的增强现实三维注册、内核引擎与开发平台、VR/AR与数字孪生及其在制造领域中的应用。本书的大部分案例都取自作者所在课题组实际开发的工程实例，是一本理论与实用兼顾的参考工具书。
本书适合高等院校虚拟现实应用技术、智能制造、计算机开发等相关专业的教师及学生阅读，也可供相关领域企业的技术人员参考。

赵罡，北京航空航天大学教授，博士生导师。中国图学学会理事长，国务院学位委员会第七、八届学科评议专家组（机械工程）成员，中国科学技术协会第九、十届全国委员会委员，国家智能制造标准化专家咨询组成员，教育部高等学校工程图学课程教学指导分委员会委员，航空高端装备智能制造技术工信部重点实验室主任，虚拟现实技术与系统国家重点实验室成员。长期从事几何造型、计算机辅助设计及制造、数控加工和飞机数字化装配等技术研究。研究成果曾获中国航空学会科学技术奖一等奖，所在团队入选机械工业优秀创新团队。与中航沈飞股份有限公司、中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司、中国商用飞机有限责任公司等单位合作，在国内较早将虚拟现实与增强现实技术应用于飞机、发动机的管路装配、数控加工等领域。

第1章 绪论
1.1 VR与AR的概念
1.1.1 VR与AR的定义
1.1.2 VR与AR的发展简史
1.1.3 VR和AR的研究现状
1.1.4 VR与AR的联系与区别
1.2 VR与AR的系统组成与分类
1.2.1 VR系统组成
1.2.2 VR系统分类
1.2.3 VR系统硬件设备
1.2.4 AR系统组成
1.2.5 AR系统分类
1.2.6 AR系统硬件设备
1.3 VR技术与AR技术的应用领域
1.3.1 VR技术的应用
1.3.2 AR技术的应用
参考文献
第2章 虚拟现实图形学基础
2.1 模型表达和交换
2.1.1 模型表达
2.1.2 模型交换
2.2 绘制基本原理
2.2.1 模型几何变换
2.2.2 空间投影
2.2.3 光照模型
2.2.4 着色器
2.2.5 纹理映射
2.3 高级绘制技术
2.3.1 模型简化与LOD技术
2.3.2 光线追踪
2.3.3 粒子系统
2.3.4 环境映射
2.3.5 光子映射
参考文献
第3章 大数据量几何模型的绘制
3.1 大规模复杂CAD模型的预处理方法
3.1.1 大规模CAD面片模型的场景组织结构
3.1.2 具有模型装配层次信息的BVH构建方法
3.1.3 面向GPU的模型数据高效压缩算法
3.1.4 实例分析
3.2 基于模型度量的可见性剔除和LOD自适应绘制算法
3.2.1 模型剔除
3.2.2 模型度量
3.2.3 基于模型度量的可见性剔除
3.2.4 基于模型度量的LOD自适应绘制
3.2.5 实例分析
3.3 基于小波的多分辨率稀疏体素数据压缩和实时绘制算法
3.3.1 背景介绍
3.3.2 基于小波的稀疏体素绘制属性压缩
3.3.3 基于小波的稀疏体素实时绘制算法
3.3.4 实例测试
3.4 沉浸式环境立体绘制优化
3.4.1 背景介绍
3.4.2 基于单相机视觉的头部位置跟踪
3.4.3 头部和视点的位移映射
3.4.4 左右立体图像的快速生成
3.4.5 实例分析
参考文献
第4章 增强现实三维注册基础
4.1 摄像机模型
4.1.1 坐标系定义
4.1.2 坐标系转换
4.1.3 摄像机标定
4.2 透视投影
4.2.1 投影变换
4.2.2 投影不变量
4.3 三维注册
4.3.1 基于硬件传感器的跟踪注册
4.3.2 基于二维标识的跟踪注册
4.3.3 基于自然特征的无标识跟踪注册
参考文献
第5章 面向制造场景的增强现实三维注册
5.1 基于线条特征的三维注册相关研究
5.1.1 基于线条形状
5.1.2 基于硬件传感器
5.1.3 基于拓扑结构
5.2 基于直线条特征与移动设备传感器的初始化注册方法
5.2.1 基于移动设备传感器的旋转矩阵求解
5.2.2 基于线条匹配的平移向量求解
5.2.3 三维空间竖直线条提取
5.2.4 实例分析
5.3 基于直线条特征的位姿实时跟踪方法
5.3.1 RAPiD方法
5.3.2 问题与改进
5.3.3 基于直线条特征的位姿实时跟踪方法
5.3.4 实例分析
5.4 基于轮廓特征的初始化注册方法
5.4.1 轮廓提取与预定位
5.4.2 旋转矩阵求解
5.4.3 平移参数校正
5.4.4 实例分析
5.5 基于一般线条特征与VI-SLAM的位姿实时跟踪方法
5.5.1 RAPiD方法优化
5.5.2 基于线条特征与VI-SLAM的混合跟踪
5.5.3 实例分析
5.6 基于线条特征的增强现实装配辅助原型系统
5.6.1 基于移动终端触控交互的线条模型及控制点自动提取
5.6.2 基于线条模型引导的快速准确初始化
5.6.3 原型系统
参考文献
第6章 内核引擎与开发平台
6.1 内核引擎
6.1.1 几何造型内核
6.1.2 绘制引擎
6.1.3 动力学引擎
6.2 开发平台
6.2.1 Unity3D
6.2.2 Unreal Engine
6.2.3 Metaio
6.2.4 Vuforia
6.2.5 ARKit
参考文献
第7章 VR/AR与数字孪生
7.1 数字孪生简介
7.1.1 数字孪生的发展历程
7.1.2 数字李生在制造中的应用
7.2 典型案例：数控加工中的数字孪生+VR技术
7.2.1 数字孪生系统总体架构
7.2.2 加工过程几何仿真算法
7.2.3 离散几何模型的三维可视化
7.2.4 验证环境和典型零件
7.3 典型案例：飞机装配中的数字孪生+AR技术
7.3.1 基于AR的线缆接头装配过程可视化
7.3.2 基于AR的支架安装状态检测
7.3.3 基于云服务的装配状态监控集成控制系统
7.4 典型案例：发动机装配中的数字孪生+VR技术
7.4.1 多元传感融合测量系统
7.4.2 发动机装配信息融合与可视化软件系统
参考文献
第8章 VR/AR在制造领域中的应用
8.1 产品设计
8.1.1 虚拟设计
8.1.2 虚拟样机
8.2 运营管理
8.2.1 生产系统的运行仿真
8.2.2 数字工厂
8.3 制造过程
8.3.1 增材制造
8.3.2 虚拟装配与维修
8.3.3 质量检测
8.3.4 工业仿真
参考文献