本书全面介绍了多媒体技术和虚拟现实技术的基本概念、主要技术及其应用，同时介绍了这两种技术的最新成果以及它们的相互关系和未来的发展方向。另外，本书还给出了大量的实例，帮助读者对这一领域有更加实际和深入的了解。

通过学习本书，读者可以掌握这一领域的必要知识，学会使用相应的软件工具开发多媒体及虚拟现实系统，能够独立运用多媒体和虚拟现实的技术来解决实际问题。因此，本书具有很强的实用性、先进性和可操作性。

本书可作为普通高等院校非计算机专业本科生和研究生“多媒体技术”“虚拟现实技术”课程教材，也可供其他大专院校及从事多媒体技术和虚拟现实技术研制、开发及应用技术人员学习参考。本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

  多媒体技术、虚拟现实技术与网络技术并称为当前信息技术中的最重要的3大技术。它们都属于跨学科的、综合的、正处于不断发展和更新中的高科技技术。多媒体技术是随着计算机技术的发展产生的。同时，多媒体技术的发展又推动了计算机技术的变革，使传统的计算机系统变成了多媒体系统，将计算机系统的应用推广到更广的范围，使多媒体技术发展成为独立的、与许多领域交叉的技术。因此，在多媒体技术中，不断涌现出新的概念、技术、软硬件工具等。

随着多媒体技术的发展又诞生了虚拟现实技术。它集成多媒体技术的众多概念和方法，同时独立提出了虚拟现实的技术内容。目前，虚拟现实作为我国重点发展的一项技术，已经得到很大的发展，并且在许多领域中得到越来越多的应用。因此，从最初的虚拟现实概念出发，已经引出了许多新的应用领域，例如虚拟教室、虚拟制造、虚拟训练等。随着虚拟现实技术与实际越来越紧密的结合，这项技术将会得到进一步的发展。

目前，许多高等院校都在计算机专业和非计算机专业开设了多媒体技术和虚拟现实技术的有关课程。但它们几乎都将两门课程分别作为独立课程进行讲授，因此，使学生们对两种技术的理解建立在不同的领域中，忽视了它们之间的内在联系。作者在清华大学将多媒体技术和虚拟现实技术作为一门课程进行讲解，并且从多媒体技术的讲解引入到虚拟现实技术中，使学生在一学期就可以对两种技术有了较为全面和细致的了解，达到了很好的效果。由于针对这种讲授方式没有合适的教材，因此，作者将课堂上讲授的内容进行总结，书写了这部兼容多媒体技术和虚拟现实技术的教材，希望为读者提供一本更有帮助的书籍。

本书具有以下主要特点：

 (1)  基础性。本书注重介绍多媒体与虚拟现实的基本概念、基本结构及基本方法，使读者对多媒体与虚拟现实技术及其相互关系和未来发展方向有清晰的了解。

 (2)  全面性。本书涉及多媒体与虚拟现实技术的基本概念、软硬件设备与系统、多媒体素材及虚拟现实场景的制作、多媒体与虚拟现实的各种应用，从全方位对这两种技术进行介绍。

 (3)  新颖性。本书力求介绍多媒体与虚拟现实技术中最先进的概念、方法及主流应用软件，使读者更加了解这两种技术的最新发展，便于利用这两种技术。

 (4)  实用性。本书着重介绍了多媒体与虚拟现实的软硬件设备和系统，详细介绍了多种多媒体素材与虚拟现实场景制作的软件系统，并给出了大量的实例，使读者通过此书，能够对这些软件系统有初步的了解，并学会使用这些软件系统。

 (5)  教学性。本书的介绍条理清楚，各章节内容既有相关性，又各自成为一个独立单元，便于教师根据教学计划安排教学内容，也便于学生有选择地进行自学。

全书分成两部分，共8章。第一部分介绍多媒体技术。这部分包括4章，每一章分别介绍多媒体技术基础、多媒体的硬件和软件环境、多媒体素材的编辑与制作、多媒体应用系统及多媒体技术的发展方向。第二部分介绍虚拟现实技术。这部分也包括4章，每一章分别介绍虚拟现实基础、虚拟现实的硬件设备、虚拟现实的建模及开发软件、虚拟现实应用系统。

本书的编写过程中得到了清华大学自动化系张增科教授的大力支持和帮助，同时参考了大量的技术资料，汲取了许多同仁的宝贵经验，在此表示衷心的感谢。

本书配套的还有授课使用的电子教案，可供读者学习或教师教学使用。

由于多媒体与虚拟现实技术发展很快，尽管作者尽力在本书中包含了许多新的内容，但仍然会遗漏许多新的思想、方法和不断涌现的系统。由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，敬请读者批评指正。

第一部分 多媒体技术第1章 多媒体技术基础3

1.1 多媒体的基本概念3

1.1.1 多媒体的定义3

1.1.2 多媒体技术及其特点6

1.1.3 多媒体中的媒体元素及其特征6

1.2 多媒体技术的应用与发展8

1.2.1 多媒体技术的应用8

1.2.2 多媒体技术的发展方向8

1.3 多媒体的关键技术9

1.3.1 视频音频数据压缩/解压缩技术9

1.3.2 多媒体专用芯片技术11

1.3.3 大容量信息存储技术11

1.3.4 多媒体输入与输出技术13

1.3.5 多媒体软件技术13

1.3.6 多媒体通信技术14

1.3.7 虚拟现实技术14

1.4 多媒体信息的计算机表示14

1.4.1 声音文件的基本格式14

1.4.2 图像及图像文件格式15

1.4.3 视频和动画的文件格式16

1.5 多媒体数据压缩技术16

1.5.1 多媒体数据的冗余类型16

1.5.2 数据压缩方法17

1.5.3 视频编码的国际标准18

1.6 多媒体与因特网18

1.6.1 因特网上的多媒体信息18

1.6.2 多媒体信息的传输19

1.6.3 多媒体通信的应用19

本章总结20

第2章 多媒体的硬件和软件环境22

2.1 多媒体计算机系统的组成结构22

2.1.1 多媒体硬件系统22

2.1.2 多媒体驱动软件24

2.1.3 多媒体操作系统24

2.1.4 多媒体数据处理软件24

2.1.5 多媒体创作软件24

2.1.6 多媒体应用系统24

2.2 Windows的多媒体环境25

2.2.1 Windows的多媒体扩展25

2.2.2 Windows XP的多媒体应用程序26

2.3 多媒体音频28

2.3.1 波形音频28

2.3.2 MIDI音频31

2.3.3 CD-DA唱盘33

2.3.4 声卡34

2.3.5 声音还原设备35

2.3.6 语音识别技术36

2.4 多媒体视频37

2.4.1 视频的彩色空间的表示及转换37

2.4.2 模拟视频标准39

2.4.3 数字视频39

2.4.4 视频采集卡40

2.5 多媒体光存储器40

2.5.1 光存储技术概述41

2.5.2 CD-ROM光盘系统42

2.6 多媒体输入输出设备44

2.6.1 扫描仪44

2.6.2 数码相机47

2.6.3 数码摄像机48

2.6.4 彩色打印机48

2.6.5 CD-R和CD-R刻录机48

本章总结51

第3章 多媒体素材的编辑与制作52

3.1 文字的制作52

3.1.1 文本文字与图形文字52

3.1.2 文字的输入方式52

3.1.3 文字编辑排版52

3.2 音频数据的制作53

3.2.1 准备音频数据53

3.2.2 音频编辑软件Adobe Audition简介53

3.3 图像数据的制作58

3.3.1 图像的采集与存储58

3.3.2 Photoshop图像制作与处理软件简介59

3.4 视频数据的制作75

3.4.1 数字视频基础75

3.4.2 视频的获取与编辑76

3.4.3 常用视频文件的格式76

3.4.4 视频数据制作软件Adobe Premiere Pro概述77

3.5 动画的编辑与制作82

3.5.1 动画的应用82

3.5.2 3DS MAX 883

3.5.3 Flash 886

本章总结90

第4章 多媒体应用系统及多媒体技术的发展方向92

4.1 多媒体数据库及其检索系统92

4.1.1 多媒体数据库92

4.1.2 多媒体数据库的检索方法96

4.2 多媒体远程教育系统100

4.2.1 多媒体远程教育的概念100

4.2.2 多媒体远程教育系统的构成101

4.2.3 多媒体远程教育系统的主要功能102

4.3 多媒体通信系统103

4.3.1 多媒体通信系统概要103

4.3.2 多媒体会议104

4.3.3 IP电话106

4.4 多媒体技术的发展方向108

4.4.1 数据压缩技术108

4.4.2 智能交互设备109

4.4.3 各种多媒体技术的集成109

本章总结110

第二部分 虚拟现实技术

第5章 虚拟现实基础113

5.1 虚拟现实的基本概念113

5.1.1 虚拟现实的定义113

5.1.2 虚拟现实的特征113

5.1.3 虚拟现实的类型114

5.2 虚拟现实的历史发展116

5.3 虚拟现实的关键技术117

5.3.1 视觉技术118

5.3.2 听觉技术118

5.3.3 触觉技术118

5.4 虚拟现实的制作与应用119

5.4.1 虚拟现实的制作方法119

5.4.2 虚拟现实的制作工具120

5.5 虚拟现实的主要设备和产品120

5.5.1 虚拟现实的主要设备121

5.5.2 主要的市场产品124

5.6 虚拟现实的主要应用125

本章总结127

第6章 虚拟现实的硬件设备128

6.1 传感器硬件设备128

6.1.1 传感手套128

6.1.2 数据衣132

6.2 立体显示设备132

6.2.1 立体眼镜133

6.2.2 头盔显示器134

6.2.3 立体投影138

6.2.4 三维显示器142

6.3 声学设备143

6.3.1 三维虚拟声音的合成技术143

6.3.2 声音硬件设备145

6.4 交互设备146

6.4.1 三维定位跟踪器146

6.4.2 三维鼠标152

6.4.3 触觉和力反馈的装置152

本章总结160

第7章 虚拟现实的建模及开发软件161

7.1 虚拟现实的几何建模161

7.1.1 几何建模方法161

7.1.2 形状确定162

7.1.3 外观处理163

7.2 虚拟现实的运动建模164

7.2.1 对象位置164

7.2.2 对象层次165

7.2.3 观察方式166

7.3 虚拟现实的物理建模166

7.3.1 物理建模方法166

7.3.2 碰撞检测167

7.3.3 表面变形168

7.3.4 受力计算168

7.3.5 力的平滑与映射169

7.3.6 触觉纹理映射170

7.4 虚拟现实的行为建模171

7.4.1 行为代理的定义171

7.4.2 行为建模的方法171

7.4.3 行为代理的建模172

7.5 虚拟现实建模语言172

7.5.1 VRML概述173

7.5.2 VRML的编辑器与场景浏览器174

7.5.3 VRML文件体系177

7.5.4 VRML建模方法179

7.6 虚拟现实开发工具205

7.6.1 WTK概述205

7.6.2 WTK的结构和管理206

本章总结211

第8章 虚拟现实应用系统213

8.1 军事应用213

8.1.1 军事应用的目的213

8.1.2 军事应用的领域213

8.1.3 军事应用的实例215

8.2 航空航天应用215

8.2.1 航空航天应用的目的216

8.2.2 航空航天应用的实例216

8.3 计算机辅助设计217

8.3.1 虚拟原型设计218

8.3.2 虚拟建筑设计与城市规划219

8.4 外科手术和人体器官的模拟220

8.4.1 虚拟手术系统220

8.4.2 虚拟的人体器官221

8.5 科学研究和计算的可视化221

8.5.1 信息可视化的概念221

8.5.2 虚拟分子结构模型222

8.5.3 地震石油勘探数据处理222

8.5.4 体数据的可视化222

8.6 教育、游戏和其他223

8.6.1 虚拟校园223

8.6.2 虚拟教学与实验223

8.6.3 虚拟博物馆223

8.6.4 虚拟现实游戏223

本章总结224

参考文献225