第2版簡介
本書第2版已經(jīng)醞釀了很長一段時間（碰巧的是，它在Ivan Sutherland的臺頭戴式顯示器（HMD）問世50周年之際出版）。在第1版中，考慮到用于創(chuàng)建沉浸式體驗的技術將不斷發(fā)展，當時的目標是盡可能以一種與時代或技術無關的方式來討論主題。我們認為第1版在這方面是比較成功的。
本書第1版的后一行是：“我們（早期VR開發(fā)人員）現(xiàn)在正在開發(fā)的就是未來。我們需要為建立在當下工作基礎上的未來做好準備�！边@基本上是正確的，現(xiàn)在我們正乘著更大的浪潮—甚至是無法控制的浪潮，但我們?nèi)匀豢梢灾敢�一條道路，并做出自己的貢獻。
第1版關于“未來”的一章（第9章）中所預期的大部分內(nèi)容已經(jīng)快速成為現(xiàn)實，甚至比我們在5年前開始修訂本書時想象的還要快。我們沒有預料到智能手機和平板電腦會有如此迅速的發(fā)展，尤其是它們對虛擬現(xiàn)實的貢獻。我們沒想到出現(xiàn)了一種全新的位置跟蹤方法，事實上出現(xiàn)了兩種新技術：Vive Lighthouse跟蹤系統(tǒng)和SLAM內(nèi)部/外部跟蹤方法。這些技術通過掃描周圍世界，檢測出相對于已知世界的運動。實際上，在對第1版進行更新的同時，我們被智能手機VR/Oculus Kickstarter以及2016年發(fā)布的三款消費級HMD（Oculus CV-1、HTCVive和索尼PlayStation-VR）的浪潮所震撼。因此，隨著新的技術及應用趨勢開始形成，我們終做了比原計劃更重要的更新。
我們還驚訝地發(fā)現(xiàn)，2000年在伊利諾伊州國會大廈進行的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品展會的參與者之一—伊利諾伊州的一名參議員，后來變得相當有名（見圖8.11d）。（在第1版的圖7.5中，你會看到他戴著我們?yōu)锳llstate Insurance設計的酒后駕駛模擬器跟蹤眼鏡。）
虛擬現(xiàn)實社區(qū)也是游戲產(chǎn)業(yè)的幕后推手。在GPU為電腦游戲帶來新的渲染功能的同時，虛擬現(xiàn)實的發(fā)展亦得到很大的推動。此外，智能手機技術也對虛擬現(xiàn)實的發(fā)展大有助力，包括小型、平板、高分辨率的顯示器，來自慣性傳感器（GPS、傾斜、羅盤等）的輸入，以及新的計算技術。當然，隨著元件價格的不斷降低，支持Oculus HMD的游戲愛好者也成為推動虛擬現(xiàn)實技術進步的重要力量。
虛擬現(xiàn)實涉及計算機科學、工程、感知心理學、藝術和物理等眾多領域的知識。毫無疑問，虛擬現(xiàn)實教學已經(jīng)發(fā)生了改變，并且變得越來越好。在過去，我們可能會在校園邊緣（甚至校外）為學生提供一個實驗室，他們可能要和研究人員共享虛擬現(xiàn)實顯示器，不管是CAVE沉浸式系統(tǒng)還是HMD。在Google Cardboard被廣泛使用之后，現(xiàn)在學生可以方便地開發(fā)和測試虛擬現(xiàn)實技術。后來，隨著大學在更多的公共空間（包括圖書館）部署HMD實驗室，學生現(xiàn)在可以使用全6-DOF虛擬現(xiàn)實體驗。此外，在虛擬現(xiàn)實教學領域出現(xiàn)了更多更易于使用的軟件工具包，這些工具包將游戲引擎與虛擬現(xiàn)實技術整合，其中很多都用到了Unity。
但總的來說，虛擬現(xiàn)實作為一種媒介的概念是沒有改變的。設計標準與過去仍然是相同的，盡管我們可能比以前更了解在特定情況下什么方法是有效的。
第2版中展示的例子是新舊混合的。當我們能找到更好的現(xiàn)代例子時，我們就采用新例子；但當舊例子仍然是某些概念的例證時，它們就被保留下來。新的界面和表示方式已經(jīng)開始合并，但這可能不是好的選擇，一些好的想法已經(jīng)半途而廢，但仍需要進一步探索。自從第1版出版后，我們又出版了另一本書（Developing Virtual Reality Applications），其中介紹了許多很好的例子（有些現(xiàn)在已經(jīng)成為歷史了），這些都應該在開發(fā)下一代虛擬現(xiàn)實體驗時加以考慮。此外，Alan Craig還寫了一本名為Understanding Augmented Reality的書，專門討論AR。
這是一本什么樣的書
本書的目的是探討如何利用虛擬現(xiàn)實作為人類交流的媒介，在人與人之間分享信息和經(jīng)驗。我們試圖提供對虛擬現(xiàn)實媒介的全面概述，包括產(chǎn)生物理沉浸效果所需的技術和提供有用和有意義的內(nèi)容所需的界面設計。
虛擬現(xiàn)實的研究正從主要關注技術轉(zhuǎn)向越來越關注使用虛擬現(xiàn)實媒介可以做什么，這正在推動應用的發(fā)展。早期對技術的關注不是因為研究人員對這種新興媒介能做什么缺乏興趣，而是因為技術本身在很多方面都存在缺陷。研究人員—例如北卡羅來納大學教堂山分校的Fred Brooks—的工作目標是可用的應用程序，但認識到需要在計算機圖形、顯示和跟蹤設備等領域取得重大進展，因此被迫將他們的研究擴展到所有這些方向。
隨著所需技術的普及和技術水平的提高，虛擬現(xiàn)實媒介已經(jīng)成為一種完成研究的可行工具，而不僅僅是一個研究主題。從20世紀80年代末到90年代初，隨著技術的進步，越來越多的研究中心（商業(yè)界和學術界）有能力嘗試虛擬現(xiàn)實�，F(xiàn)在技術的成本已經(jīng)足夠低，不僅可以用于大型研究設施，也可以用于大眾市場。因此，在消費者層面上，使用和創(chuàng)作VR內(nèi)容在很大程度上變得物有所值。這本書探討了在科學、工業(yè)、藝術、教育和醫(yī)學等領域開發(fā)虛擬現(xiàn)實應用程序需要做好哪些準備。
就像娛樂業(yè)推動了計算機圖形技術的發(fā)展一樣，電影、街機和家庭娛樂市場率先開發(fā)了虛擬現(xiàn)實的商業(yè)潛力。這些力量正促使虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品價格進入一個合理的范圍，以便更廣泛地應用。在一些利基受眾中，已經(jīng)出現(xiàn)了許多可行的科學、工業(yè)、醫(yī)療、教育和藝術應用。事實上，許多例子都來自現(xiàn)實世界的VR應用，包括科學、制造、商業(yè)、醫(yī)學、教育、體育、娛樂、藝術和軍事等不同領域。
我們寫這本書的目的是提供關于虛擬現(xiàn)實媒介的綜合描述，包括如何使用虛擬現(xiàn)實，以及如何創(chuàng)建引人注目的VR應用程序。書中探討了虛擬現(xiàn)實的起源，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的組成部分，以及將人類參與者與虛擬世界連接起來的方法。雖然我們簡單地討論了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的類型和它們之間的區(qū)別，但是我們避免詳細討論硬件技術，因為技術發(fā)展得太快，僅憑一本書無法深入討論，而且讀者可以通過其他資源來獲取這些信息。、詳細的信息通常可以在會議、展會或線上找到。
這不是一本什么樣的書
這本書不是關于如何用今天的技術實現(xiàn)VR系統(tǒng)的教程。我們認為這本書的讀者將會在內(nèi)容層面上理解并應用虛擬現(xiàn)實。我們的目標是寫一本超越當今技術的有用的書。對于那些需要學習底層VR設備接口的人來說，目前有許多可用的資源。
這本書也不涉及虛擬現(xiàn)實或計算機圖形的編程知識。相反，本書的重點是內(nèi)容、交互、系統(tǒng)集成和可用性方面。此外，通過與其他虛擬現(xiàn)實編程資源的整合，本書也可作為虛擬現(xiàn)實編程課程的參考書。
只要有可能，我們將盡力幫助讀者獲得有效的信息，并學會把實用的信息和噱頭區(qū)分開來。人們一直指責虛擬現(xiàn)實僅僅是一種技術創(chuàng)新，但在媒體上被過度宣傳。雖然媒體對虛擬現(xiàn)實有一定的炒作，但我們相信（并希望在接下來的章節(jié)中證明）虛擬現(xiàn)實是一種有用的新興媒介，并且是一種不容忽視的媒介。聰明的讀者會認識到新媒介的力量，并以建設性的方式在自己的應用程序中利用它。
本書的讀者對象
本書面向所有具有前瞻性觀點的讀者—那些商業(yè)人員，以及科學家、工程師、教育工作者和藝術家，他們不滿足于媒體炒作的熱點，而是渴望學習如何使用虛擬現(xiàn)實解決問題。這些讀者通常了解一些技術知識，但可能不知道如何將VR應用于他們感興趣的特定領域。
本書也適合作為VR課程的一本有價值的教科書，為研究生或本科生提供關于VR系統(tǒng)和內(nèi)容的基礎知識。這些學生可以來自不同的專業(yè)，包括計算機科學、工程、心理學、醫(yī)學、教育、科學和藝術。事實上，在很大程度上，VR開發(fā)者需要是全能的，或者至少是多個領域的精英，他們需要與擁有互補技能的人合作。
本書的另一個目的是為那些想知道VR是否能使他們受益的人提供有用的信息來源，無論是作為探索信息的途徑，還是作為開發(fā)完整的虛擬現(xiàn)實應用程序的工具。VR常常讓人聯(lián)想到游戲和復雜科學這些有限的概念。為了研究如何將VR應用于各種領域，我們在第二部分研究了一般的VR界面技術，在第三部分研究了總體設計。
如何使用本書
本書的部分旨在向讀者提供理解VR應用所需的術語和背景知識。第二部分重點討論技術問題，包括交互技術、內(nèi)容選擇和在設計VR應用程序時需要注意的表示問題。在第2版中，我們新增一章（第3章）討論人類用戶在VR應用的體驗中扮演的重要角色。第三部分探討設計VR體驗過程中出現(xiàn)的問題，并探索這些體驗的分類以及我們可以從過去的體驗中學到什么。后一章對VR系統(tǒng)和應用的未來進行展望，并回顧了我們在第1版中所做的預測。
可以這樣理解本書三個部分的主要內(nèi)容：
部分：VR是什么。
第二部分：VR怎樣實現(xiàn)。
第三部分：為什么使用VR、如何使用（或如何充分地使用）VR以及VR接下來會如何發(fā)展。
為了了解該領域的基礎知識，以及VR在各種應用領域中的進展，讀者可以從頭到尾通讀全書。然而，教師也可以根據(jù)不同大學課程的側(cè)重對閱讀方式進行調(diào)整。以技術為導向的課程可能較少關注前面的章節(jié)（強調(diào)VR作為一種交流媒介），而更多關注技術和系統(tǒng)章節(jié)（第二部分）；專注于媒介研究課程或主要關注內(nèi)容層面的課程，可能會淡化VR系統(tǒng)的技術問題，轉(zhuǎn)而關注VR的使用（部分和第三部分）；VR編程課程可關注本書的技術和可用性方面，特別是利用我們在www.understandingvirtualreality.com上提供的額外在線材料。
本書的第1版包括幾個附錄，每個附錄都提供了對特定VR體驗的介紹�，F(xiàn)在可以在網(wǎng)站上看到這些內(nèi)容。
如何幫助我們改進本書
當然，隨著VR和AR/MR（也就是“XR”）作為媒介和底層技術的不斷發(fā)展，肯定會有一些新的概念無法在本書中及時呈現(xiàn)（比如第1版沒有涵蓋SLAM跟蹤技術）。除此之外，關于人類如何與技術互動以及如何改進體驗以滿足參與者的需求的研究還在繼續(xù)。因此，在某種程度上，可以肯定本書將來還會推出第3版。因此，我們當然歡迎讀者的任何意見，特別是教授VR/AR/MR/XR課程的教師。（我們已經(jīng)設想過拆分篇幅過大的章節(jié)，但由于時間限制，在這個版本中暫時沒有實現(xiàn)。）
作者的怪癖
VR是一種只能親身體驗的媒介，如果不熟悉這種媒介，就很難理解某些概念。因此，為了符合VR的視覺本質(zhì)，我們使用了大量的照片、截圖和圖表來增強表達效果。讀者可能會注意到其中的許多圖像使用了CAVE VR系統(tǒng)。我們之所以這么做，是因為在固定式VR顯示器中更容易看到參與者在VR體驗中的互動。
然而，我們也使用了許多基于頭部的系統(tǒng)，并認識到它們在許多情況下是用于顯示的合適的選擇。因此，我們對顯示技術的討論試圖在固定式顯示器和基于頭部的顯示器（HBD）之間取得良好的平衡。書中也包括一些基于頭部的顯示器系統(tǒng)的照片。
如前所述，本書的目的不是提供對當今快速變化的技術的詳細講解。我們希望，當今天的硬件適合在博物館中作為展示的對象而不是作為展示的手段時，這里提供的信息還能繼續(xù)發(fā)揮作用。目前已經(jīng)有許多有用的信息來源，涵蓋了當前VR技術的復雜性和實現(xiàn)方法。
書中有一些“作者的怪癖”，即一些反復出現(xiàn)的典故或者可能是“笑料”，這些內(nèi)容涉及流行、古典甚至特定VR文化的元素，例如Moby Dick、The Muppets、Portal、Crayoland VR世界、The Who，以及在許多照片中出現(xiàn)的同事和家人（“笑料”主要參考The Muppet Movie）。令人驚訝的是，我們很少提到Seinfeld和Monty Python。我們特別向1994年的Saturday Night Live致敬，其中包括一個關于“Virtual Reality Books”的諷刺性廣告，廣告中突出了Moby Dick，因此我們將其作為典故收錄了。
第1版致謝
很多人都為這本書的創(chuàng)作做出了貢獻。個貢獻來自Audrey Walko，她幫助我們聯(lián)系Morgan Kaufmann 出版公司的創(chuàng)始人，從而開啟了我們的旅程。另一個早期貢獻來自Mary Craig，她根據(jù)聽寫轉(zhuǎn)錄了初稿的部分內(nèi)容。
理想情況下，我們希望逐一感謝每一個向我們展示并討論過他們的虛擬現(xiàn)實工作的人，包括在參觀世界各地的許多虛擬現(xiàn)實設施期間接待我們的人。我們初關注的是如何將虛擬現(xiàn)實應用于各種學科和主題領域。因此，我們的創(chuàng)作之旅始于盡可能多地找到虛擬現(xiàn)實應用程序，體驗它們，并與創(chuàng)作者討論。我們與50多個虛擬現(xiàn)實應用程序的負責人進行的討論，無疑有助于塑造我們對創(chuàng)造良好虛擬現(xiàn)實體驗的看法。
隨著寫作的進展，書中包括的關于虛擬現(xiàn)實媒介的材料越來越多，并且變得難以處理，于是我們選擇刪除關于現(xiàn)有VR應用的大部分材料。（事實上，這些材料成了我們所著的Developing Virtual Reality Applications一書的內(nèi)容。）部分材料保留在用于例證許多概念的圖中（見第1版的4個附錄）。因此，我們在圖題中直接給出這些貢獻者的名字。然而，我們還希望使用更多的材料來單獨致謝許多我們在初的調(diào)研中遇到的慷慨的人。
當然，也有很多人與我們分享了他們的虛擬現(xiàn)實工作經(jīng)驗，并允許我們在自己的設備上運行他們的應用程序。我們在照片中呈現(xiàn)了許多這樣的應用程序，展示了各種VR技術是如何實現(xiàn)的。這些是他們的慷慨的充分體現(xiàn)，我們在照片說明中單獨向他們致謝。我們要特別感謝Dave Pape，他直接或間接地提供了許多CAVE應用程序，并允許我們使用Crayoland House—我們將其移植到了許多示例場景中。
我們也要感謝在NCSA與我們合作的許多人。當然，這包括所有在NCSA做過可視化工作的人，特別是那些參與可視化小組展示項目的人。該項目向我們介紹了許多可視化的基本概念，包括感知、表示、映射、符號學和認知。即使日常任務讓我們更專注于技術本身，但我們的主要目標還是利用技術進行交流和獲得洞察力。我們希望以一種易于讀者理解的方式來呈現(xiàn)在那些充滿深刻見解的會議中學到的一些概念。
NCSA也為我們提供了大量的機會，讓我們可以與有興趣的科學家一起研究可視化和VR技術。這些工作也讓我們與有興趣將VR作為制造設計工具以及有興趣推動安全和可視化零售業(yè)務的企業(yè)保持聯(lián)系。我們與多位教授合作，他們通過虛擬現(xiàn)實媒介打造新穎的教學環(huán)境。NCSA管理層全力支持虛擬現(xiàn)實設施的開發(fā)和推廣，從1991年的FakeSpace BOOM、VPL和Virtual Research HMD，到我們后來經(jīng)常使用的CAVE，但這些產(chǎn)品終還是落伍了。此外，NCSA還與伊利諾伊大學芝加哥分校電子可視化實驗室（EVL）開展合作，該實驗室當時由Tom DeFanti和Dan Sandin負責，多年來仍然是該領域信息、技術和靈感的巨大來源。
考慮到這本書所經(jīng)過的迭代次數(shù)，我們要感謝大量的評論者，包括Colleen Bushell、Toni Emerson、Scott Fisher、George Francis、Kurt Hebel、Andy Johnson、Mike McNeill、Robert Moorhead、Carla Scaletti、Steve Shaffer、Audrey Walko和Chris Wickens。還有三位評論者特別為我們提供了幾章的詳細評論，他們是Bill Chapin、Rich Holloway和Holly Korab。我們還要感謝一些匿名的評論者，正是他們使這本書變得更加出色。
我們還要特別感謝Mike Morgan，以及Morgan Kaufmann出版公司的工作人員，包括我們的編輯Diane Cerra、叢書編輯Brian Barsky和Belinda Breyer。Mike和Diane很有耐心，允許我們在當前產(chǎn)品的基礎上對書中各個方面的設計和實現(xiàn)進行迭代。Belinda 的貢獻包括對書的完整審查和編輯，確保所有對讀者必要的信息都被有序地包括在內(nèi)。
我們要感謝Beverly M. Carver繪制了許多線條圖。我們也要感謝Yonie Overton幫助我們進一步打磨內(nèi)容，并監(jiān)督設計和制作過程。她的努力使終產(chǎn)品變得更好。
后要感謝我們的家人。Bill的妻子Sheryl承擔了更多的家務，在馬拉松式的寫書過程中一直給予我們支持。Cindy和Danielle兩個孩子盡自己所能表現(xiàn)到好，盡管爸爸并沒有像他們希望的那樣常在身邊。還有Theresa，感謝她等了這么久，直到本書完成后的編輯。還要感謝Alan的朋友和家人在技術領域的鼓勵和專業(yè)意見。
第2版致謝
許多人又一次為這本書的創(chuàng)作做出了貢獻。首先感謝建議更新本書的評論者：Christoph Borst、Torsten Kuhlen和Ryan McMahon。他們不僅鼓勵我們創(chuàng)作新版，而且還對可以改進的地方提出了深思熟慮的意見。我們還應該感謝（也許是道歉）Jesse Schell，我們從他那里次了解了Gartner Hype Curve，并做了進一步的討論。在第1版中對他的感謝是以腳注的形式出現(xiàn)的，但采用不加腳注的版式后，我們忘了將對他的感謝轉(zhuǎn)移到前言中。
我們也與許多VR從業(yè)者進行了很好的交流，包括Mary Whitton、Jason Jerald和Richards Skarbez（特別是在制作Presence部分時）。還有John Stone，他對現(xiàn)代GPU渲染提供了相當多的見解。此外，Symbolic Sound公司的Carla Scaletti提供了關于音頻的信息和綜述，特別是虛擬現(xiàn)實中的音頻。
相比于第1版，在我們與同事和合作者的努力下，這本書已大大改進�，F(xiàn)在，除了NCSA以外，我們與沙漠研究所（DRI）、I-CHASS和印第安納大學均有合作。我們現(xiàn)在已經(jīng)參觀了世界上大約100個虛擬現(xiàn)實實驗室，而且可以輕松地將不同的虛擬現(xiàn)實體驗下載到我們的個人虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。
我們再次感謝Beverly M. Carver在2D圖表方面的大力幫助，許多圖表需要更新，但由于我們丟失了一些原始文件，她不得不從頭重新創(chuàng)建。同樣，有許多人為這本書提供了圖片，他們的貢獻在相應的圖題中列出。沒有致謝或出處的圖片通常是我們自己創(chuàng)建的，除了Beverly的大部分2D圖表。此外，付費和開放的應用程序的截圖，用Unity和Iris Inventor創(chuàng)造的3D世界，以及用Py-cairo創(chuàng)造的2D錯覺圖像，都是我們以半匿名方式創(chuàng)造的。
還要感謝Elsevier/Morgan Kaufmann團隊，包括Todd Green、Meg Dunkerley、Amy Invernizzi和Ana Garcia，以及包括Punithavathy Govindaradjane和Sandhya Narayanan在內(nèi)的制作團隊。與第1版一樣，本書的出版是一個漫長的過程，感謝他們的堅持，是他們推動我們寫完全書。
后，感謝我們的家人。Bill的妻子Sheryl承擔了大部分家務并不斷鼓勵他，而Bill則每晚都在寫作、編輯和發(fā)電子郵件。至于孩子們，現(xiàn)在有一個更長的名單：Cindy、Josh、Danielle、Theresa、Thomas和Anthony，還有Gracie、Nora和Andrew。他們偶爾會走進爺爺?shù)臅�房玩鬧一陣。感謝Bill的父母Robert和Kathleen，他們可能還記得我五年級時因為完不成關于太陽系的作業(yè)而開始失控的事。還有Alan的朋友和家人，舉不勝舉。