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第一部分 3D UI基础1

第1章 3D UI介绍2

1.1 什么是3D UI2

1.2 为什么需要3D UI2

1.3 术语3

1.4 应用领域4

1.5 小结5

第2章 历史及发展历程6

2.1 3D UI的历史6

2.2 3D UI的发展历程7

2.2.1 影响3D UI设计的领域7

2.2.2 3D UI子领域10

2.2.3 受3D UI影响的领域12

2.3 本书范围14

2.4 小结15

第二部分 3D UI硬件技术17

第3章 3D UI输出设备18

3.1 引言18

3.1.1 本章导读18

3.2 视觉显示设备19

3.2.1 视觉显示设备的特点19

3.2.2 深度线索20

3.2.3 视觉显示设备类型24

3.3 听觉显示器36

3.3.1 3D声音定位线索36

3.3.2 3D声音的生成38

3.3.3 声音系统的配置39

3.3.4 3D界面中的听觉40

3.4 触觉显示器41

3.4.1 触觉线索41

3.4.2 触觉显示特征42

3.4.3 触觉显示类型43

3.4.4 3D界面中的触觉显示设备46

3.5 设计指南：为3D UI选择输出设备47

3.6 小结50

第4章 3D UI的输入硬件53

4.1 引言53

4.1.1 输入设备特性53

4.1.2 本章导读54

4.2 桌面输入设备54

4.2.1 键盘55

4.2.2 2D鼠标和轨迹球55

4.2.3 基于笔的手写板56

4.2.4 操纵杆56

4.2.5 6 DOF桌面输入设备57

4.3.1 运动跟踪器58

4.3 跟踪设备58

4.3.2 眼动跟踪63

4.3.3 数据手套64

4.4 3D鼠标67

4.4.1 手持3D鼠标67

4.4.2 穿戴式3D鼠标68

4.5 特殊用途的输入设备69

4.6 直接人体输入72

4.6.1 语音输入72

4.6.2 生物电输入73

4.6.3 脑电波输入73

4.7 自制的输入设备74

4.7.1 制作输入设备的策略75

4.7.2 自制输入设备和计算机的连接76

4.8.1 考虑的因素77

4.8 为3D UI选择合适的输入设备77

4.8.2 输入设备分类学78

4.8.3 实验评估80

第三部分 3D交互技术83

第5章 选择和操作85

5.1 引言85

5.1.1 本章导读85

5.2 3D操作任务85

5.2.1 规范的操作任务86

5.2.2 应用特定的操作任务87

5.3 操作技术和输入设备87

5.3.1 3D操作中的控制维度和集成控制87

5.3.2 力控制与位置控制88

5.3.3 3D操作中设备的放置和形状因素88

5.4.1 操作技术的分类89

5.4 用于3D操作的交互技术89

5.4.2 指点交互91

5.4.3 直接操作：虚拟手技术96

5.4.4 缩微世界98

5.4.5 组合技术99

5.4.6 非同构3D旋转102

5.4.7 桌面3D操作104

5.5 设计指南108

第6章 漫游111

6.1 引言111

6.1.1 本章导读111

6.2 3D漫游任务112

6.2.1 探索112

6.2.2 搜寻112

6.2.4 漫游任务的其他特点113

6.2.3 机动浏览113

6.3 漫游技术114

6.3.1 技术分类114

6.3.2 身体运动技术116

6.3.3 驾驶技术120

6.3.4 路径规划技术125

6.3.5 基于目标的技术127

6.3.6 手动操作技术129

6.3.7 基于比例的漫游技术131

6.3.8 视点方向技术132

6.3.9 速率指定技术133

6.3.10 集成在桌面式3D环境的相机控制133

6.4 设计指南134

第7章 路径查找138

7.1 引言138

7.2 理论基础139

7.1.1 本章导读139

7.2.1 路径查找任务140

7.2.2 空间知识的类型140

7.2.3 自我中心和外向参考框架141

7.3 以用户为中心的路径查找支持142

7.3.1 视野142

7.3.2 运动线索142

7.3.3 多感觉输出143

7.3.4 临场143

7.3.5 搜索策略143

7.4 以环境为中心的路径查找支持144

7.4.1 环境设计144

7.4.2 人工线索146

7.5 评估路径查找辅助手段152

7.6 设计指南153

7.7 小结154

8.1 引言156

第8章 系统控制156

8.1.1 系统控制的人类因素157

8.1.2 输入设备157

8.1.3 系统和应用级因素157

8.1.4 本章导读158

8.2 分类158

8.3 图形菜单158

8.3.1 技术159

8.3.2 设计和实现问题162

8.3.3 实际应用163

8.4.1 技术164

8.4.2 设计和实现问题164

8.4 语音命令164

8.4.3 实际应用165

8.5 手势命令165

8.5.1 技术165

8.5.2 设计和实现问题166

8.5.3 实际应用167

8.6 工具167

8.6.1 技术168

8.6.2 设计和实现问题169

8.6.3 实际应用170

8.7 多通道系统控制技术170

8.8 设计指南172

8.9 案例研究：混和系统控制方法173

8.9.1 ProViT系统173

8.9.2 ProViT的系统控制设计方法173

8.9.4 系统控制的布置174

8.9.3 任务到设备的映射174

8.9.5 系统控制反馈175

8.10 小结175

第9章 符号输入176

9.1 引言176

9.1.1 符号输入为什么重要176

9.1.2 使用场景176

9.1.3 符号输入简史177

9.1.4 符号输入的鲜明特点178

9.1.5 本章导读178

9.2 符号输入任务179

9.2.1 字母数字输入179

9.2.2 编辑字母数字符号179

9.2.3 标记输入179

9.3.1 基于键盘的技术180

9.3 符号输入技术180

9.3.2 基于笔的技术183

9.3.3 基于手势的技术185

9.3.4 基于语音的技术186

9.4 设计指南187

9.5 超越文本和数字录入190

第四部分 设计和开发3D UI191

第10章 设计和开发3D UI的策略192

10.1 引言192

10.1.1 面向人的设计192

10.1.2 创造3D UI192

10.1.3 本章导读193

10.2 面向人的设计193

10.2.1 3D UI中的反馈193

10.2.2 约束197

10.2.3 双手控制198

10.2.5 面向用户舒适感的设计200

10.2.4 面向不同用户群的设计200

10.3 创造3D UI202

10.3.1 借鉴于真实世界202

10.3.2 改编自2D用户界面205

10.3.3 魔力与美学208

10.4 设计指南210

第11章 3D UI评估213

11.1 引言213

11.1.1 评估的目的213

11.1.2 术语214

11.1.3 本章导读214

11.2 背景214

11.2.1 用于评估设计和实现的工具214

11.2.2 面向3D界面的评估方法216

11.3.1 系统性能度量217

11.3 3D界面的评估度量217

11.3.2 任务绩效度量218

11.3.3 用户偏好度量218

11.4 3D界面评估的重要特点219

11.4.1 物理环境因素219

11.4.2 评估者因素220

11.4.3 用户因素220

11.4.4 评估类型因素221

11.4.5 混杂因素222

11.5 3D评估方法分类223

11.6 多方法评估的两类方式224

11.6.1 测试台评估方法224

11.6.2 顺序评估方法227

11.6.3 方法间的比较229

11.7.1 通用指南231

11.7 3D界面评估指南231

11.7.2 形式化实验指南232

第五部分 3D UI的未来235

第12章 超越虚拟：真实世界的3D界面236

12.1 引言236

12.1.1 什么是增强现实237

12.1.2 在真实世界中添加虚拟界面237

12.1.3 本章导读238

12.2 作为3D数据浏览器的AR界面238

12.3 3D增强现实界面240

12.4 增强表面和实物界面241

12.5 实物AR界面242

12.5.1 实物AR的设计243

12.5.2 实物AR中的时间复用交互244

12.6 AR中的智能代理246

12.5.3 实物AR的优缺点246

12.7 可转换的AR-VR界面247

12.8 小结248

第13章 3D UI的未来249

13.1 关于3D UI技术的问题249

13.2 关于3D交互技术的问题250

13.3 关于3D UI设计和开发的问题252

13.4 关于3D UI评估的问题253

13.5 关于资金问题254

附录A 3D UI数学参考指南256

A.1 标量256

A.2 矢量256

A 3 点257

A.4 矩阵258

A.5 四元数259

参考文献262

索引287