虚拟现实原理与开发 基于Unity的VR技术实现

"邵 伟 Unity价值专家（UVP），两届高通Qualcomm XR创新应用挑战赛评委和技术导师，公众号“XR 技术研习社”（ID：XRStudy）主理人，腾讯课 堂同名银牌机构创始人。出版教材《Unity VR虚拟 现实接近自学教程》和《Unity 2017虚拟现实开发 标准教程》，录有《VR博物馆项目实战教程》、 《SteamVR 2.x交互开发指南》、《Pico VR应 用开发基础教程》、《HTC VIVE房产项目实战教 程》、《HTC VIVE开发实例教程》、《VR写实 材质技术实例教程》等在线课程，累计视频时长超 过5000分钟，线上线下培训学员共计超3000人， 目前专注于VR/AR技术教育工作。"

第1章 SteamVR 基础交互开发 1
1.1 SteamVR 与相关 VR 硬件 1
1.1.1 HTC VIVE 硬件介绍 1
1.1.2 VR 手柄控制器按键介绍 3
1.1.3 HTC VIVE 开发推荐 PC 端规格 4
1.2 OpenVR、SteamVR、OpenXR 相关概念 5
1.2.1 OpenVR 6
1.2.2 OpenVR Desktop 6
1.2.3 OpenVR XR Plugin 7
1.2.4 SteamVR 客户端 8
1.2.5 SteamVR Plugin 9
1.2.6 OpenXR 10
1.2.7 OpenXR Plugin 11
1.3 在 Unity 中使用 SteamVR 插件 12
1.3.1 SteamVR 插件的获取 12
1.3.2 SteamVR Plugin 2.x 新版本的变化 14
1.3.3 导入 SteamVR 插件 15
1.3.4 初次运行 SteamVR 应用程序 17
1.4 SteamVR 2.x 中的动作 19
1.4.1 SteamVR Input 窗口 19
1.4.2 创建动作 22
1.4.3 动作与按键的绑定 22
1.5 通过脚本获取动作的输入 26
1.5.1 声明和引用动作 26
1.5.2 获取动作输入 27
1.6 Interaction System 30
1.6.1 Interaction System 的核心模块 31
1.6.2 使用 Interaction System 实现位置传送 32
1.6.3 使用 Interaction System 实现与物体的交互 35
1.7 在 SteamVR 2.x 中使用自定义手部模型 37
1.7.1 骨骼输入原理概述 37
1.7.2 自制模型设置 39
1.7.3 SteamVR_Behaviour_Skeleton 组件设置 40
1.8 使用 Oculus Quest 学习 SteamVR 开发 41
1.8.1 Oculus Link 简介 41
1.8.2 具体步骤及常见问题 42
1.8.3 建议使用的开发软件版本 45
1.8.4 测试 47
1.9 SteamVR 开发常用脚本汇总 47
1.9.1 获取 Touchpad 键上触摸点的位置 47
1.9.2 获取体验者位置 48
1.9.3 获取体验者某一个 Hand 的引用 49
1.9.4 获取与当前游戏对象交互的手柄控制器 49
1.9.5 获取被交互游戏对象的信息 50
1.9.6 手部在进入某区域时切换姿态 50
第2章 VR 博物馆项目实战准备 52
2.1 项目软硬件准备 52
2.1.1 项目硬件准备 52
2.1.2 项目软件准备 53
2.1.3 Unity 插件准备 55
2.1.4 为什么建议使用约定的软件版本 55
2.2 URP 概述 56
2.2.1 URP 简介 56
2.2.2 使用模板创建基于 URP 的 Unity 项目 57
2.2.3 将现有项目的渲染管线转换为 URP 60
2.2.4 为什么没有使用 HDRP 62
2.2.5 URP 学习建议 63
2.3 材质、贴图与 UV 63
2.3.1 什么是材质 63
2.3.2 基于物理的渲染：PBR 理论 64
2.3.3 URP 中的材质 65
2.3.4 什么是贴图 67
2.3.5 PBR 常用贴图类型 67
2.3.6 什么是 UV 71
2.4 模型对接标准 72
2.4.1 Unity 结合 Blender 进行模型处理的工作流程 72
2.4.2 模型 UV 准备 75
2.4.3 模型对象的命名 77
2.4.4 确保模型使用的单位与 Unity 一致 77
2.4.5 对模型设置合理的中心点 78
2.4.6 使用布线合理且面数较低的模型 79
第3章 烘焙光照贴图技术 81
3.1 光照贴图 81
3.1.1 什么是光照信息 81
3.1.2 为什么要烘焙光照贴图 82
3.1.3 直接光照和间接光照 83
3.1.4 烘焙光照贴图的基本原理 84
3.2 Lighting 窗口的参数介绍 85
3.2.1 窗口概览 85
3.2.2 Scene 选项卡中的参数 86
3.2.3 Environment 选项卡中的参数 95
3.2.4 Baked Lightmaps 选项卡 98
3.3 项目基础布光设置 99
3.3.1 场景光照来源分析 99
3.3.2 制作玻璃材质 100
3.3.3 调整 URP 配置文件的相关参数 102
3.4 烘焙光照贴图 105
3.4.1 应用临时材质 105
3.4.2 设置游戏对象参与烘焙光照贴图 106
3.4.3 设置 Lighting Settings 参数 107
3.4.4 面光源的使用 110
3.4.5 切换天空盒 112
第4章 VR 写实材质技术 115
4.1 Substance 材质的使用 115
4.1.1 概述 115
4.1.2 Substance in Unity 插件的使用 116
4.1.3 在 Unity 中使用 Substance 材质 117
4.2 使用 Substance 3D Designer 制作墙面材质 121
4.2.1 Substance 3D Designer 简介 121
4.2.2 在 Substance 3D Designer 中制作墙面材质 122
4.2.3 在场景中使用墙面材质 128
4.3 制作并应用木地板材质 129
4.3.1 在 Substance 3D Sampler 中制作木地板材质 130
4.3.2 将材质导出为 Substance 134
4.3.3 将木地板材质应用到项目场景中 135
4.4 下一步行动 136
第5章 实现项目的基本交互功能 137
5.1 实现基础 VR 交互 137
5.1.1 导入 SteamVR 插件 137
5.1.2 实现在 VR 头显中查看场景内容 138
5.1.3 将必要材质适配 URP 139
5.1.4 实现位置传送功能 140
5.1.5 优化位置传送体验 142
5.1.6 整理场景游戏对象 144
5.2 实现对象的抓取 144
5.2.1 为游戏对象添加合适的碰撞体组件 144
5.2.2 为游戏对象添加 Throwable 组件 145
5.3 解决高亮轮廓在 URP 下的显示问题 147
5.3.1 SteamVR 实现高亮效果的机制 147
5.3.2 Quick Outline 插件的使用 149
5.3.3 使用 Quick Outline 插件替换 SteamVR 的高亮效果 150
5.4 使用 Skeleton Poser 组件设计抓取手形 153
5.4.1 为可交互游戏对象添加 Skeleton Poser 组件 154
5.4.2 编辑左手手形 155
5.4.3 编辑右手手形 157
5.5 使用 DOTween 插件实现佛像的浮动特效 158
5.5.1 获取 DOTween 插件 158
5.5.2 导入 DoTween 插件 159
5.5.3 编写脚本实现浮动特效 160
5.5.4 调整附加光源的阴影分辨率 162
第6章 VR 中的 UI 技术 163
6.1 制作文字介绍 UI 163
6.1.1 制作 VR 中的 UI 的一般流程 163
6.1.2 为《蒙娜丽莎》画像添加文字介绍 165
6.2 使用 Prefab Variant 技术制作雕塑介绍 UI 168
6.2.1 准备制作 Original Prefab 的游戏对象 169
6.2.2 创建 Prefab Variant 169
6.2.3 编辑 Prefab Variant 170
6.3 开发 UI 与体验者移动的动态交互 172
6.3.1 编写 IntroTxtBasic 父类实现 UI 的自动显示和隐藏 173
6.3.2 编写 IntroTxtRotate 子类实现 UI 永远朝向体验者 176
6.4 使用 Curved UI 插件进行 UI 交互开发 178
6.4.1 Curved UI 插件简介 179
6.4.2 Curved UI 插件与 SteamVR 2.x 的集成 180
6.5 解决 UI 交互与位置传送交互冲突的问题 184
6.5.1 存在现象 184
6.5.2 解决思路 184
6.5.3 实现方法 185
6.6 使用 Modern UI Pack 插件制作项目 UI 界面 188
6.6.1 Modern UI Pack 插件概述 188
6.6.2 Window Manager 简介 189
6.6.3 使用 Modern UI Pack 插件创建 UI 控件 191
6.6.4 为窗口添加 UI 控件 193
6.6.5 使用 TextMeshPro 在 VR 环境中显示中文 200
6.6.6 制作 SettingWindow 中的内容 207
6.7 开发系统菜单的交互功能 210
第7章 场景交互功能开发 217
7.1 实现切换场景风格的功能 217
7.1.1 导入材质资源 217
7.1.2 编写脚本来实现材质切换 218
7.2 实现调节场景画质表现功能 222
7.2.1 实现原理 222
7.2.2 获取 Slider 控件的数值 222
7.2.3 动态修改特效参数 228
7.3 开发绘画作品介绍的交互功能 234
7.3.1 交互设计思路分析 234
7.3.2 创建文字介绍 UI 并实现交互功能 234
7.4 开发作品的视频播放功能 240
7.4.1 Video Player 组件简介 240
7.4.2 创建视频播放载体 241
7.4.3 设置 Video Player 组件 242
7.4.4 实现视频播放控制功能 243
第8章 项目的导出 248
8.1 提高照明参数烘焙光照贴图 248
8.2 UI 界面优化 249
8.3 解决材质导出后不显示的问题 250
8.4 项目导出设置 252
附录A：Unity 2020 发行说明（XR 相关） 255