Unity虛擬現實開發教程

作者吴孝丽，河南城建学院计算机与数据科学学院教师，长期承担虚拟现实技术、C#程序设计语言、数据库技术等课程的教学工作 2. 主编教材《数据库原理及应用》，参编教材《ASP.NET程序设计案例教程》

第 1 章 虛擬現實概述 1

1.1　虛擬現實的基本概念　1

1.2　虛擬現實的發展歷史　2

1.2.1　虛擬現實的前身　2

1.2.2　虛擬現實的萌芽　2

1.2.3　虛擬現實理論的應用　3

1.3　虛擬現實的分類　4

1.3.1　桌面式虛擬現實　4

1.3.2　沉浸式虛擬現實　4

1.3.3　增強式虛擬現實　5

1.3.4　分佈式虛擬現實　5

1.4　虛擬現實的應用領域　6

1.4.1　教育　6

1.4.2　軍事　7

1.4.3　城市模擬　8

1.4.4　工業　8

1.4.5　醫學　9

1.4.6　科學計算可視化　10

1.4.7　娛樂　10

1.5　虛擬現實技術的研究現狀　11

1.5.1　國外的研究現狀　11

1.5.2　國內的研究現狀　11

1.6　本章小結　12

1.7　本章習題　12

第　2 章 初識 Unity　13

2.1　Unity 的環境搭建　13

2.1.1　Unity 的下載及安裝　13

2.1.2　Unity Hub 的下載安裝和

許可證激活　14

2.1.3　Visual Studio 的安裝　16

2.1.4　新建工程和工程文件夾　16

2.2　Unity 界面　17

2.2.1　Project 面板　17

2.2.2　Hierarchy 面板　18

2.2.3　Scene 面板　20

2.2.4　工具欄　23

2.2.5　Inspector 面板　24

2.2.6　Game 面板和 Console 面板　25

2.2.7　預制體資源　27

2.2.8　資源包的導入和導出　29

2.3　實操案例　30

2.4　本章小結　36

2.5　本章習題　36

第　3 章 Unity 的常用組件　37

3.1　地形　37

3.1.1　地形的創建　37

3.1.2　地形的基本操作　38

3.1.3　地形的紋理添加及參數設置　40

3.2　實時光源　44

3.2.1　平行光　44

3.2.2　點光源　46

3.2.3　聚光燈　47

3.3　烘焙與貼圖　48

3.3.1　光照烘焙　48

3.3.2　反射探針　50

3.3.3　光照探針　51

3.3.4　貼圖　52

3.4　攝像機　53

3.4.1　Camera 組件中的可編輯

參數　54

3.4.2　實踐練習——小地圖的製作　55

3.5　音頻和視頻　58

3.5.1　音頻文件導入　58

3.5.2　音頻源和音頻監聽器　58

3.5.3　使用代碼控制音頻源　60

3.5.4　視頻　60

3.6　實操案例　62

3.7　本章小結　64

3.8　本章習題　64

第　4 章 腳本基礎　65

4.1　Unity 腳本編輯器　65

4.2　腳本的基礎　66

4.2.1　創建腳本時的註意事項與

項目工程設計　66

4.2.2　創建腳本　66

4.2.3　更改腳本模板　67

4.3　腳本的常用核心類　68

4.3.1　GameObject 類　68

4.3.2　MonoBehaviour 類　70

4.3.3　Application 類　71

4.3.4　Transform 類　73

4.3.5　Time 類　74

4.4　腳本的生命周期　74

4.4.1　生命周期圖和調用順序　75

4.4.2　Unity 事件函數　76

4.5　腳本的綁定、初始化、銷毀

和更新　76

4.6　協同程序　78

4.6.1　協同程序的定義與功能　78

4.6.2　協同程序任務與停止協同

程序　79

4.7　多腳本管理　80

4.7.1　腳本的執行順序　80

4.7.2　多腳本優化　80

4.7.3　單例　81

4.7.4　腳本的調試　82

4.8　Unity 的其他常用類與輸入

管理器　82

4.8.1　Unity 的其他常用類　82

4.8.2　Unity 輸入管理器　83

4.9　實操案例　85

4.10　本章小結　90

4.11　本章習題　90

第　5 章 3D 數學基礎　91

5.1　3D 坐標系基礎　91

5.1.1　笛卡兒坐標系　91

5.1.2　幾種常用坐標系　93

5.1.3　坐標系之間的轉換　93

5.2　向量　94

5.2.1　向量的基本概念　95

5.2.2　向量的運算　96

5.3　矩陣　99

5.3.1　矩陣的運算　99

5.3.2　特殊矩陣　100

5.4　實操案例　101

5.5　本章小結　103

5.6　本章習題　104

第　6 章 UGUI 界面開發　105

6.1　基礎組件和事件　105

6.1.1　Canvas 組件　105

6.1.2　EventSystem 組件　107

6.1.3　Text 組件　107

6.1.4　Panel 組件　109

6.1.5　Image 組件　109

6.1.6　Button 組件　110

6.1.7　Button 事件　110

6.2　錨點與屏幕自適應　111

6.2.1　錨點　111

6.2.2　屏幕自適應　112

6.3　UGUI 高級組件　112

6.3.1　Toggle 和 Slider 組件　112

6.3.2　Scrollbar 和 ScrollView 組件　114

6.3.3　實踐練習——模擬關卡選擇

界面　114

6.4　使用 UGUI 進行佈局管理　115

6.5　實操案例　116

6.6　本章小結　117

6.7　本章習題　117

第　7 章 物理系統　118

7.1　Rigidbody 組件　118

7.1.1　Rigidbody 組件的使用　118

7.1.2　力的使用　119

7.2　碰撞　120

7.2.1　添加碰撞體組件　120

7.2.2　碰撞檢測　121

7.2.3　觸發檢測　122

7.3　物理材質　124

7.4　Character Controller 組件　125

7.5　射線　127

7.5.1　射線的原理　127

7.5.2　射線碰撞　128

7.6　關節組件　129

7.7　物理管理器　131

7.8　實操案例　132

7.9　本章小結　134

7.10　本章習題　134

第　8 章 動畫系統　135

8.1　Animation 動畫編輯器　135

8.1.1　舊版動畫的製作　135

8.1.2　新版動畫的製作　139

8.2　外部動畫資源的導入和設置　139

8.2.1　資源的導入　139

8.2.2　資源的設置　140

8.3　Mecanim 動畫系統　143

8.3.1　動畫狀態機　144

8.3.2　動畫分層和遮罩　147

8.3.3　動畫混合　148

8.3.4　子狀態機　152

8.3.5　動畫 IK 控制　153

8.3.6　動畫目標匹配　155

8.3.7　狀態機行為腳本　157

8.3.8　動畫狀態機復用　159

8.4　實操案例　160

8.5　本章小結　164

8.6　本章習題　164

第　9 章 導航尋路功能　165

9.1　基本導航尋路功能　165

9.1.1　導航尋路功能的基礎知識　165

9.1.2　實踐練習——基本導航

尋路　167

9.2　尋航代理組件　168

9.2.1　斜坡　168

9.2.2　Off Mesh Link 組件　169

9.3　網格分層　170

9.4　導航障礙物　171

9.5　本章小結　172

9.6　本章習題　173

第　10 章 Unity 數據持久化技術　174

10.1　PlayerPerfs 持久化技術　174

10.1.1　數據的存取　174

10.1.2　實踐練習——音量設置

持久化　175

10.2　JSON 持久化技術　177

10.2.1　JSON 簡介　177

10.2.2　JSON 的基本語法　177

10.2.3　將 Excel 數據轉為 JSON

數據　179

10.2.4　讀取和存儲 JSON 文件的

兩種方式　180

10.3　實操案例　184

10.4　本章小結　190

10.5　本章習題　190

第　11 章 虛擬現實產品的開發　191

11.1　HTC VIVE　191

11.2　Steam　192

11.2.1　Steam 的下載和安裝　192

11.2.2　創建 Steam 賬戶　193

11.3　SteamVR Plugin　194

11.3.1　SteamVR Plugin 的導入　194

11.3.2　SteamVR Plugin 的操作　196

11.4　實操案例　199

11.5　本章小結　215

11.6　本章習題　215

第　12 章 增強現實產品的開發　216

12.1　增強現實工具　216

12.1.1　Vuforia　216

12.1.2　ARKit　217

12.1.3　ARCore　217

12.1.4　AR Foundation　217

12.1.5　EasyAR　218

12.1.6　VoidAR　218

12.1.7　AR SDK 小結　219

12.2　Web AR　219

12.2.1　WebAR　219

12.2.2　KiviSense 在線 AR 製作

引擎　220

12.3　實操案例　223

12.3.1　圖像追蹤識別技術　223

12.3.2　物體追蹤識別技術　228

12.4　本章小結　229

12.5　本章習題　229

第　13 章 綜合案例——使用 VDP

進行開發　230

13.1　VDP 簡介　230

13.1.1　基本介紹　230

13.1.2　適用範圍　231

13.2　使用 VDP 前的準備　231

13.2.1　安裝軟件　231

13.2.2　授權 Unity 許可證　231

13.2.3　登錄 VDP　231

13.3　使用 VDP 製作資源　232

13.3.1　製作後台的界面簡介　232

13.3.2　處理模型　233

13.3.3　導入模型　233

13.3.4　處理模型效果　234

13.3.5　實現簡易 VR 交互　235

13.3.6　發布效果圖、渲染視頻、

全景圖　237

13.3.7　使用 VDP 發布資源　239

13.4　本章小結　240

13.5　本章習題　240

第　14 章 綜合案例——畢業設計

展覽系統開發　241

14.1　畢業設計展覽系統簡介　241

14.2　項目開發過程　242

14.2.1　項目創建及場景的導入　242

14.2.2　開始場景功能的實現　242

14.2.3　主場景功能的實現　244

14.3　本章小結　250

14.4　本章習題　250