Unity3D虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)實踐

理實結(jié)合：強調(diào)理論知識和實踐技能相結(jié)合，以職業(yè)能力為立足點，注重基本技能訓(xùn)練。

結(jié)構(gòu)新穎：課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)→知識點詳細(xì)講解→通過任務(wù)實施對知識點進(jìn)行實例操作→習(xí)題練習(xí)。

定位準(zhǔn)確：面向虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)等專業(yè)師生及虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)的從業(yè)者和愛好者。

前 言

2021 年，“元宇宙”概念迅速崛起，這也使虛擬現(xiàn)實這一概念再次被大家廣泛認(rèn)識。2022年，工業(yè)和信息化部聯(lián)合五部門共同發(fā)布《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026年）》，進(jìn)一步推動虛擬現(xiàn)實的布局。虛擬現(xiàn)實（含增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實）是新一代信息技術(shù)的重要發(fā)展方向，是數(shù)字經(jīng)濟的重大前瞻領(lǐng)域，將深刻改變?nèi)祟惖纳�產(chǎn)生活方式。目前，全國已有多所院校開設(shè)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用專業(yè)，人才是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先行力量，也是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

Unity3D是當(dāng)前業(yè)界領(lǐng)先的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容制作工具，已經(jīng)逐漸成為虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、游戲開發(fā)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生以及從事混合現(xiàn)實開發(fā)研究的技術(shù)人員必須掌握的軟件之一，也是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用專業(yè)優(yōu)選的教學(xué)內(nèi)容。本書圍繞虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)的人才需求與崗位能力要求，基于Unity3D游戲引擎，以知識點與實踐案例相結(jié)合的方式進(jìn)行編寫，旨在為廣大學(xué)生、從業(yè)者提供更加精練、更有針對性的輔助材料，希望能夠培養(yǎng)一批合格的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用開發(fā)人才，較好地服務(wù)國家經(jīng)濟的發(fā)展。

1．本書主要內(nèi)容

本書以理論知識結(jié)合實際案例操作的方式編寫，全書共10章。在介紹理論知識的同時，會以具體案例的形式，加深學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力。

第 1 章主要介紹什么是虛擬現(xiàn)實，首先介紹虛擬現(xiàn)實的概念和發(fā)展歷程，其次介紹虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用系統(tǒng)組成和主流開發(fā)工具。

第 2 章主要介紹虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)，從虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境部署入手，逐步講解Unity3D的界面和操作。

第 3 章主要介紹虛擬現(xiàn)實中的美術(shù)資源，給出虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的美術(shù)資源規(guī)范，并對在Unity3D中處理美術(shù)資源的方法進(jìn)行講解。

第4～9章主要介紹基于Unity3D開發(fā)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的不同系統(tǒng)，包括界面系統(tǒng)、地形系統(tǒng)、動畫系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)、物理系統(tǒng)和光照系統(tǒng)。

第10章主要介紹《射柳》原型開發(fā)，通過整合前面各章的知識點，以實際案例進(jìn)行綜合訓(xùn)練。

2．本書編寫特點

本書在編寫過程中，以初學(xué)者的思考方式，強調(diào)理論知識和實踐技能的結(jié)合，以職業(yè)能力為立足點，注重基本技能訓(xùn)練，有利于學(xué)生了解完整的虛擬現(xiàn)實項目開發(fā)流程，掌握不同知識點之間的關(guān)系。本書可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生每學(xué)習(xí)一章都能獲得成功的快樂，從而幫助其提高學(xué)習(xí)效率。

本書從應(yīng)用實戰(zhàn)出發(fā)，首先將學(xué)生應(yīng)該掌握的內(nèi)容以學(xué)習(xí)目標(biāo)的形式在每章開頭展現(xiàn)出來，其次對知識點進(jìn)行詳細(xì)講解，然后通過任務(wù)實施的形式對知識點進(jìn)行實例操作，最后在每章末尾配有相應(yīng)的課后習(xí)題，幫助學(xué)生在短時間內(nèi)掌握更多有用的技術(shù)和方法，從而使其快速提高技能應(yīng)用的水平。

3．本書定位

本書適用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的師生，也適用于虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)的從業(yè)者和愛好者。

4．致謝

本書由劉龍任主編（負(fù)責(zé)統(tǒng)稿），安晏輝、程明智任副主編（參與編寫）。在本書編寫過程中，程琪、趙丹萍、王海陽、張?zhí)泶T、彭琴、李世龍、田林果、吳瑞琪、岳學(xué)行、桂天一等給予了協(xié)助和支持，此外編者參閱并引用了部分專家學(xué)者的書籍、文獻(xiàn)等資源，在此一致表示感謝。

由于時間倉促及編者水平有限，書中難免存在疏漏甚至錯誤之處，懇請讀者批評指正。

編 者

2023年3月

前言

第1章 虛擬現(xiàn)實概述 1
1.1 認(rèn)識虛擬現(xiàn)實 1
1.1.1 虛擬現(xiàn)實的基本概念 1
1.1.2 虛擬現(xiàn)實的發(fā)展歷程 2
1.2 虛擬現(xiàn)實應(yīng)用系統(tǒng)組成 4
1.2.1 虛擬現(xiàn)實輸入設(shè)備 5
1.2.2 虛擬現(xiàn)實輸出設(shè)備 7
1.3 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)主流開發(fā)工具 10
1.3.1 三維建模和圖像處理工具 10
1.3.2 虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎 10
本章小結(jié) 11
課后習(xí)題 11
第2章 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ) 12
2.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)環(huán)境部署 12
2.1.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)軟件環(huán)境部署 12
2.1.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)硬件環(huán)境部署 20
2.2 虛擬現(xiàn)實開發(fā)引擎 31
2.2.1 Unity3D基本工程與操作介紹 31
2.2.2 Unity3D基本概念 40
2.2.3 Unity3D腳本基礎(chǔ) 42
本章小結(jié) 44
課后習(xí)題 45
第3章 虛擬現(xiàn)實中的美術(shù)資源 46
3.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)美術(shù)資源規(guī)范 46
3.1.1 平面美術(shù)資源規(guī)范 46
3.1.2 三維美術(shù)資源規(guī)范 48
3.2 Unity3D中美術(shù)資源的處理方法 53
3.2.1 向Unity3D中導(dǎo)入外部美術(shù)資源 53
3.2.2 Unity3D中的美術(shù)資源處理 55
本章小結(jié) 61
課后習(xí)題 61
第4章 虛擬現(xiàn)實中的界面系統(tǒng) 62
4.1 UGUI系統(tǒng) 62
4.1.1 UGUI系統(tǒng)概述 62
4.1.2 UGUI基礎(chǔ)控件 64
4.1.3 UGUI高級控件 66
4.2 UGUI設(shè)計及交互 70
4.2.1 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)界面設(shè)計 70
4.2.2 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)界面交互 84
本章小結(jié) 101
課后習(xí)題 102
第5章 虛擬現(xiàn)實中的地形系統(tǒng) 103
5.1 Unity3D的地形系統(tǒng) 103
5.1.1 Unity3D地形系統(tǒng)概述 103
5.1.2 地形工具介紹 104
5.1.3 環(huán)境特效設(shè)置 110
5.1.4 光影系統(tǒng)設(shè)置 113
5.2 Unity3D場景元素交互 114
5.2.1 設(shè)計《VR海島迷霧》漫游
場景 114
5.2.2 開發(fā)《VR海島迷霧》場景
交互功能 123
本章小結(jié) 137
課后習(xí)題 137
第6章 虛擬現(xiàn)實中的動畫系統(tǒng) 139
6.1 Unity3D的動畫系統(tǒng) 139
6.1.1 Animation動畫系統(tǒng) 139
6.1.2 Mecanim動畫系統(tǒng) 142
6.2 Unity3D動畫系統(tǒng)工具及動畫創(chuàng)建 146
6.2.1 使用動畫剪輯創(chuàng)建動畫 146
6.2.2 使用動畫控制器創(chuàng)建動畫 151
6.2.3 使用混合樹創(chuàng)建動畫 159
本章小結(jié) 167
課后習(xí)題 167
第7章 虛擬現(xiàn)實中的粒子系統(tǒng) 168
7.1 Unity3D的粒子系統(tǒng) 168
7.1.1 Unity3D粒子系統(tǒng)概述 168
7.1.2 Unity3D粒子系統(tǒng)常用工具與
操作 169
7.2 Unity3D粒子元素交互 181
7.2.1 下雪特效案例 181
7.2.2 飛機噴射尾氣特效案例 184
本章小結(jié) 187
課后習(xí)題 188
第8章 虛擬現(xiàn)實中的物理系統(tǒng) 189
8.1 Unity3D的物理系統(tǒng) 189
8.1.1 Unity3D物理系統(tǒng)概述 189
8.1.2 Unity3D物理系統(tǒng)組件 190
8.2 Unity3D物理元素交互 211
8.2.1 《Open The Door》案例 211
8.2.2 《公園一角》案例 215
本章小結(jié) 222
課后習(xí)題 222
第9章 虛擬現(xiàn)實中的光照系統(tǒng) 223
9.1 Unity3D的光照系統(tǒng) 223
9.1.1 Unity3D光照系統(tǒng)概述 223
9.1.2 Unity3D光照系統(tǒng)組件 224
9.2 Unity3D光照元素交互 231
9.2.1 Unity3D實時光照 231
9.2.2 Unity3D烘焙光照貼圖 236
本章小結(jié) 240
課后習(xí)題 241
第10章 虛擬現(xiàn)實《射柳》原型開發(fā)實例 242
10.1 搭建項目運行環(huán)境 242
10.1.1 新建3D工程項目 242
10.1.2 導(dǎo)入Steam VR插件包 244
10.2 搭建初始場景并實現(xiàn)交互 246
10.2.1 初始設(shè)置 246
10.2.2 搭建UI 248
10.2.3 實現(xiàn)UI交互 251
10.2.4 自定義Steam VR操作按鍵 254
10.3 搭建漫游場景并實現(xiàn)交互 259
10.3.1 搭建漫游場景 259
10.3.2 實現(xiàn)瞬移功能 262
10.3.3 實現(xiàn)擊鼓效果 263
10.3.4 使用Cloth組件實現(xiàn)風(fēng)吹旗幟
效果 266
10.3.5 設(shè)置提示UI 267
10.3.6 實現(xiàn)弓箭抓取及碰撞檢測 269
10.3.7 UI交互設(shè)置 270
10.4 搭建游戲場景并實現(xiàn)交互 273
10.4.1 搭建游戲場景 273
10.4.2 初始化拿取弓箭 275
10.4.3 使用關(guān)節(jié)組件實現(xiàn)柳枝浮動
效果 277
10.4.4 游戲界面與交互實現(xiàn) 278
10.4.5 添加夜晚場景 284
10.5 優(yōu)化及打包輸出 288
本章小結(jié) 289
課后習(xí)題 289
附錄 291
參考文獻(xiàn) 296

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26. 武術(shù)基礎(chǔ)教程 [主編 李代勇 謝志民]
27. 計算機網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
28. 畫法幾何與機械制圖習(xí)題集（多學(xué)時） [主編 趙軍]
29. SwiftUI完全開發(fā) [李智威 著]
30. 電工電子技術(shù)基礎(chǔ) [主編 劉 軍 楊國龍 劉天成]