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Unity VR虚拟现实完全自学教程 邵伟 2019年版
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- 类 别：计算机与网络
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资料介绍
Unity VR虚拟现实完全自学教程
作者：邵伟
出版时间： 2019年版
内容简介
本书是 VR 自学爱好者的一本入门书，全书共 16 章，全面讲述了在制作 VR 应用程序的过程中所必备的软/硬件知识。硬件层面以 HTC VIVE 为主要硬件平台，同时介绍了两款配合其使用的外部设备―― VIVE 追踪器和 Leap Motion；软件层面以制作 VR 应用程序的核心工作流程为主线，以 Unity 为游戏引擎，从 VR 交互原则、材质、UI、编程开发、调试优化等方面逐步展开介绍各工作环节的主要内容。同时，本书辅以丰富的案例项目，重点介绍了 SteamVR、InteractionSystem、VRTK 等必备插件在实际项目中的使用方法，帮助读者快速上手制作属于自己的 VR 应用程序。本书适合对制作 VR 应用程序感兴趣的人员，以及有志于从事 VR 软件开发工作的人员阅读，同时也适合院校及培训虚拟现实机构相关专业的师生参考。
目录
第 1 章 VR 行业概述 /1
1．1 VR 介绍 /1
1．2 VR 技术应用案例 /1
1．3 VR 技术当前面临的挑战 / 5
1．3．1 硬件价格 / 5
1．3．2 运算及显示能力 /5
1．3．3 交互 / 5
1．3．4 移动性 /6
1．3．5 内容 / 7
1．3．6 小结 / 7
第 2 章 Unity VR 概述 / 8
2．1 Unity VR / 8
2．1．1 图形渲染 /8
2．1．2 真实物理引擎 / 9
2．1．3 多 VR 平台原生支持 /9
2．1．4 丰富的资源 /10
2．1．5 对开发者友好 /10
2．1．6 不断更新的 Unity 版本 / 11
2．2 使用 C#脚本进行 VR 交互开发 /12
第 3 章 当前主流 VR 硬件 / 13
3．1 HTC VIVE / 13
3．2 Oculus Rift / 13
3．3 Gear VR / 14
3．4 Cardboard /14
3．5 Daydream 平台 15
3．6 逐渐崛起的 VR 一体机 / 16
3．6．1 Oculus Go 和小米 VR 一体机 /17
3．6．2 HTC VIVE Focus /18
3．7 未来展望 /18
第 4 章 VR 应用程序开发工作流程 /20
4．1 资源准备 /20
4．2 模型优化及重拓扑 /23
4．3 展 UV 的过程 / 24
4．4 材质贴图制作 /25
4．5 将资源导入 Unity / 25
4．6 导入开发工具包 /26
4．7 场景搭建 /26
4．8 设置光照环境 /27
4．9 交互开发 /28
4．10 测试优化 / 28
4．11 发布应用程序 / 28
4．12 常用开发工具 /29
第 5 章 VR 交互设计原则 / 36
5．1 设计必要的新手引导 /36
5．2 使用十字线（准星）/36
5．3 避免界面深度引起的疲劳感 /37
5．4 使用恒定的速度 /37
5．5 保持用户在地面上 /38
5．6 保持头部的跟踪 /38
5．7 用光来引导用户的注意力 /39
5．8 借助比例 /39
5．9 使用空间音频 /40
5．10 充分使用反馈 /40
第 6 章 HTC VIVE 硬件 / 41
6．1 简介 /41
6．2 产品特点 /41
6．3 VIVE PRO / 43
6．4 HTC VIVE 硬件拆解结构 / 44
6．4．1 头显 /44
6．4．2 控制器 /45
6．5 HTC VIVE 控制器按键名称 / 46
6．6 HTC VIVE 定位原理/ 47
6．7 Inside-Out 与 Out-Inside 位置跟踪技术 / 47
6．7．1 Outside-In 跟踪技术 /48
6．7．2 Inside-Out 跟踪技术 / 48
6．8 HTC VIVE 的安装 / 49
第 7 章 VR 中的 UI ．/51
7．1 概述 /51
7．2 将 UI 容器转换为世界空间坐标 / 52
7．3 VR 中的 UI 交互 /53
第 8 章 Unity VR 写实材质 ． 55
8．1 Unity 材质基础 / 55
8．2 基于物理的渲染理论 /56
8．3 PBR 材质的优势 / 57
8．3．1 高品质写实级别材质表现 /58
8．3．2 为实时渲染而生 / 58
8．3．3 标准的材质制作流程 /59
8．4 PBR 材质主要贴图类型 /59
8．4．1 颜色贴图（Albedo/Basecolor Map）/59
8．4．2 金属贴图（Metallic Map） /60
8．4．3 光滑度贴图（Roughness Map） /60
8．5 PBR 材质制作软件 / 61
8．5．1 Substance Designer /61
8．5．2 Substance Painter /65
8．5．3 Quixel Suite /66
8．5．4 Marmoset Toolbag /66
8．6 制作 PBR 椅子材质 /67
8．6．1 在 Substance Painter 中制作贴图 /67
8．6．2 导出贴图到 Unity /74
8．7 Substance in Unity 的使用 / 76
第 9 章 SteamVR /81
9．1 SteamVR 简介 /81
9．1．1 SteamVR Runtime /81
9．1．2 SteamVR Plugin / 81
9．1．3 获取控制器引用及按键输入 /83
9．2 使用SteamVR Plugin实现与物体的交互 /84
9．3 InteractionSystem /89
9．3．1 InteractionSystem 核心模块 / 89
9．3．2 使用 InteractionSystem 实现传送 / 91
9．3．3 使用 InteractionSystem 实现与物体的交互 / 93
9．3．4 使用 InteractionSystem 实现与 UI 的交互 /95
9．4 需要注意的问题 ． 96
第 10 章 使用 VRTK 进行交互开发 /99
10．1 VRTK 简介 /99
10．1．1 什么是 VRTK / 99
10．1．2 VRTK 能做什么 /99
10．1．3 为什么选择 VRTK /100
10．1．4 未来版本 103
10．2 SteamVR Plugin、InteractionSystem 与 VRTK 的关系 /103
10．3 配置 VRTK /103
10．3．1 一般配置过程 /104
10．3．2 快速配置 VRTK/108
10．4 VRTK 中的指针 / 109
10．4．1 指针 /109
10．4．2 指针渲染器 /113
10．5 在 VRTK 中实现传送 /115
10．5．1 VRTK 中的传送类型 /115
10．5．2 限定传送区域 /118
10．5．3 在 VR 场景中实现传送 /119
10．6 使用 VRTK 实现与物体的交互 /121
10．6．1 概述 / 121
10．6．2 配置方法 / 122
10．6．3 VRTK 的抓取机制 / 127
10．7 VRTK 中的控制器高亮和振动 /129
10．7．1 控制器高亮 /129
10．7．2 控制器振动 /131
10．8 VRTK 中与 UI 的交互 / 132
10．9 实例：开枪射击效果/ 134
10．10 实例：攀爬效果 / 140
10．11 实例：实现释放自动吸附功能 / 143
第 11 章 将基于 PC 平台的应用移植到 VR 平台 / 148
11．1 项目移植分析 /148
11．2 初始化 VR 交互 /149
11．3 Player 的移植 / 150
11．4 设置道具为可交互对象 / 152
11．5 实现控制器与道具的交互逻辑 /154
11．6 修改 UI 渲染模式为 World Space / 156
11．7 玩家伤害闪屏效果 /157
11．8 根据报错信息调整代码 /158
11．9 游戏结束及重新开始 / 159
第 12 章 Leap Motion for VR /162
12．1 概述 /162
12．2 硬件准备 /163
12．3 软件环境 /164
12．4 Leap Motion VR 初始开发环境 /164
12．5 替换 Leap Motion 在 VR 环境中的手部模型 /165
X Unity VR 虚拟现实完全自学教程
12．6 实现与 3D 物体的交互 / 167
12．7 实例：使用 Leap Motion 实现枪械的组装 /171
第 13 章 VIVE Tracker 的使用 / 175
13．1 外观结构 /175
13．2 使用场景 /176
13．3 初次使用 Tracker /177
13．4 使用 Tracker 作为控制器 / 178
13．5 使用 Tracker 与现实世界物体进行绑定 179
13．6 小结 /181
第 14 章 Unity VR 游戏案例――《水果忍者 VR》原型开发 /182
14．1 项目简介 /182
14．2 初始化项目 / 182
14．3 配置武士刀 / 183
14．4 编写水果生成逻辑 /185
14．5 实现切割水果的效果 /187
14．6 制作分数和游戏结束 UI /189
14．7 编写计分、计时和游戏结束等逻辑 / 190
第 15 章 Unity VR 案例―― Tilt Brush 原型开发 / 194
15．1 项目分析 /194
15．2 初始化项目并编写脚本 /195
15．3 实现修改笔刷颜色功能 /197
15．4 扩展内容：将绘制交互修改为 VRTK 版本 / 201
15．5 异常处理 /202
第16 章 Unity VR 性能优化工具和方法 / 204
16．1 Unity Profiler / 204
16．2 Memory Profiler / 205
16．3 Frame Debugger / 205
16．4 优化原则和措施 /206
16．4．1 LOD 技术 /206
16．4．2 较少 Draw Call 数量 / 207
16．4．3 使用单通道立体渲染 / 208
16．4．4 使用 The Lab Renderer / 209
16．4．5 小结 / 210
附录A XR 技术词汇解释/ 211
附录B Unity 编辑器基础小贴士/ 217
作者：邵伟
出版时间： 2019年版
内容简介
本书是 VR 自学爱好者的一本入门书，全书共 16 章，全面讲述了在制作 VR 应用程序的过程中所必备的软/硬件知识。硬件层面以 HTC VIVE 为主要硬件平台，同时介绍了两款配合其使用的外部设备―― VIVE 追踪器和 Leap Motion；软件层面以制作 VR 应用程序的核心工作流程为主线，以 Unity 为游戏引擎，从 VR 交互原则、材质、UI、编程开发、调试优化等方面逐步展开介绍各工作环节的主要内容。同时，本书辅以丰富的案例项目，重点介绍了 SteamVR、InteractionSystem、VRTK 等必备插件在实际项目中的使用方法，帮助读者快速上手制作属于自己的 VR 应用程序。本书适合对制作 VR 应用程序感兴趣的人员，以及有志于从事 VR 软件开发工作的人员阅读，同时也适合院校及培训虚拟现实机构相关专业的师生参考。
目录
第 1 章 VR 行业概述 /1
1．1 VR 介绍 /1
1．2 VR 技术应用案例 /1
1．3 VR 技术当前面临的挑战 / 5
1．3．1 硬件价格 / 5
1．3．2 运算及显示能力 /5
1．3．3 交互 / 5
1．3．4 移动性 /6
1．3．5 内容 / 7
1．3．6 小结 / 7
第 2 章 Unity VR 概述 / 8
2．1 Unity VR / 8
2．1．1 图形渲染 /8
2．1．2 真实物理引擎 / 9
2．1．3 多 VR 平台原生支持 /9
2．1．4 丰富的资源 /10
2．1．5 对开发者友好 /10
2．1．6 不断更新的 Unity 版本 / 11
2．2 使用 C#脚本进行 VR 交互开发 /12
第 3 章 当前主流 VR 硬件 / 13
3．1 HTC VIVE / 13
3．2 Oculus Rift / 13
3．3 Gear VR / 14
3．4 Cardboard /14
3．5 Daydream 平台 15
3．6 逐渐崛起的 VR 一体机 / 16
3．6．1 Oculus Go 和小米 VR 一体机 /17
3．6．2 HTC VIVE Focus /18
3．7 未来展望 /18
第 4 章 VR 应用程序开发工作流程 /20
4．1 资源准备 /20
4．2 模型优化及重拓扑 /23
4．3 展 UV 的过程 / 24
4．4 材质贴图制作 /25
4．5 将资源导入 Unity / 25
4．6 导入开发工具包 /26
4．7 场景搭建 /26
4．8 设置光照环境 /27
4．9 交互开发 /28
4．10 测试优化 / 28
4．11 发布应用程序 / 28
4．12 常用开发工具 /29
第 5 章 VR 交互设计原则 / 36
5．1 设计必要的新手引导 /36
5．2 使用十字线（准星）/36
5．3 避免界面深度引起的疲劳感 /37
5．4 使用恒定的速度 /37
5．5 保持用户在地面上 /38
5．6 保持头部的跟踪 /38
5．7 用光来引导用户的注意力 /39
5．8 借助比例 /39
5．9 使用空间音频 /40
5．10 充分使用反馈 /40
第 6 章 HTC VIVE 硬件 / 41
6．1 简介 /41
6．2 产品特点 /41
6．3 VIVE PRO / 43
6．4 HTC VIVE 硬件拆解结构 / 44
6．4．1 头显 /44
6．4．2 控制器 /45
6．5 HTC VIVE 控制器按键名称 / 46
6．6 HTC VIVE 定位原理/ 47
6．7 Inside-Out 与 Out-Inside 位置跟踪技术 / 47
6．7．1 Outside-In 跟踪技术 /48
6．7．2 Inside-Out 跟踪技术 / 48
6．8 HTC VIVE 的安装 / 49
第 7 章 VR 中的 UI ．/51
7．1 概述 /51
7．2 将 UI 容器转换为世界空间坐标 / 52
7．3 VR 中的 UI 交互 /53
第 8 章 Unity VR 写实材质 ． 55
8．1 Unity 材质基础 / 55
8．2 基于物理的渲染理论 /56
8．3 PBR 材质的优势 / 57
8．3．1 高品质写实级别材质表现 /58
8．3．2 为实时渲染而生 / 58
8．3．3 标准的材质制作流程 /59
8．4 PBR 材质主要贴图类型 /59
8．4．1 颜色贴图（Albedo/Basecolor Map）/59
8．4．2 金属贴图（Metallic Map） /60
8．4．3 光滑度贴图（Roughness Map） /60
8．5 PBR 材质制作软件 / 61
8．5．1 Substance Designer /61
8．5．2 Substance Painter /65
8．5．3 Quixel Suite /66
8．5．4 Marmoset Toolbag /66
8．6 制作 PBR 椅子材质 /67
8．6．1 在 Substance Painter 中制作贴图 /67
8．6．2 导出贴图到 Unity /74
8．7 Substance in Unity 的使用 / 76
第 9 章 SteamVR /81
9．1 SteamVR 简介 /81
9．1．1 SteamVR Runtime /81
9．1．2 SteamVR Plugin / 81
9．1．3 获取控制器引用及按键输入 /83
9．2 使用SteamVR Plugin实现与物体的交互 /84
9．3 InteractionSystem /89
9．3．1 InteractionSystem 核心模块 / 89
9．3．2 使用 InteractionSystem 实现传送 / 91
9．3．3 使用 InteractionSystem 实现与物体的交互 / 93
9．3．4 使用 InteractionSystem 实现与 UI 的交互 /95
9．4 需要注意的问题 ． 96
第 10 章 使用 VRTK 进行交互开发 /99
10．1 VRTK 简介 /99
10．1．1 什么是 VRTK / 99
10．1．2 VRTK 能做什么 /99
10．1．3 为什么选择 VRTK /100
10．1．4 未来版本 103
10．2 SteamVR Plugin、InteractionSystem 与 VRTK 的关系 /103
10．3 配置 VRTK /103
10．3．1 一般配置过程 /104
10．3．2 快速配置 VRTK/108
10．4 VRTK 中的指针 / 109
10．4．1 指针 /109
10．4．2 指针渲染器 /113
10．5 在 VRTK 中实现传送 /115
10．5．1 VRTK 中的传送类型 /115
10．5．2 限定传送区域 /118
10．5．3 在 VR 场景中实现传送 /119
10．6 使用 VRTK 实现与物体的交互 /121
10．6．1 概述 / 121
10．6．2 配置方法 / 122
10．6．3 VRTK 的抓取机制 / 127
10．7 VRTK 中的控制器高亮和振动 /129
10．7．1 控制器高亮 /129
10．7．2 控制器振动 /131
10．8 VRTK 中与 UI 的交互 / 132
10．9 实例：开枪射击效果/ 134
10．10 实例：攀爬效果 / 140
10．11 实例：实现释放自动吸附功能 / 143
第 11 章 将基于 PC 平台的应用移植到 VR 平台 / 148
11．1 项目移植分析 /148
11．2 初始化 VR 交互 /149
11．3 Player 的移植 / 150
11．4 设置道具为可交互对象 / 152
11．5 实现控制器与道具的交互逻辑 /154
11．6 修改 UI 渲染模式为 World Space / 156
11．7 玩家伤害闪屏效果 /157
11．8 根据报错信息调整代码 /158
11．9 游戏结束及重新开始 / 159
第 12 章 Leap Motion for VR /162
12．1 概述 /162
12．2 硬件准备 /163
12．3 软件环境 /164
12．4 Leap Motion VR 初始开发环境 /164
12．5 替换 Leap Motion 在 VR 环境中的手部模型 /165
X Unity VR 虚拟现实完全自学教程
12．6 实现与 3D 物体的交互 / 167
12．7 实例：使用 Leap Motion 实现枪械的组装 /171
第 13 章 VIVE Tracker 的使用 / 175
13．1 外观结构 /175
13．2 使用场景 /176
13．3 初次使用 Tracker /177
13．4 使用 Tracker 作为控制器 / 178
13．5 使用 Tracker 与现实世界物体进行绑定 179
13．6 小结 /181
第 14 章 Unity VR 游戏案例――《水果忍者 VR》原型开发 /182
14．1 项目简介 /182
14．2 初始化项目 / 182
14．3 配置武士刀 / 183
14．4 编写水果生成逻辑 /185
14．5 实现切割水果的效果 /187
14．6 制作分数和游戏结束 UI /189
14．7 编写计分、计时和游戏结束等逻辑 / 190
第 15 章 Unity VR 案例―― Tilt Brush 原型开发 / 194
15．1 项目分析 /194
15．2 初始化项目并编写脚本 /195
15．3 实现修改笔刷颜色功能 /197
15．4 扩展内容：将绘制交互修改为 VRTK 版本 / 201
15．5 异常处理 /202
第16 章 Unity VR 性能优化工具和方法 / 204
16．1 Unity Profiler / 204
16．2 Memory Profiler / 205
16．3 Frame Debugger / 205
16．4 优化原则和措施 /206
16．4．1 LOD 技术 /206
16．4．2 较少 Draw Call 数量 / 207
16．4．3 使用单通道立体渲染 / 208
16．4．4 使用 The Lab Renderer / 209
16．4．5 小结 / 210
附录A XR 技术词汇解释/ 211
附录B Unity 编辑器基础小贴士/ 217
