Unity3D虛擬現實(shí)應用開(kāi)發(fā)實(shí)踐

理實(shí)結合：強調理論知識和實(shí)踐技能相結合，以職業(yè)能力為立足點(diǎn)，注重基本技能訓練。

結構新穎：課堂學(xué)習目標→知識點(diǎn)詳細講解→通過(guò)任務(wù)實(shí)施對知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例操作→習題練習。

定位準確：面向虛擬現實(shí)技術(shù)、數字媒體技術(shù)等專(zhuān)業(yè)師生及虛擬現實(shí)應用開(kāi)發(fā)的從業(yè)者和愛(ài)好者。

前 言

2021 年，“元宇宙”概念迅速崛起，這也使虛擬現實(shí)這一概念再次被大家廣泛認識。2022年，工業(yè)和信息化部聯(lián)合五部門(mén)共同發(fā)布《虛擬現實(shí)與行業(yè)應用融合發(fā)展行動(dòng)計劃（2022—2026年）》，進(jìn)一步推動(dòng)虛擬現實(shí)的布局。虛擬現實(shí)（含增強現實(shí)、混合現實(shí)）是新一代信息技術(shù)的重要發(fā)展方向，是數字經(jīng)濟的重大前瞻領(lǐng)域，將深刻改變人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式。目前，全國已有多所院校開(kāi)設了虛擬現實(shí)技術(shù)應用專(zhuān)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是當前業(yè)界領(lǐng)先的虛擬現實(shí)內容制作工具，已經(jīng)逐漸成為虛擬現實(shí)、增強現實(shí)、游戲開(kāi)發(fā)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生以及從事混合現實(shí)開(kāi)發(fā)研究的技術(shù)人員必須掌握的軟件之一，也是虛擬現實(shí)技術(shù)應用專(zhuān)業(yè)優(yōu)選的教學(xué)內容。本書(shū)圍繞虛擬現實(shí)應用開(kāi)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(diǎn)與實(shí)踐案例相結合的方式進(jìn)行編寫(xiě)，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，希望能夠培養一批合格的虛擬現實(shí)技術(shù)應用開(kāi)發(fā)人才，較好地服務(wù)國家經(jīng)濟的發(fā)展。

1．本書(shū)主要內容

本書(shū)以理論知識結合實(shí)際案例操作的方式編寫(xiě)，全書(shū)共10章。在介紹理論知識的同時(shí)，會(huì )以具體案例的形式，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解，培養學(xué)生的實(shí)際操作能力。

第 1 章主要介紹什么是虛擬現實(shí)，首先介紹虛擬現實(shí)的概念和發(fā)展歷程，其次介紹虛擬現實(shí)的應用系統組成和主流開(kāi)發(fā)工具。

第 2 章主要介紹虛擬現實(shí)系統開(kāi)發(fā)基礎，從虛擬現實(shí)系統的軟硬件環(huán)境部署入手，逐步講解Unity3D的界面和操作。

第 3 章主要介紹虛擬現實(shí)中的美術(shù)資源，給出虛擬現實(shí)系統的美術(shù)資源規范，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(kāi)發(fā)虛擬現實(shí)應用的不同系統，包括界面系統、地形系統、動(dòng)畫(huà)系統、粒子系統、物理系統和光照系統。

第10章主要介紹《射柳》原型開(kāi)發(fā)，通過(guò)整合前面各章的知識點(diǎn)，以實(shí)際案例進(jìn)行綜合訓練。

2．本書(shū)編寫(xiě)特點(diǎn)

本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，以初學(xué)者的思考方式，強調理論知識和實(shí)踐技能的結合，以職業(yè)能力為立足點(diǎn)，注重基本技能訓練，有利于學(xué)生了解完整的虛擬現實(shí)項目開(kāi)發(fā)流程，掌握不同知識點(diǎn)之間的關(guān)系。本書(shū)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，使學(xué)生每學(xué)習一章都能獲得成功的快樂(lè )，從而幫助其提高學(xué)習效率。

本書(shū)從應用實(shí)戰出發(fā)，首先將學(xué)生應該掌握的內容以學(xué)習目標的形式在每章開(kāi)頭展現出來(lái)，其次對知識點(diǎn)進(jìn)行詳細講解，然后通過(guò)任務(wù)實(shí)施的形式對知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例操作，最后在每章末尾配有相應的課后習題，幫助學(xué)生在短時(shí)間內掌握更多有用的技術(shù)和方法，從而使其快速提高技能應用的水平。

3．本書(shū)定位

本書(shū)適用于虛擬現實(shí)技術(shù)、數字媒體技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的師生，也適用于虛擬現實(shí)應用開(kāi)發(fā)的從業(yè)者和愛(ài)好者。

4．致謝

本書(shū)由劉龍任主編（負責統稿），安晏輝、程明智任副主編（參與編寫(xiě)）。在本書(shū)編寫(xiě)過(guò)程中，程琪、趙丹萍、王海陽(yáng)、張添碩、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(zhuān)家學(xué)者的書(shū)籍、文獻等資源，在此一致表示感謝。

由于時(shí)間倉促及編者水平有限，書(shū)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 虛擬現實(shí)概述 1
1.1 認識虛擬現實(shí) 1
1.1.1 虛擬現實(shí)的基本概念 1
1.1.2 虛擬現實(shí)的發(fā)展歷程 2
1.2 虛擬現實(shí)應用系統組成 4
1.2.1 虛擬現實(shí)輸入設備 5
1.2.2 虛擬現實(shí)輸出設備 7
1.3 虛擬現實(shí)系統主流開(kāi)發(fā)工具 10
1.3.1 三維建模和圖像處理工具 10
1.3.2 虛擬現實(shí)開(kāi)發(fā)引擎 10
本章小結 11
課后習題 11
第2章 虛擬現實(shí)系統開(kāi)發(fā)基礎 12
2.1 虛擬現實(shí)系統環(huán)境部署 12
2.1.1 虛擬現實(shí)系統軟件環(huán)境部署 12
2.1.2 虛擬現實(shí)系統硬件環(huán)境部署 20
2.2 虛擬現實(shí)開(kāi)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 42
本章小結 44
課后習題 45
第3章 虛擬現實(shí)中的美術(shù)資源 46
3.1 虛擬現實(shí)系統美術(shù)資源規范 46
3.1.1 平面美術(shù)資源規范 46
3.1.2 三維美術(shù)資源規范 48
3.2 Unity3D中美術(shù)資源的處理方法 53
3.2.1 向Unity3D中導入外部美術(shù)資源 53
3.2.2 Unity3D中的美術(shù)資源處理 55
本章小結 61
課后習題 61
第4章 虛擬現實(shí)中的界面系統 62
4.1 UGUI系統 62
4.1.1 UGUI系統概述 62
4.1.2 UGUI基礎控件 64
4.1.3 UGUI高級控件 66
4.2 UGUI設計及交互 70
4.2.1 虛擬現實(shí)系統界面設計 70
4.2.2 虛擬現實(shí)系統界面交互 84
本章小結 101
課后習題 102
第5章 虛擬現實(shí)中的地形系統 103
5.1 Unity3D的地形系統 103
5.1.1 Unity3D地形系統概述 103
5.1.2 地形工具介紹 104
5.1.3 環(huán)境特效設置 110
5.1.4 光影系統設置 113
5.2 Unity3D場(chǎng)景元素交互 114
5.2.1 設計《VR海島迷霧》漫游
場(chǎng)景 114
5.2.2 開(kāi)發(fā)《VR海島迷霧》場(chǎng)景
交互功能 123
本章小結 137
課后習題 137
第6章 虛擬現實(shí)中的動(dòng)畫(huà)系統 139
6.1 Unity3D的動(dòng)畫(huà)系統 139
6.1.1 Animation動(dòng)畫(huà)系統 139
6.1.2 Mecanim動(dòng)畫(huà)系統 142
6.2 Unity3D動(dòng)畫(huà)系統工具及動(dòng)畫(huà)創(chuàng )建 146
6.2.1 使用動(dòng)畫(huà)剪輯創(chuàng )建動(dòng)畫(huà) 146
6.2.2 使用動(dòng)畫(huà)控制器創(chuàng )建動(dòng)畫(huà) 151
6.2.3 使用混合樹(shù)創(chuàng )建動(dòng)畫(huà) 159
本章小結 167
課后習題 167
第7章 虛擬現實(shí)中的粒子系統 168
7.1 Unity3D的粒子系統 168
7.1.1 Unity3D粒子系統概述 168
7.1.2 Unity3D粒子系統常用工具與
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 187
課后習題 188
第8章 虛擬現實(shí)中的物理系統 189
8.1 Unity3D的物理系統 189
8.1.1 Unity3D物理系統概述 189
8.1.2 Unity3D物理系統組件 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 222
課后習題 222
第9章 虛擬現實(shí)中的光照系統 223
9.1 Unity3D的光照系統 223
9.1.1 Unity3D光照系統概述 223
9.1.2 Unity3D光照系統組件 224
9.2 Unity3D光照元素交互 231
9.2.1 Unity3D實(shí)時(shí)光照 231
9.2.2 Unity3D烘焙光照貼圖 236
本章小結 240
課后習題 241
第10章 虛擬現實(shí)《射柳》原型開(kāi)發(fā)實(shí)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 導入Steam VR插件包 244
10.2 搭建初始場(chǎng)景并實(shí)現交互 246
10.2.1 初始設置 246
10.2.2 搭建UI 248
10.2.3 實(shí)現UI交互 251
10.2.4 自定義Steam VR操作按鍵 254
10.3 搭建漫游場(chǎng)景并實(shí)現交互 259
10.3.1 搭建漫游場(chǎng)景 259
10.3.2 實(shí)現瞬移功能 262
10.3.3 實(shí)現擊鼓效果 263
10.3.4 使用Cloth組件實(shí)現風(fēng)吹旗幟
效果 266
10.3.5 設置提示UI 267
10.3.6 實(shí)現弓箭抓取及碰撞檢測 269
10.3.7 UI交互設置 270
10.4 搭建游戲場(chǎng)景并實(shí)現交互 273
10.4.1 搭建游戲場(chǎng)景 273
10.4.2 初始化拿取弓箭 275
10.4.3 使用關(guān)節組件實(shí)現柳枝浮動(dòng)
效果 277
10.4.4 游戲界面與交互實(shí)現 278
10.4.5 添加夜晚場(chǎng)景 284
10.5 優(yōu)化及打包輸出 288
本章小結 289
課后習題 289
附錄 291
參考文獻 296

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22. MySQL數據庫項目式教程 [陳亞峰]
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24. 畫(huà)法幾何與機械制圖 [主編 趙軍]
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29. C語(yǔ)言程序設計實(shí)踐教程（活頁(yè)式） [主編 鄭茵 陳巍 滕泓虬]
30. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]