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虚拟现实和增强现实之虚拟现实和增强现实平台:SteamVR:
SteamVR 项目实战:创建一个 VR 游戏
1 虚拟现实与增强现实概览
1.1 VR 与 AR 的区别与联系
1.1.1 VR(Virtual Reality)虚拟现实
虚拟现实技术通过头戴式显示器(HMD)和交互设备(如手柄、数据手套)
为用户提供一个完全沉浸的虚拟环境。用户在 VR 环境中,可以 360 度全方位
观察和互动,仿佛置身于另一个世界。
1.1.2 AR(Augmented Reality)增强现实
增强现实技术则是在现实世界的视图上叠加虚拟信息,如图像、文字或 3D
模型。AR 技术不完全隔绝现实,而是将虚拟元素与现实场景融合,增强用户的
现实体验。
1.1.3 VR 与 AR 的联系
两者都是通过计算机生成的图像来增强或替代用户的视觉体验,都依赖于
先进的图形处理、传感器技术和交互设计。在某些应用中,如混合现实(MR),
VR 和 AR 技术可以结合使用,提供更加丰富的体验。
1.2 虚拟现实技术的应用领域
� 游戏与娱乐:提供沉浸式游戏体验,如《Beat Saber》、《Half-Life:
Alyx》等。
� 教育与培训:模拟真实环境进行培训,如飞行模拟器、医疗手术
训练。
� 建筑设计:建筑师和设计师可以使用 VR 技术进行虚拟漫游,检
查设计细节。
� 心理治疗:用于治疗恐惧症、PTSD 等心理疾病,提供安全的暴露
疗法环境。
� 零售与广告:虚拟试衣间、产品预览,增强购物体验。
1.3 增强现实技术的应用领域
� 导航与地图:如 Google Maps 的 AR 导航功能,提供直观的路线指
引。
2
� 教育:AR 可以将 3D 模型带入课堂,帮助学生更好地理解复杂概
念。
� 工业维护与维修:通过 AR 眼镜,工人可以实时查看设备的维修
手册和操作指南。
� 医疗:AR 技术可以用于手术指导,将患者数据实时投影到医生视
野中。
� 娱乐:如《Pokémon Go》等游戏,将虚拟角色融入现实世界。
1.3.1 示例:使用 Unity 和 SteamVR 创建 VR 游戏
// Unity
脚本示例:控制
VR
相机移动
using UnityEngine;
using Valve.VR;
public class VRPlayerController : MonoBehaviour
{
public float moveSpeed = 2.0f; //
移动速度
public float turnSpeed = 180.0f; //
转动速度
private SteamVR_TrackedObject trackedObj; //
跟踪对象
private SteamVR_Action_Boolean jumpAction; //
跳跃动作
private SteamVR_Action_Vector2 moveAction; //
移动动作
void Start()
{
trackedObj = GetComponent<SteamVR_TrackedObject>(); //
获取跟踪对象组件
jumpAction = SteamVR_Input.GetAction<SteamVR_Action_Boolean>("Jump"); //
获取跳跃
动作
moveAction = SteamVR_Input.GetAction<SteamVR_Action_Vector2>("Move"); //
获取移动
动作
}
void Update()
{
//
获取控制器输入
Vector2 moveInput = moveAction.GetState((int)trackedObj.index);
bool jumpInput = jumpAction.GetState((int)trackedObj.index);
//
移动相机
Vector3 moveDir = new Vector3(moveInput.x, 0, moveInput.y);
transform.Translate(moveDir * moveSpeed * Time.deltaTime);
//
跳跃
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if (jumpInput)
{
//
实现跳跃逻辑
}
}
}
1.3.2 示例解释
上述代码展示了如何在 Unity 中使用 SteamVR 插件来控制 VR 相机的移动。
VRPlayerController 类定义了相机的移动速度和转动速度,通过
SteamVR_TrackedObject 和 SteamVR_Action 类来获取 VR 控制器的输入。在
Update 方法中,根据输入的向量调整相机的位置,实现基本的 VR 游戏控制。
1.3.3 示例:使用 ARKit 创建增强现实应用
// Swift
代码示例:
ARKit
中创建一个简单的
AR
应用
import ARKit
import SceneKit
class ViewController: UIViewController, ARSCNViewDelegate {
@IBOutlet var sceneView: ARSCNView!
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
//
设置场景视图的代理
sceneView.delegate = self
//
创建一个场景
let scene = SCNScene()
sceneView.scene = scene
//
创建一个
3D
模型(球体)
let sphere = SCNSphere(radius: 0.1)
let material = SCNMaterial()
material.diffuse.contents = UIColor.red
sphere.materials = [material]
//
创建一个节点,将球体添加到节点上
let sphereNode = SCNNode(geometry: sphere)
sphereNode.position = SCNVector3(x: 0, y: 0.1, z: -0.5)
4
//
将节点添加到场景中
scene.rootNode.addChildNode(sphereNode)
}
// ARSCNViewDelegate
方法:处理
AR
会话的更新
func renderer(_ renderer: SCNSceneRenderer, updateAtTime time: TimeInterval) {
//
在这里可以更新
AR
场景中的对象
}
}
1.3.4 示例解释
这段 Swift 代码展示了如何使用 ARKit 和 SceneKit 在 iOS 设备上创建一个简
单的增强现实应用。ViewController 类继承自 UIViewController 并实现了
ARSCNViewDelegate 协议,用于处理 AR 场景的更新。在 viewDidLoad 方法中,
创建了一个红色的球体模型,并将其添加到场景中,当应用运行时,球体将出
现在设备的摄像头视图中,实现基本的 AR 体验。
通过上述概览和示例,我们可以看到 VR 和 AR 技术在多个领域的广泛应用,
以及如何在 Unity 和 ARKit 中实现基本的 VR 和 AR 功能。这些技术的不断发展,
正逐渐改变我们与数字世界的交互方式。
2 虚拟现实和增强现实之虚拟现实和增强现实平台:
SteamVR
2.1 SteamVR 平台介绍
2.1.1 SteamVR 的历史与发展
SteamVR 是 Valve 公司开发的一款虚拟现实平台,旨在为用户提供沉浸式的
VR 体验。它最初于 2015 年作为 Steam 的一部分推出,支持 HTC Vive 头戴设备。
随着时间的推移,SteamVR 不断发展,现在兼容多种 VR 头显,包括 Oculus Rift、
Windows Mixed Reality 头显等,成为 VR 开发者和玩家的首选平台之一。
2.1.2 SteamVR 的系统要求
为了确保 SteamVR 的正常运行,系统需要满足以下最低要求:
� 操作系统:Windows 10 或更高版本,或 SteamOS/Linux
� 处理器:Intel i5-4590 或 AMD FX 8350 等效或更高
� 显卡:NVIDIA GTX 970 / AMD Radeon R9 290 等效或更高
� 内存:8GB RAM 或更高
� 硬盘空间:至少 1GB 可用空间
� VR 头显:兼容 SteamVR 的 VR 头显,如 HTC Vive、Oculus Rift 等
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� 输入设备:SteamVR 控制器或兼容的 VR 输入设备
2.1.3 SteamVR 的开发工具与资源
开发 SteamVR 游戏,开发者可以利用以下工具和资源:
1. Unity 或 Unreal Engine:这两个游戏引擎都提供了 SteamVR 插件,
简化了 VR 游戏的开发过程。
2. SteamVR Tracking:用于实现空间定位和追踪,包括头显和控制器
的位置追踪。
3. SteamVR Input:提供了一套灵活的输入系统,允许用户自定义 VR
控制器的输入映射。
4. SteamVR Performance Test:用于测试 VR 系统的性能,确保游戏
在不同设备上的流畅运行。
5. SteamVR Home:一个虚拟环境,开发者可以在此测试 VR 内容的
显示效果和交互性。
6. SteamVR Developer Community:一个交流平台,开发者可以在这
里分享经验、解决问题和获取最新资讯。
2.2 示例:使用 Unity 和 SteamVR 插件创建 VR 游戏
2.2.1 步骤 1:安装 Unity 和 SteamVR 插件
1. 下载并安装 Unity:访问 Unity 官网下载最新版本的 Unity Hub 和
Unity 编辑器。
2. 安装 SteamVR 插件:在 Unity 中,通过 Asset Store 搜索并安装
SteamVR 插件。
2.2.2 步骤 2:创建 VR 场景
在 Unity 中创建一个新的 VR 场景,包括:
� 添加 VR 相机:使用 SteamVR 的预设 VR 相机。
� 导入 VR 资源:如 VR 模型、纹理和动画。
� 设置 VR 环境:调整光照、环境音效等,以增强沉浸感。
2.2.3 步骤 3:实现 VR 控制器输入
使用 SteamVR Input 系统,可以轻松实现 VR 控制器的输入映射。以下是一
个简单的示例,展示如何在 Unity 中使用 SteamVR Input:
using UnityEngine;
using Valve.VR;
public class VRControllerInput : MonoBehaviour
{
public SteamVR_Action_Boolean gripAction;
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kkchenjj
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