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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:Unity:
增强现实技术原理与 Unity 集成
1 虚拟现实与增强现实概述
1.1 VR 与 AR 的区别与联系
1.1.1 VR(Virtual Reality)虚拟现实
虚拟现实是一种技术,它通过计算机生成的环境让用户沉浸在一个完全虚
拟的世界中。VR 系统通常需要用户佩戴头戴式显示器(如 Oculus Rift、HTC
Vive 等),并可能配备手柄或其他输入设备,以提供交互体验。虚拟现实的目的
是让用户感觉自己置身于一个非现实的环境中,通过视觉、听觉甚至触觉的模
拟,创造出一种身临其境的感觉。
1.1.2 AR(Augmented Reality)增强现实
增强现实则是在现实世界的视图上叠加虚拟信息,而不是完全替代现实。
AR 技术通过智能手机、智能眼镜或其他设备,将数字信息和对象融入到用户的
真实环境中。例如,Pokemon Go 游戏就是 AR 技术的一个典型应用,玩家可以
在现实世界的街道上看到并捕捉虚拟的 Pokemon。
1.1.3 VR 与 AR 的联系
尽管 VR 和 AR 在实现方式上有所不同,但它们都依赖于计算机图形学、传
感器技术、显示技术以及交互设计等领域的进步。两者都是沉浸式技术的一部
分,旨在通过数字手段增强或改变人类的感知体验。在某些应用中,VR 和 AR
可以结合使用,创造出混合现实(Mixed Reality)体验,例如 Microsoft 的
HoloLens。
1.2 AR 技术的应用场景
增强现实技术在多个领域都有广泛的应用,以下是一些主要的场景:
1.2.1 教育
AR 可以为学生提供更直观的学习体验,例如,通过 AR 应用,学生可以观
察到三维的解剖模型,或者在历史课上“亲历”古代战场,这有助于加深理解
和记忆。
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1.2.2 娱乐
在游戏和电影行业中,AR 可以提供更加沉浸式的体验。例如,通过 AR 游
戏,玩家可以在自己的家中与虚拟角色互动,或者在 AR 电影中,观众可以看
到虚拟角色在真实环境中活动。
1.2.3 商业
AR 技术在商业领域也有应用,如虚拟试衣间,顾客可以在不实际试穿的情
况下看到衣服在自己身上的效果。此外,AR 还可以用于产品展示,让顾客在购
买前就能看到产品的实际使用效果。
1.2.4 医疗
在医疗领域,AR 可以用于手术指导,医生在手术时可以通过 AR 看到患者
内部结构的三维模型,提高手术的精确度和安全性。此外,AR 还可以用于康复
训练,通过虚拟环境帮助患者进行恢复。
1.2.5 工业
在工业设计和维护中,AR 可以提供实时的指导和信息,例如,工人在装配
复杂设备时,可以通过 AR 看到每个部件的正确位置和装配顺序,提高工作效
率和减少错误。
1.2.6 旅游
AR 技术可以为旅游者提供更加丰富的体验,例如,通过 AR 应用,旅游者
可以在参观古迹时看到古迹的历史变迁,或者在自然公园中看到动物的详细信
息。
1.2.7 军事
在军事领域,AR 可以用于训练和战场指挥,士兵可以通过 AR 看到虚拟的
敌人和地形,进行战术演练,提高实战能力。
1.2.8 艺术
AR 技术还可以用于艺术创作,艺术家可以将虚拟元素融入到现实世界中,
创造出全新的艺术形式和体验。
1.2.9 代码示例:Unity 中的 AR 集成
以下是一个简单的示例,展示如何在 Unity 中使用 Vuforia 引擎集成 AR 功
能。Vuforia 是一个广泛使用的 AR 开发平台,它提供了识别和跟踪现实世界中
的图像、物体和环境的能力。
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//
导入
Vuforia
命名空间
using Vuforia;
//
创建一个
AR
图像识别的脚本
public class ARImageRecognition : MonoBehaviour, ITrackableEventHandler
{
//
定义
Trackable
行为
public TrackableBehaviour TrackableBehaviour { get; set; }
//
当
Trackable
被识别时触发
public void OnTrackableStateChanged(TrackableBehaviour.Status previousStatus, TrackableBe
haviour.Status newStatus)
{
if (newStatus == TrackableBehaviour.Status.DETECTED ||
newStatus == TrackableBehaviour.Status.TRACKED ||
newStatus == TrackableBehaviour.Status.EXTENDED_TRACKED)
{
//
当图像被识别时,显示
AR
内容
Debug.Log("Image detected!");
//
例如,可以显示一个
3D
模型
this.gameObject.SetActive(true);
}
else
{
//
当图像不再被识别时,隐藏
AR
内容
Debug.Log("Image lost!");
this.gameObject.SetActive(false);
}
}
//
在脚本开始时初始化
Trackable
行为
void Start()
{
TrackableBehaviour = GetComponent<TrackableBehaviour>();
if (TrackableBehaviour)
{
TrackableBehaviour.RegisterTrackableEventHandler(this);
}
}
}
1.2.10 描述
在 Unity 中,我们首先需要导入 Vuforia 引擎,然后创建一个脚本,该脚本
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继承自 ITrackableEventHandler 接口,用于处理图像识别的事件。在
OnTrackableStateChanged 方法中,我们检查图像的状态,当图像被识别时,我
们激活 AR 内容(例如,一个 3D 模型),当图像不再被识别时,我们隐藏 AR 内
容。在 Start 方法中,我们注册了 Trackable 行为,以便在图像状态改变时调用
我们的事件处理方法。
通过这个简单的示例,我们可以看到 Unity 和 Vuforia 如何协同工作,为开
发者提供一个强大的 AR 开发平台。
2 Unity 基础与 AR 开发环境搭建
2.1 Unity 编辑器简介
Unity 是一款跨平台的 3D 和 2D 游戏引擎,由 Unity Technologies 开发。它
不仅用于游戏开发,还广泛应用于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)项目。
Unity 支持多种编程语言,如 C#,JavaScript 和 Boo,其中 C#是最常用的语言。
Unity 编辑器提供了一个直观的用户界面,允许开发者创建场景,导入资源,编
写脚本,以及进行实时预览和调试。
2.1.1 特点
� 跨平台支持:Unity 可以将项目部署到多个平台,包括 Windows,
Mac,Linux,iOS,Android,WebGL,PlayStation,Xbox 等。
� 强大的图形引擎:Unity 支持高级的渲染技术,如实时全局光照,
物理材质,以及后处理效果。
� 物理引擎:内置的物理引擎支持复杂的物理模拟,如碰撞检测,
刚体动力学,以及布料和流体模拟。
� 动画系统:Unity 的动画系统允许创建复杂的角色动画,支持骨骼
动画和蒙皮。
� 脚本 API:Unity 提供了丰富的 API,可以控制游戏对象,处理用
户输入,以及实现游戏逻辑。
2.2 安装 Unity 与 AR 插件
2.2.1 步骤
1. 下载 Unity Hub:首先,访问 Unity 官方网站下载并安装 Unity Hub,
这是管理 Unity 版本和项目的中心。
2. 安装 Unity 编辑器:通过 Unity Hub 选择适合你项目的 Unity 版本
进行安装。对于 AR 开发,推荐使用最新的 LTS 版本,以获得最佳的稳定
性和性能。
3. 安装 AR 插件:Unity 支持多种 AR 插件,如 AR Foundation 和
Vuforia。AR Foundation 是 Unity 官方推荐的插件,它支持多种 AR 平台,
包括 ARKit 和 ARCore。
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2.2.1.1 安装 AR Foundation
在 Unity 编辑器中,通过菜单 Window > Package Manager 打开包管理器,
搜索 AR Foundation 并点击安装。
2.3 配置 AR 开发环境
2.3.1 环境要求
� 硬件:确保你的开发设备和目标设备支持 AR 功能。例如,对于
ARKit,你需要一台运行 iOS 11 或更高版本的 iPhone 或 iPad。
� 软件:除了 Unity 和 AR 插件,你可能还需要安装目标平台的开发
工具,如 Xcode(对于 iOS)或 Android Studio(对于 Android)。
2.3.2 配置步骤
1. 选择 AR 平台:在 Unity 编辑器中,通过 Edit > Project Settings >
Player,在 XR Settings 中选择你想要支持的 AR 平台。
2. 导入 AR 资源:使用 Assets > Import New Asset 导入 AR 相关的资
源,如 3D 模型,纹理,和 AR 插件所需的特定资源。
3. 创建 AR 场景:在 Hierarchy 中创建或导入 AR 对象,如虚拟物体
或交互元素。
4. 编写 AR 脚本:使用 C#编写脚本来控制 AR 对象的行为,如跟踪
用户位置,识别平面,或响应用户手势。
2.3.2.1 示例:AR Foundation 平面检测
// AR Foundation
平面检测脚本示例
using UnityEngine;
using UnityEngine.XR.ARFoundation;
using UnityEngine.XR.ARSubsystems;
public class ARPlaneDetection : MonoBehaviour
{
public ARPlaneManager arPlaneManager;
void Start()
{
//
确保平面检测功能被启用
arPlaneManager.enabled = true;
}
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kkchenjj
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