Unity3D虚拟现实应用开发实践

理实结合：强调理论知识和实践技能相结合，以职业能力为立足点，注重基本技能训练。

结构新颖：课堂学习目标→知识点详细讲解→通过任务实施对知识点进行实例操作→习题练习。

定位准确：面向虚拟现实技术、数字媒体技术等专业师生及虚拟现实应用开发的从业者和爱好者。

前 言

2021 年，“元宇宙”概念迅速崛起，这也使虚拟现实这一概念再次被大家广泛认识。2022年，工业和信息化部联合五部门共同发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026年）》，进一步推动虚拟现实的布局。虚拟现实（含增强现实、混合现实）是新一代信息技术的重要发展方向，是数字经济的重大前瞻领域，将深刻改变人类的生产生活方式。目前，全国已有多所院校开设了虚拟现实技术应用专业，人才是产业发展的先行力量，也是行业发展的关键。

Unity3D是当前业界领先的虚拟现实内容制作工具，已经逐渐成为虚拟现实、增强现实、游戏开发等相关专业的学生以及从事混合现实开发研究的技术人员必须掌握的软件之一，也是虚拟现实技术应用专业优选的教学内容。本书围绕虚拟现实应用开发的人才需求与岗位能力要求，基于Unity3D游戏引擎，以知识点与实践案例相结合的方式进行编写，旨在为广大学生、从业者提供更加精练、更有针对性的辅助材料，希望能够培养一批合格的虚拟现实技术应用开发人才，较好地服务国家经济的发展。

1．本书主要内容

本书以理论知识结合实际案例操作的方式编写，全书共10章。在介绍理论知识的同时，会以具体案例的形式，加深学生对知识点的理解，培养学生的实际操作能力。

第 1 章主要介绍什么是虚拟现实，首先介绍虚拟现实的概念和发展历程，其次介绍虚拟现实的应用系统组成和主流开发工具。

第 2 章主要介绍虚拟现实系统开发基础，从虚拟现实系统的软硬件环境部署入手，逐步讲解Unity3D的界面和操作。

第 3 章主要介绍虚拟现实中的美术资源，给出虚拟现实系统的美术资源规范，并对在Unity3D中处理美术资源的方法进行讲解。

第4～9章主要介绍基于Unity3D开发虚拟现实应用的不同系统，包括界面系统、地形系统、动画系统、粒子系统、物理系统和光照系统。

第10章主要介绍《射柳》原型开发，通过整合前面各章的知识点，以实际案例进行综合训练。

2．本书编写特点

本书在编写过程中，以初学者的思考方式，强调理论知识和实践技能的结合，以职业能力为立足点，注重基本技能训练，有利于学生了解完整的虚拟现实项目开发流程，掌握不同知识点之间的关系。本书可以激发学生的学习兴趣，使学生每学习一章都能获得成功的快乐，从而帮助其提高学习效率。

本书从应用实战出发，首先将学生应该掌握的内容以学习目标的形式在每章开头展现出来，其次对知识点进行详细讲解，然后通过任务实施的形式对知识点进行实例操作，最后在每章末尾配有相应的课后习题，帮助学生在短时间内掌握更多有用的技术和方法，从而使其快速提高技能应用的水平。

3．本书定位

本书适用于虚拟现实技术、数字媒体技术、计算机科学与技术等相关专业的师生，也适用于虚拟现实应用开发的从业者和爱好者。

4．致谢

本书由刘龙任主编（负责统稿），安晏辉、程明智任副主编（参与编写）。在本书编写过程中，程琪、赵丹萍、王海阳、张添硕、彭琴、李世龙、田林果、吴瑞琪、岳学行、桂天一等给予了协助和支持，此外编者参阅并引用了部分专家学者的书籍、文献等资源，在此一致表示感谢。

由于时间仓促及编者水平有限，书中难免存在疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正。

编 者

2023年3月

前言

第1章 虚拟现实概述 1
1.1 认识虚拟现实 1
1.1.1 虚拟现实的基本概念 1
1.1.2 虚拟现实的发展历程 2
1.2 虚拟现实应用系统组成 4
1.2.1 虚拟现实输入设备 5
1.2.2 虚拟现实输出设备 7
1.3 虚拟现实系统主流开发工具 10
1.3.1 三维建模和图像处理工具 10
1.3.2 虚拟现实开发引擎 10
本章小结 11
课后习题 11
第2章 虚拟现实系统开发基础 12
2.1 虚拟现实系统环境部署 12
2.1.1 虚拟现实系统软件环境部署 12
2.1.2 虚拟现实系统硬件环境部署 20
2.2 虚拟现实开发引擎 31
2.2.1 Unity3D基本工程与操作介绍 31
2.2.2 Unity3D基本概念 40
2.2.3 Unity3D脚本基础 42
本章小结 44
课后习题 45
第3章 虚拟现实中的美术资源 46
3.1 虚拟现实系统美术资源规范 46
3.1.1 平面美术资源规范 46
3.1.2 三维美术资源规范 48
3.2 Unity3D中美术资源的处理方法 53
3.2.1 向Unity3D中导入外部美术资源 53
3.2.2 Unity3D中的美术资源处理 55
本章小结 61
课后习题 61
第4章 虚拟现实中的界面系统 62
4.1 UGUI系统 62
4.1.1 UGUI系统概述 62
4.1.2 UGUI基础控件 64
4.1.3 UGUI高级控件 66
4.2 UGUI设计及交互 70
4.2.1 虚拟现实系统界面设计 70
4.2.2 虚拟现实系统界面交互 84
本章小结 101
课后习题 102
第5章 虚拟现实中的地形系统 103
5.1 Unity3D的地形系统 103
5.1.1 Unity3D地形系统概述 103
5.1.2 地形工具介绍 104
5.1.3 环境特效设置 110
5.1.4 光影系统设置 113
5.2 Unity3D场景元素交互 114
5.2.1 设计《VR海岛迷雾》漫游
场景 114
5.2.2 开发《VR海岛迷雾》场景
交互功能 123
本章小结 137
课后习题 137
第6章 虚拟现实中的动画系统 139
6.1 Unity3D的动画系统 139
6.1.1 Animation动画系统 139
6.1.2 Mecanim动画系统 142
6.2 Unity3D动画系统工具及动画创建 146
6.2.1 使用动画剪辑创建动画 146
6.2.2 使用动画控制器创建动画 151
6.2.3 使用混合树创建动画 159
本章小结 167
课后习题 167
第7章 虚拟现实中的粒子系统 168
7.1 Unity3D的粒子系统 168
7.1.1 Unity3D粒子系统概述 168
7.1.2 Unity3D粒子系统常用工具与
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 飞机喷射尾气特效案例 184
本章小结 187
课后习题 188
第8章 虚拟现实中的物理系统 189
8.1 Unity3D的物理系统 189
8.1.1 Unity3D物理系统概述 189
8.1.2 Unity3D物理系统组件 190
8.2 Unity3D物理元素交互 211
8.2.1 《Open The Door》案例 211
8.2.2 《公园一角》案例 215
本章小结 222
课后习题 222
第9章 虚拟现实中的光照系统 223
9.1 Unity3D的光照系统 223
9.1.1 Unity3D光照系统概述 223
9.1.2 Unity3D光照系统组件 224
9.2 Unity3D光照元素交互 231
9.2.1 Unity3D实时光照 231
9.2.2 Unity3D烘焙光照贴图 236
本章小结 240
课后习题 241
第10章 虚拟现实《射柳》原型开发实例 242
10.1 搭建项目运行环境 242
10.1.1 新建3D工程项目 242
10.1.2 导入Steam VR插件包 244
10.2 搭建初始场景并实现交互 246
10.2.1 初始设置 246
10.2.2 搭建UI 248
10.2.3 实现UI交互 251
10.2.4 自定义Steam VR操作按键 254
10.3 搭建漫游场景并实现交互 259
10.3.1 搭建漫游场景 259
10.3.2 实现瞬移功能 262
10.3.3 实现击鼓效果 263
10.3.4 使用Cloth组件实现风吹旗帜
效果 266
10.3.5 设置提示UI 267
10.3.6 实现弓箭抓取及碰撞检测 269
10.3.7 UI交互设置 270
10.4 搭建游戏场景并实现交互 273
10.4.1 搭建游戏场景 273
10.4.2 初始化拿取弓箭 275
10.4.3 使用关节组件实现柳枝浮动
效果 277
10.4.4 游戏界面与交互实现 278
10.4.5 添加夜晚场景 284
10.5 优化及打包输出 288
本章小结 289
课后习题 289
附录 291
参考文献 296

1. C语言程序设计（第三版） [主编 丁红 王立新 蔡开立]
2. 民航客舱服务实用英语教程 [主编 田静 徐亚玲]
3. Python数据分析 [主编　冯志辉　赵磊　李放]
4. 大学信息技术 [曾翰颖 编著]
5. Python程序设计与应用（第二版） [主编 张广渊]
6. 多维视域下的高校篮球教学创新研究 [张利超 李宁 著]
7. 创新创业训练实践教程 [主编 王日华 陈武 黄喆诚]
8. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
9. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
10. C程序设计实践教程 [刘卫国]
11. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
12. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
13. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
14. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
15. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
16. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
17. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
18. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
19. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
20. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
21. 电工电子技术基础 [主编 刘 军 杨国龙 刘天成]
22. MySQL数据库项目式教程 [陈亚峰]
23. 机械设计基础（第二版） [主编 田亚平 李爱姣]
24. 画法几何与机械制图 [主编 赵军]
25. C语言程序设计习题与实验指导（第二版） [主编 甄增荣 张宾]
26. C语言程序设计（第二版） [主编 甄增荣 田云霞]
27. 智能化技术基础（第三版） [邓文达　李礼]
28. Python程序设计 [主编 姜春磊 陈虹洁]
29. C语言程序设计实践教程（活页式） [主编 郑茵 陈巍 滕泓虬]
30. 面向对象程序设计 [主编 张勇 张平华 赵小龙]