查看 PDF [1065 kb]
本文的目标受众是谁？
本文主要面向希望将 Steam*VR 集成至场景之中的 Unity* 开发人员。我将假设读者已安装 HTC Vive* 且能够正常运行。如果没有，请访问 SteamVR 网站查看具体说明。
我为何创建 Pirate Cove VR 场景？
我的工作重点随时变化，需要逐渐倾斜至虚拟现实 (VR)，使其融于 Unity 环境之中。我想将 SteamVR 集成至 Unity 之中、设计场景，并支持远距传动以便在场景之中灵活移动。
本文主要介绍我在 VR 集成过程中所积累的经验，并展示如何实现 VR 和场景的有机结合。本文的重点不是如何设计场景以及如何使用 Unity 实现一切正常运行，而是介绍如何将 VR 集成至场景之中。
我的创建目标是什么？
我尝试创建虚拟现实视觉体验。尽管使用 Unity 来创建体验，但它不是游戏本身。我创建的视觉体验模拟以海盗为主题的小型热带岛屿。我选择对我有利的事物；毕竟我生活在雨水充沛的太平洋西北地区。所以我希望我的体验带有一些热带风情。
我使用的工具有哪些？
我使用 Unity* 5.6。我从 Unity 资产商店购买了一些资产。资产的选择均围绕如何设置生活着大量海盗的热带岛屿：
- Pirates Island
- SteamVR
- Hessburg Navel Cutter
- Aquas
还有一些其他的免费零星物品。
我为创建该项目积累了哪些知识？
我曾使用过 Unity，以及英特尔® 实感™ 技术。我们的 SDK 包含英特尔实感 Unity 插件，而且我编写过插件，并创建了有关该插件的培训示例。
到目前为止我没有真正尝试过在 Unity 中设计第一人称类型的游戏，也从不担心性能、每秒帧数 (FPS) 等相关问题。使用英特尔实感技术和其他简单支持工具时编写过脚本。但没有设计过大型项目或场景，也没有处理过与此相关的问题。
该项目的终极目标是什么？
我希望通过项目创建更好地了解 Unity 以及如何打造 VR 场景。我希望了解正常运行 VR 的难度。如果成功将会有哪些收获？性能是否可接受？如果存在帧速率低的问题，我是否能够保持稳定，继续创建该项目？
以及从中获得乐趣。我希望从该项目创建过程中获得乐趣，并积累经验，这也是我为何选择创建以海盗为主题的热带岛屿的原因。我个人对从前的加勒比海盗时代非常着迷。
我对此存在哪些误解？
如前所述，在使用 Unity 方面，经验并不丰富。
第一个误解是关于渲染对象和渲染时机。这是什么意思？由于某种原因，我假设地形中包含譬如 3D 模型（比如巨大的悬崖），如果仅将悬崖的一半放在地形之上，Unity 不会尝试渲染不可见部分。我认为是某种类型的渲染算法阻止了 Unity 渲染处于地形之下的对象。显然不是这样。Unity 仍然渲染整个 3D 悬崖模型。
这种相同的概念适用于两个不同的 3D 悬崖模型。例如，如果有两个悬崖游戏对象，我假设将其中一座悬崖推入另一座悬崖之中，以创造出一座巨大悬崖的幻象，那么任何不可见的几何体或纹理将不会被渲染。同样不是这么回事。
显然，如果有几何体和纹理，无论是否隐藏在其他对象之中，Unity 都会将其渲染。我们需要考虑到这一点。这对我的工作没有多大影响，也没有找到解决办法，我只是在正常使用 Unity 的过程中发现了这一问题。
性能
性能是我积累最多经验的一个方面。使用 Unity 的地形工具来设计场景非常简单。添加资产也非常简单。并不是说能够非常简单地设计出色的场景，只是说你可以轻松地明白如何设计场景中的对象。尽管我自己认为 Pirates Cove场景十分漂亮，但其他人可能会嗤之以鼻。但这是我第一次设计场景，而且我并不是尝试创建第一人称射击游戏。它是一种虚拟的视觉体验。
FPS：与他人探讨 VR 时我了解到适用于 VR 的 FPS 是 90。我一开始尝试使用 Unity Stats 窗口。在 Unity 论坛上与他人交谈时我发现该窗口并不是能够达到真正 FPS 性能的最佳工具。别人建议我使用 FPS Display 脚本。显然这种方法比较准确。
遮挡剔除：这种情况十分有趣。我正尝试解决一个完全不相关的问题时，一个同事过来帮忙。我们谈到 FPS 和可以帮助解决渲染问题的技巧，他介绍我使用遮挡剔除。他向我展示了一种人工操作方法：如何确定盒子的大小和形状。我必须承认，我只是简单地打开 Unity 的遮挡剔除窗口，让它自己算出遮蔽范围。这似乎帮助我解决了性能问题。
植被：我没有意识到为地形添加草地会对场景产生巨大的影响。我看过在其他场景中大片草丛在风中摇曳。因此我非常兴奋；将 FPS 将至 0，Unity 因此超载。我没有解决这一问题，而是简单地移除草丛，并使用三叶草纹理让场景看起来比较美观，但没有任何绘制调用。
如何让 Vive* 在场景中运行
我在文章开头提过，假设读者的工作站设置并运行 Vive。这是我找到的现有文章的浓缩版 HTC Vive Tutorial for Unity。我不打算深入介绍控制器条目，因为本文将介绍重点远距传动。我修改了远距传动版本，改动较小，因为我认为适度更好，更确切地说是在操作的过程中有所发现。
在进行 HTC Vive* 开发之前，必须下载和导入 SteamVR 插件。
导入插件后，项目中将出现以下文件结构：
在项目中，我在名为 VR 的层级结构中创建了根文件夹。在这里我拷贝了 SteamVR 和 CameraRig 预制件。你无需创建 VR 文件夹；我这里只是为了便于项目整理。
只需将 SteamVR 插件添加至项目层级结构，无需进行额外操作；看 CameraRig，
我将 CameraRig 放在场景中我希望一开始启动的地方。
放置 SteamVR CamerRig 预制件后，我需要删除主摄像头，以避免冲突。这时我可以启动场景，四处观察。我不能移动，但可以从静止的点四处观察，可以看到手中的控制器。不能随意走动，但至少可以看到任何地方。
获得追踪对象
追踪对象包含手部控制器和耳机。有了这个代码示例，我完全不担心耳机；但需要从手部控制器获得输入。这对追踪按钮点击等事物来说非常有必要。
首先我们必须获得带有脚本的追踪对象实例。这里追踪对象是控制器；可通过 Awake 函数获得实例。
void Awake( )
{
_trackedController = GetComponent( );
}
然后，如果想测试是否能从手部控制器获得输入，可以通过以下 Get 函数选择特定控制器。它使用该脚本连接的追踪对象（手部控制器）：
private SteamVR_Controller.Device HandController
{
get
{
return SteamVR_Controller.Input( ( int )_trackedObj.index );
}
}创建远距传动系统
现在我们想添加在场景中四处走动的功能。为此，我们必须创建脚本，知道如何读取手部控制器的输入。我创建了一个新的 Unity C# 脚本，名为 TeleportSystem.cs。
我们不仅需要脚本，还需要激光指示器，在本特定项目中为十字线。十字线不是强制性的，只是为了增添场景中的辨别力，因为用户可将该十字线用作视觉反馈工具。我只创建了一个带骷髅头的简单圆圈。
创建激光
将立方体扔在场景中即可创建激光；激光在场景中足够高，不会干扰场景中的其他资产。从这里将其坐标设为：x = 0.005，y = 0.005，z = 1。这样形成一个细长立方体形状的激光。
激光创建完成后，以预制件的形式保存并删除场景中的原始立方体，因为已不再需要。
创建十字线
我希望激光的末端带有一个定制的十字线，这点不是必需的，只是比较酷而已。我创建了一个预制件，即上面带贴花的圆形网格。
设置层级
这一步骤非常重要。你需要告诉激光/十字线哪些可以远距传动，哪些不可以。例如，可能不支持用户在水上远距传动，或者不希望支持他们在悬崖边上远距传动。你可以使用层级，将他们限制在场景中特定的区域。我创建了两个层级 — Teleportable 和 NotTeleportable。
我将可以远距传动的事物，比如地形本身、草棚和楼梯，放在 Teleportable 层。用户无法远距传动的事物，比如场景中的悬崖或其他事物，放在 NotTeleportable 层。
定义变量时，我确定了双层掩码。一个掩码包含所有层级。另一个是非远距传动掩码，表示这些层级无法远距传动。
// Layer mask to filter the areas on which teleports are allowed public LayerMask _teleportMask; // Layer mask specifies which layers we can NOT teleport to. public LayerMask _nonTeleportMask;
确定公共层级掩码时，它们均包含在脚本中。包含多个下拉列表，你可以从中选择不允许远距传动的层级。
设置层级与 LayerMatchTest 函数搭配使用。
/// <summary>
/// Checks to see if a GameObject is on a layer in a LayerMask.
/// </summary>
/// <param name="layers">Layers we don't want to teleport to</param>
/// <param name="objInQuestion">Object that the raytrace hit</param>
/// <returns> true if the provided GameObject's Layer matches one of the Layers in the provided LayerMask.</returns>
private static bool LayerMatchTest( LayerMask layers, GameObject objInQuestion )
{
return( ( 1 << objInQuestion.layer ) & layers ) != 0;
}调用 LayerMatchTest()时，将发送包含无法远距传动层级列表的层级掩码，以及 HitTest 检测到的游戏对象。测试将表明该对象是否在非远距传动层级列表中。
更新帧
void Update( )
{
// If the touchpad is held down
if ( HandController.GetPress( SteamVR_Controller.ButtonMask.Touchpad ) )
{
_doTeleport = false;
// Shoot a ray from controller.If it hits something make it store the point where it hit and show
// the laser.Takes into account the layers which can be teleported onto
if ( Physics.Raycast( _trackedController.transform.position, transform.forward, out _hitPoint, 100, _teleportMask ) )
{
// Determine if we are pointing at something which is on an approved teleport layer.
// Notice that we are sending in layers we DON'T want to teleport to.
_doTeleport = !LayerMatchTest( _nonTeleportMask, _hitPoint.collider.gameObject );
if( _doTeleport )
{
PointLaser( );
}
else
{
DisplayLaser( false );
}
}
}
else
{
// Hide _laser when player releases touchpad
DisplayLaser( false );
}
if( HandController.GetPressUp( SteamVR_Controller.ButtonMask.Touchpad ) && _doTeleport )
{
TeleportToNewPosition();
ResetTeleporting( );
}
}更新时，代码将测试是否按下了控制器触控板按钮。如果按下了，将获得 Raycast 命中。请注意，我将发送包含一切事物的远距传动掩码。然后对命中点进行层级匹配测试。通过调用 LayerMatchTest 函数，确定是否命中了可远处传动或不可远距传动的事物。请注意，我将发送我不希望远距传动的层级列表。它将返回一个布尔值，之后该值用于确定我们能否远距传动。
如果可以远距传动，将使用 PointLaser 函数显示激光。在该函数中，我将告诉激光预制件看向 HitTest 的位置。接下来将激光预制件从控制器拉伸至 HitTest 位置。同时重新定位激光末端的十字线。
private void PointLaser( )
{
DisplayLaser( true );
// Position laser between controller and point where raycast hits.Use Lerp because you can
// give it two positions and the % it should travel.If you pass it .5f, which is 50%
// you get the precise middle point.
_laser.transform.position = Vector3.Lerp( _trackedController.transform.position, _hitPoint.point, .5f );
// Point the laser at position where raycast hits.
_laser.transform.LookAt( _hitPoint.point );
// Scale the laser so it fits perfectly between the two positions
_laser.transform.localScale = new Vector3( _laser.transform.localScale.x,
_laser.transform.localScale.y,
_hitPoint.distance );
_reticle.transform.position = _hitPoint.point + _VRReticleOffset;
}如果 HitTest 指向非远距传动层级，我将确保通过 DisplayLaser 函数关闭激光指示器。
在该函数的末端，如果触控板已按下，且 shouldTeleport 变量为真值，我调用 Teleport 函数将用户远距传动至新的位置。
private void TeleportToNewPosition( )
{
// Calculate the difference between the positions of the camera's rig's center and players head.
Vector3 difference = _VRCameraTransform.position - _VRHeadTransform.position;
// Reset the y-position for the above difference to 0, because the calculation doesn’t consider the
// vertical position of the player’s head
difference.y = 0;
_VRCameraTransform.position = _hitPoint.point + difference;
}
总结
这就是我准备和运行场景的全过程。涉及从互联网获取资源、阅读他人发布的文章，以及测试和纠错。希望大家能够通过本文有所收获，随时欢迎大家与我联系。
出于完整性考虑，下面我提供完整的脚本：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
/// <summary>
/// Used to teleport the players location in the scene.Attach to SteamVR's ControllerRig/Controller left and right
/// </summary>
public class TeleportSystem :MonoBehaviour
{
// The controller itself
private SteamVR_TrackedObject _trackedController;
// SteamVR CameraRig transform
public Transform _VRCameraTransform;
// Reference to the laser prefab set in Inspecter
public GameObject _VRLaserPrefab;
// Ref to teleport reticle prefab set in Inspecter
public GameObject _VRReticlePrefab;
// Stores a reference to an instance of the laser
private GameObject _laser;
// Ref to instance of reticle
private GameObject _reticle;
// Ref to players head (the camera)
public Transform _VRHeadTransform;
// Reticle offset from the ground
public Vector3 _VRReticleOffset;
// Layer mask to filter the areas on which teleports are allowed
public LayerMask _teleportMask;
// Layer mask specifies which layers we can NOT teleport to.
public LayerMask _nonTeleportMask;
// True when a valid teleport location is found
private bool _doTeleport;
// Location where the user is pointing the hand held controller and releases the button
private RaycastHit _hitPoint;
/// <summary>
/// Gets the tracked object.Can be either a controller or the head mount.
/// But because this script will be on a hand controller, don't have to worry about
/// knowing if it's a head or hand controller, this will only get the hand controller.
/// </summary>
void Awake( )
{
_trackedController = GetComponent<SteamVR_TrackedObject>( );
}
/// <summary>
/// Initialize the two prefabs
/// </summary>
void Start( )
{
// Spawn prefabs, init the classes _hitPoint
_laser = Instantiate( _VRLaserPrefab );
_reticle = Instantiate( _VRReticlePrefab );
_hitPoint = new RaycastHit( );
}
/// <summary>
/// Checks to see if player holding down touchpad button, if so, are the trying to teleport to a legit location
/// </summary>
void Update( )
{
// If the touchpad is held down
if ( HandController.GetPress( SteamVR_Controller.ButtonMask.Touchpad ) )
{
_doTeleport = false;
// Shoot a ray from controller.If it hits something make it store the point where it hit and show
// the laser.Takes into account the layers which can be teleported onto
if ( Physics.Raycast( _trackedController.transform.position, transform.forward, out _hitPoint, 100, _teleportMask ) )
{
// Determine if we are pointing at something which is on an approved teleport layer.
// Notice that we are sending in layers we DON'T want to teleport to.
_doTeleport = !LayerMatchTest( _nonTeleportMask, _hitPoint.collider.gameObject );
if( _doTeleport )
PointLaser( );
else
DisplayLaser( false );
}
}
else
{
// Hide _laser when player releases touchpad
DisplayLaser( false );
}
if( HandController.GetPressUp( SteamVR_Controller.ButtonMask.Touchpad ) && _doTeleport )
{
TeleportToNewPosition( );
DisplayLaser( false );
}
}
/// <summary>
/// Gets the specific hand contoller this script is attached to, left or right controller
/// </summary>
private SteamVR_Controller.Device HandController
{
get
{
return SteamVR_Controller.Input( ( int )_trackedController.index );
}
}
/// <summary>
/// Checks to see if a GameObject is on a layer in a LayerMask.
/// </summary>
/// <param name="layers">Layers we don't want to teleport to</param>
/// <param name="objInQuestion">Object that the raytrace hit</param>
/// <returns>true if the provided GameObject's Layer matches one of the Layers in the provided LayerMask.</returns>
private static bool LayerMatchTest( LayerMask layers, GameObject objInQuestion )
{
return( ( 1 << objInQuestion.layer ) & layers ) != 0;
}
/// <summary>
/// Displays the lazer and reticle
/// </summary>
/// <param name="showIt">Flag </param>
private void DisplayLaser( bool showIt )
{
// Show _laser and reticle
_laser.SetActive( showIt );
_reticle.SetActive( showIt );
}
/// <summary>
/// Displays the laser prefab, streteches it out as needed
/// </summary>
/// <param name="hit">Where the Raycast hit</param>
private void PointLaser( )
{
DisplayLaser( true );
// Position laser between controller and point where raycast hits.Use Lerp because you can
// give it two positions and the % it should travel.If you pass it .5f, which is 50%
// you get the precise middle point.
_laser.transform.position = Vector3.Lerp( _trackedController.transform.position, _hitPoint.point, .5f );
// Point the laser at position where raycast hits.
_laser.transform.LookAt( _hitPoint.point );
// Scale the laser so it fits perfectly between the two positions
_laser.transform.localScale = new Vector3( _laser.transform.localScale.x,
_laser.transform.localScale.y,
_hitPoint.distance );
_reticle.transform.position = _hitPoint.point + _VRReticleOffset;
}
/// <summary>
/// Calculates the difference between the cameraRig and head position.This ensures that
/// the head ends up at the teleport spot, not just the cameraRig.
/// </summary>
/// <returns></returns>
private void TeleportToNewPosition( )
{
Vector3 difference = _VRCameraTransform.position - _VRHeadTransform.position;
difference.y = 0;
_VRCameraTransform.position = _hitPoint.point + difference;
}
}关于作者
Rick Blacker 任职于英特尔® 软件和服务事业部，主要负责以 Primer VR 应用开发为重点的虚拟现实。