随着元宇宙概念的火爆，虚拟现实作为元宇宙场景的重要支持技术，是新一代信息技术的重要前沿方向。本书以主流的Unity 3D引擎使用为主线，将行业中新的应用案例、新的技术进行整合，案例之间具有连贯性，从基础到高阶，从引擎学习到综合案例开发，从软件系统开发到结合开发，培养读者虚拟现实系统开发能力。
本书面向从零开始学习虚拟现实系统开发的读者，适合作为应用型本科高校、高等职业院校以及大中专院校虚拟现实、数字媒体等相关专业虚拟现实开发课程的教材。本书配套完整的素材、案例、视频等，为广大学习者提供系统的教学资源。

虚拟现实技术发展飞速，并在建筑领域、教育领域、游戏领域、娱乐领域得到了广泛的应用。目前市面上主要的虚拟现实开发引擎包括Unity 3D、Unreal Engine，以及国内的Cocos Creator等，开发者一般会用三维软件对真实场景进行建模，再导入引擎中完成交互开发。因此，熟练掌握虚拟现实引擎是开发虚拟现实应用的基础，也是本书着重介绍的部分。
本书由高校教师与从事虚拟现实开发多年的企业工程师合作完成。企业工程师分别来自南京予创予嘉信息科技有限公司和慧科教育科技集团有限公司。两家企业都曾负责多个高校的虚拟仿真实验开发，并获评国家级虚拟仿真金课，拥有丰富的开发经验。本书经过高校教师和企业工程师的探讨，总结过往教学过程中的知识点以及实际项目开发时的难点。本书汇集了大量案例，容易激发学生的学习兴趣，旨在培养熟悉策划、设计、开发等制作流程，能够独立制作虚拟现实应用的综合应用型人才。
全书分为3个部分，共9章。第一部分是理论篇，分为2章。第1章介绍了虚拟现实技术的概念和应用领域；第2章介绍了虚拟现实应用的一般开发步骤，简述了原型制作过程和三维场景构建的要点。第二部分是实践篇，包括第3章～第8章，第3章详细介绍了虚拟现实开发环境的搭建；第4章以一个密室的搭建过程为引导，详细介绍了Unity 3D的工具使用、材质
球、光照系统、摄像机；第5章在第4章密室开发完成的基础上，进一步讲解在Unity 3D中交互功能的实现，包括脚本的认识、常用的组件和类、物理引擎和动画系统；第6章以一个射击游戏为例，讲解了Unity 3D中游戏地图引擎的功能；第7章以一个考试系统为例，讲解了Unity 3D中的UGUI系统；第8章以一个传统家具制作虚拟仿真实验为例，讲解了一个虚拟现实项目的开发过程，包括了UI制作、场景构建、交互功能、数据库连接等，让学生对项目开发有一个完整的认识。第三部分是拓展篇，为第9章，主要包含近几年虚拟现实方面的最新应用，包括增强现实软件的开发、结合虚拟现实硬件设备的开发、结合手势识别的开发，以此拓展虚拟现实开发的技术领域。
本书由朱惠娟任主编，张皓名、陈琳琳任副主编。全书具体编写分工如下：第1章由陈琳琳、宋燕燕编写，第2章由朱娴、李纪伟编写，第3～第7章由朱惠娟、张皓名编写，第8～
第9章由张皓名、李祺编写。全书由朱惠娟统稿。
衷心感谢南京理工大学紫金学院计算机学院的宗平院长和各位同事对本书编写的大力
支持。
限于编者水平，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。
 编 者
 2022年9月

目  录

第一部分.理论篇
第1章.虚拟现实技术概述......................2
1.1 虚拟现实技术的相关介绍 ...................2
1.1.1 虚拟现实技术的概念 ....................2
1.1.2 虚拟现实的发展历程 ....................3
1.1.3 虚拟现实、增强现实、混合现实、
   元宇宙的关系 ...............................6
1.2 虚拟现实的特点 .................................7
1.2.1 多感知性（Multi-Sensory） ............7
1.2.2 沉浸感（Immersion） ......................8
1.2.3 交互性（Interactivity）....................8
1.2.4 想象性（Imagination） ....................9
1.3 虚拟现实系统的分类 ..........................9
1.3.1 桌面式虚拟现实系统 ....................9
1.3.2 增强式虚拟现实系统 ..................10
1.3.3 沉浸式虚拟现实系统 ...................11
1.3.4 分布式虚拟现实系统 ..................12
1.4 虚拟现实的应用领域 ........................13
1.4.1 教育领域 ....................................13
1.4.2 军事领域 ....................................15
1.4.3 工业领域 ....................................17
1.4.4 建筑领域 ....................................18
1.4.5 艺术领域 ....................................20
1.4.6 医学领域 ....................................21
1.4.7 娱乐领域 ....................................22
小结 ..........................................................23
思考 ..........................................................23
第2章.虚拟现实系统的策划和产品
....设计流程................................24
2.1 虚拟现实产品设计 ............................24
2.1.1 产品开发流程.............................24
2.1.2 产品开发需求分析主要特征 .......25
2.2 用户需求和产品需求 ........................25
2.2.1 基于用户的功能需求分析 ...........26
2.2.2 基于开发者的系统需求分析 .......26
2.3 交互原型设计 ...................................27
2.3.1 什么是原型 ................................27
2.3.2 原型开发的必要性 .....................28
2.3.3 原型常用的开发工具 ..................28
2.3.4 原型开发的过程 .........................29
2.4 三维模型的制作 ...............................35
2.4.1 三维建模的常用方法 ..................35
2.4.2 三维建模的工具 .........................36
2.4.3 三维建模案例.............................38
2.4.4 三维建模注意事项 .....................46
2.5 主流开发引擎介绍 ............................47
2.5.1 Unity 3D引擎 .............................47
2.5.2 虚幻引擎 ....................................47
2.5.3 Cocos引擎 .................................48
小结 ..........................................................49
思考 ..........................................................49
第二部分.实践篇
第3章.Unity 3D开发环境的搭建...........52
3.1 Unity 3D的介绍 ................................52
3.1.1 Unity 3D的历史..........................52
3.1.2 Unity 3D的现状..........................53
3.1.3 Unity 3D的版本..........................54
3.2 Unity 3D的下载与安装 .....................55
3.2.1 Unity 3D的下载..........................55
3.2.2 Unity 3D的安装..........................55
3.3 Unity 3D软件布局 ............................58
3.3.1 Project面板 ................................60
3.3.2 Hierarchy面板............................60
3.3.3 Inspector面板 ............................61
3.3.4 Scene面板 .................................61
3.3.5 Game面板 .................................62
小结 ..........................................................63
思考 ..........................................................63
第4章.Unity 3D基础操作
....——神奇的密室........................64
4.1 Unity 3D的基础操作 .........................64
4.1.1 菜单栏 .......................................64
4.1.2 坐标系 .......................................65
4.1.3 常用工具栏 ................................67
4.2 材质与着色器 ...................................72
4.2.1 材质球的创建.............................72
4.2.2 材质球的具体参数 .....................73
4.2.3 着色器 .......................................79
4.3 光照系统 ..........................................80
4.3.1 实时光照 ....................................80
4.3.2 烘焙光照 ....................................84
4.3.3 混合光照 ....................................85
4.3.4 灯光探头组 ................................86
4.3.5 反射探头 ....................................88
4.3.6 其他常用参数.............................90
4.4 摄像机 ..............................................91
4.4.1 摄像机的重要参数 .....................92
4.4.2 小地图显示 ................................95
小结 ..........................................................97
思考 ..........................................................97
第5章.Unity 3D交互功能开发
....——与密室互动.......................98
5.1 认识脚本 ..........................................98
5.1.1 C#语言 ......................................98
5.1.2 控制台 .......................................99
5.1.3 创建脚本并运行 .......................100
5.1.4 公共变量、私有变量、静态
   变量 .........................................101
5.2 组件 ...............................................104
5.2.1 组件概述 ..................................104
5.2.2 访问游戏对象和组件 ................106
5.3 关键的类 ........................................109
5.3.1 MonoBehaviour类 ...................109
5.3.2 GameObject类 .........................110
5.3.3 Transform类 .............................112
5.3.4 Rigidbody类..............................115
5.3.5 Input类......................................119
5.3.6 Time类 .....................................122
5.4 物理引擎 ........................................123
5.4.1 碰撞器 .....................................123
5.4.2 碰撞检测事件...........................128
5.4.3 触发器 .....................................130
5.4.4 触发检测事件...........................130
5.4.5 角色控制器 ..............................132
5.5 Mecanim动画系统..........................133
5.5.1 Animation ................................133
5.5.2 Animator Controller .................138
5.5.3 Animator组件介绍....................140
小结 ........................................................144
思考 ........................................................144
第6章.地图系统——射击游戏.............145
6.1 游戏资源制作 .................................145
6.1.1 预制体制作 ..............................145
6.1.2 资源导入与导出 .......................147
6.1.3 项目编译 ..................................149
6.2 地形引擎 ........................................150
6.2.1 绘制地形 ..................................150
6.2.2 添加植被 ..................................152
6.2.3 绘制细节 ..................................154
6.2.4 地形参数设置...........................154
6.2.5 自动寻路 ..................................155
6.3 音效 ...............................................158
6.3.1 音效组件介绍...........................158
6.3.2 音效参数详解...........................158
6.3.3 使用音效组件...........................159
6.4 粒子系统 ........................................160
6.4.1 添加粒子系统...........................160
6.4.2 粒子系统的应用 .......................161
6.5 射击游戏开发 .................................163
6.5.1 射击游戏场景设计 ...................163
6.5.2 第一人称设置...........................165
6.5.3 预设子弹且连续发射 ................166
6.5.4 添加音效 ..................................167
6.5.5 添加爆炸特效...........................168
6.5.6 目标对象销毁...........................169
小结 ........................................................169
思考 ........................................................169
第7章.图形用户界面
....——一套完整的UI系统框架.......170
7.1 UGUI系统介绍 ...............................170
7.2 常用的UGUI系统对象 ....................171
7.2.1 Canvas控件 .............................171
7.2.2 Image控件 ...............................174
7.2.3 Panel控件 ................................175
7.2.4 Text控件 ..................................176
7.2.5 Button控件...............................176
7.2.6 Input Field控件 ........................178
7.2.7 Toggle控件 ..............................179
7.3 UGUI综合实例 ...............................180
7.3.1 登录模块 ..................................181
7.3.2 menu模块 ................................187
7.3.3 考试须知模块...........................190
7.3.4 测试题模块 ..............................193
小结 ........................................................197
思考 ........................................................197
第8章.综合实例
....——传统家具制作虚拟仿真实验...198
8.1 系统功能与需求分析 ......................198
8.1.1 需求分析 ..................................198
8.1.2 项目功能介绍...........................199
8.2 虚拟仿真实验开发 ..........................201
8.2.1 工作室场景搭建 .......................201
8.2.2 工作室场景漫游 .......................203
8.2.3 登录注册功能...........................206
8.2.4 榫卯拼接模块...........................213
8.2.5 工具学习模块...........................217
8.3 协程 ...............................................227
8.3.1 协程的相关概念 .......................227
8.3.2 协程的实现 ..............................228
小结 ........................................................230
思考 ........................................................230
第三部分.拓展篇
第9章.实践延展..............................232
9.1 增强式虚拟现实系统开发（AR） ...232
9.1.1 开发工具 ..................................232
9.1.2 实例应用 ..................................233
9.2 沉浸式虚拟现实系统开发 ...............239
9.2.1 开发工具 ..................................240
9.2.2 实例应用 ..................................242
9.3 体感式虚拟现实系统开发
  （Leap Motion） .............................248
9.3.1 开发工具 ..................................248
9.3.2 实例应用 ..................................249
小结 ........................................................255
思考 ........................................................255
参考文献........................................256

      朱惠娟，副教授，南京理工大学紫金学院计算机科学与技术专业负责人，2021年江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师，中国计算机学会会员、江苏省计算机学会会员、江苏省微型电脑应用协会多媒体技术专委会委员。近五年，围绕虚拟现实、三维仿真等相关前言问题进行持续深入研究，参与2项国家级虚拟仿真金课的建设、参与4项江苏省省级虚拟仿真金课的建设，主持江苏省高校哲社、江苏省高校自科、校级教改、校级科研、校级精品课程建设等项目7项。先后在《计算机工程与应用》等刊物上发表学术论文15篇，主编《Office高级应用教程》1部，获发明专利1项、实用新型专利1项、软件著作权2项。曾获校级“优秀班导师”、“毕业设计优秀指导老师”、“学科竞赛优秀指导老师”等称号，并获评校级“青年教师教学进步奖”特等奖。连续多年指导学生参加国家级学科竞赛和江苏省大学生创新创业训练计划项目，获国家级奖项20余项、省级奖项若干，获2022年（第九届）江苏省大学生计算机设计大赛“优秀指导教师”称号。主讲课程：虚拟现实技术与应用、多媒体技术与应用。？

本书面向从零开始学习虚拟现实系统开发的读者，适合作为应用型本科高校、高等职业院校以及大中专院校虚拟现实、数字媒体等相关专业虚拟现实开发课程的教材。本书配套完整的素材、案例、视频等，为广大学习者提供系统的教学资源。？