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。本书针对应用型高校教学需要和培养目标，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，内容包括：虚拟现实技术概述、虚拟现实系统的策划和产品设计流程、Unity 3D开发环境的搭建、Unity 3D基础操作、Unity 3D交互功能开发、地图系统、图形用户界面、综合实例、实践延展等。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。
本书适合作为应用型本科高校虚拟现实、数字媒体及相关专业虚拟现实开发课程的教材，也可作为对虚拟现实感兴趣的广大爱好者与从业者的自学参考用书。

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，总结了过往教学过程中的知识点以及实际项目开发时的难点，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、开发等制作流程并能够独立制作虚拟现实应用的综合应用型人才。
为了与行业发展保持同步，本书在第1版的基础上进行了修订，具体包括技术更新、内容优化等。首先根据虚拟现实技术的发展进行了技术和数据的更新，其次增加了Unity常用插件的介绍，最后，根据院校教师的需求和反馈，对第1版的部分案例进行了替换和优化。
全书针对应用型高等院校教学需要和培养目标进行编写，分为三部分，共9章。第一部分是理论篇，包括第1章和第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章至第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。第9章主要介绍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。
本书精心配备了丰富的数字化资源和服务，包括授课电子课件、教学素材、教学案例、教学视频等，需要的教师可登录中国铁道出版社教育资源数字化平台https://www.tdpress.com/51eds进行下载。通过这些配套资源和服务，将让您的学习或教学变得更高效。
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章至第7章由朱惠娟、张皓名编写，第8章和第9章由张皓名、史婧雯、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
2024年12月

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54
3.2.1 Unity 3D的下载54
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 Animation133
5.5.2 Animator Controller138
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
8.4 Unity常用的插件230
小结231
思考231

第三部分 拓展篇

第9章  实践延展234
9.1 增强式虚拟现实系统开发（AR）234
9.1.1 开发工具234
9.1.2 实例应用235
9.2 沉浸式虚拟现实系统开发241
9.2.1 开发工具242
9.2.2 实例应用244
9.3 全景漫游系统开发250
9.3.1 开发工具250
9.3.2 开发原理262
9.3.3 实例应用264
小结271
思考271
参考文献272

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。？

本书经过高校教师和企业工程师的探讨，总结了过往教学过程中的知识点以及实际项目开发时的难点，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、开发等制作流程并能够独立制作虚拟现实应用的综合应用型人才。？