书名：Unity 3D增强现实开发实战pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：

作者：吴哲夫,陈滨

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2019-04-01

书籍编号：30469111

ISBN：9787115494092

正文语种：中文

字数：59359

版次：1

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：Unity 3D增强现实开发实战

作者：吴哲夫 陈滨

ISBN：9787115494092

免责声明：本站所有资源收集整理于网络，版权归原作者所有。
本站所有内容不得用于商业用途。本站发布的内容若侵犯到您的权益，请联系站长删除，我们将及时处理！

内容提要

本书是一本基于Unity 3D进行增强现实应用开发的实践教程。

本书分为两部分。

第一部分为基础知识部分，为第1～6章。第1章简单介绍了增强现实技术的原理和应用实例，第2章简单介绍了基于AR SDK和Unity 3D的增强现实技术实现方法，第3章是Unity 3D开发环境的基本介绍，第4章介绍了Unity 3D的UGUI用户界面，第5章介绍了Unity 3D中的粒子系统和动画系统，第6章是Unity 3D脚本语言开发基础的介绍。

第二部分为应用实践部分，为第7～13章。第7章讲解如何在Unity 3D中创建一个增强现实的应用，第8章讲解如何基于动画系统让模型进行状态变化—“动起来”，第9章讲解如何使用脚本和按钮进行声音的添加—“响起来”，第10章讲解如何通过碰撞器和脚本让模型移动—“走起来”，第11章讲解如何运用粒子系统和脚本编程来添加特效，第12章讲解如何进行 App 的 Android 和 iOS平台打包，第13章是一个综合案例的具体实现过程。

本书帮助读者从知识原理和应用实践两方面理解增强现实的应用开发，在内容编排上注重让读者掌握增强现实技术的实践方法，以便读者可以独立开发增强现实技术的简单应用。本书面向对增强现实应用开发感兴趣的工程技术人员，也适合信息技术和艺术相关专业的学生及其他具有一定编程基础的读者。

前言

增强现实（Augmented Reality,AR）是一种对现实物理环境的增强和互动体验。真实物体被计算机生成的虚拟信息所“增强”，可以跨越视觉、听觉、触觉等多种感觉形态。增强现实的主要价值在于，它将虚拟的数字世界部分引入到一个人对现实世界的感知中，而且并非是作为简单的数据展示，而是通过沉浸感的集成，该沉浸感被感受为环境的自然部分。近几年移动互联网、人工智能飞速发展，增强现实技术在工业、健康、教育、娱乐各个方面的应用方兴未艾。因此，增强现实相关知识及工程实现的教学，对数字媒体、工业设计和电子信息等相关领域人才培养具有极其重要的时代意义。

随着增强现实技术的发展，国内外介绍增强现实技术的图书越来越多，但这些书大多是以综述和罗列现有增强现实技术在不同领域中的应用案例为主，重点介绍软件层面上的增强现实具体实现方法的较少，因此其内容安排和知识深度都不适合作为相关专业教材。

本书作者根据增强现实技术的应用发展，以及工业设计和数字媒体等专业对于计算机软件方面的培养需求，结合近年来的教学科研经验，整理出这本以技术开发和应用实践并重的增强现实开发实战教程。

本书从内容安排分为两部分。第一部分包括第1章到第6章，为本书的基础知识部分，首先介绍了增强现实技术开发的基本方法，然后分析了其运行过程和基于Unity 3D、AR SDK的开发模式，重点对Unity 3D的软件功能、用户界面、粒子系统、动画组件和基础脚本编程等内容进行了讨论。第二部分是第7章到第13章，为本书的应用实践部分，结合增强现实应用开发的各个功能需求，如工程创建、动画触发、声音添加、走动和特效的脚本控制等，进行详细阐述和过程步骤指导，第13章通过一个具体的实践案例完成了从素材准备到应用打包的完整过程，让读者能够了解增强现实这一新技术的开发流程，以便读者可以独立开发自己的增强现实应用App。本书尽量减少了理论介绍，内容浅显易懂，每一步实际操作都有具体的图示；除末章外，在每一章后都附有练习题，相关的素材和软件安装方法可以在人邮教育社区（ http://www.ryjiaoyu.com）上下载，适合举一反三的教学过程。

本书可以作为高等学校数字媒体、工业设计、电子信息专业及其他相近专业的教材，也可以作为相关技术人员的入门参考书。

本书凝聚了很多人的心血，其中第1～4章由盛顺达编写，第5～8章由江壮壮编写，第9～10章由陈滨编写，第11～13章由吴哲夫编写，全书由吴哲夫统稿。在此，向所有帮助作者完成本书写作的专家、同事和研究生表示衷心感谢！

由于本书首次正式出版，编写时间仓促和作者水平有限，难免有不足之处，恳请广大读者指正。

吴哲夫

2018年7月于杭州西溪

第1章 增强现实技术概述

【知识目标】

☉了解AR、VR和MR

☉了解AR应用的领域和表现形式

☉了解AR技术的发展趋势

【任务引入】

增强现实AR技术是一种典型的物理世界和虚拟世界叠加并相互增强的应用新技术，借助于移动互联网的蓬勃发展，在娱乐、商业和工业应用上都有方兴未艾之势。本章通过对AR现有设备和表现的讨论来简单介绍AR技术和应用。

1.1 什么是AR

2016年被称为AR/VR元年，网上关于AR/VR的文章层出不穷，再加上随后出现的概念MR，似乎有些让人难以区分。到底什么是AR?AR、VR、MR这三者之间要如何区分呢？

首先，VR的概念比较容易理解，市面上VR的产品也比较多。VR（Virtual Reality，虚拟现实）指使用计算机生成虚拟环境，并让用户在虚拟环境中拥有极大的沉浸感，令人有身临其境的感觉。VR在很多方面都有应用，例如，在医学方面， VR设备产生虚拟的人体模型，用户可以非常直观地了解人体内部的各种构造，也可以使用虚拟模型进行反复的解剖、手术等练习，从而提高学医者的熟练度；在娱乐方面，虚拟现实给人们带来了全新的娱乐体验，有的歌手在歌曲MV中使用了VR技术，让每次看起来都没有变化的视频变得富有趣味。人们在每次看视频的时候可以调整不同的角度，发现不同的惊喜。VR游戏更受到了玩家们的热烈追捧，玩家们戴上VR头盔，在战争类型的游戏中仿佛置身战场，在惊悚游戏中体会更逼真的场景，感受更强的刺激。

但是，由于VR特有的封闭性，用户与现实世界完全隔绝，因此VR的应用领域受到了一定的限制。AR（Augmented Reality，增强现实）和MR（Mixed Reality，混合现实）则弥补了VR的这个缺点。这两种技术将虚拟世界与现实世界结合起来，使用户不再与现实世界隔绝。那么，AR和MR的区别又在哪里呢？

图1-1所示的是从“虚拟世界”到“现实世界”的过渡图。

图1-1 虚拟-现实过渡图

图1-1中，左边为现实环境，即我们生活的真实世界，不包括任何一点虚拟环境；右边为虚拟环境，如VR设备生成的环境，不包括任何一点现实环境。这是两个极端，在这两个极端之间的就是所谓的混合现实。混合现实中既包括虚拟环境，也包括现实环境。根据虚拟和现实的比重不同，混合现实又可以分为增强现实（Augmented Reality,AR）和增强虚拟（Augmented Virtual,AV）。现实环境内容多于虚拟内容，则为增强现实，从字面上理解就是用虚拟的内容来增强现实的内容；反之就是增强虚拟。所以，从这个角度来看，虚拟现实是混合现实的子集。但是MR并不是只有Mixed Reality（混合现实）一种解释，还有一种说法叫作Mediated Reality（介导现实），这是由“智能硬件之父”多伦多大学教授史蒂夫·曼（Steve Mann）提出的。介导现实同样是虚拟环境和现实环境的结合，与混合现实不同的是，介导现实的现实环境部分是经过数字化，再由电子设备产生的，即数字化的现实环境与虚拟环境叠加后的内容就是介导现实。

1.2 AR设备

AR技术的载体主要分为3类，即头盔、眼镜和传统的平面设备（手机和平板电脑等）。AR头盔在市场上较少，而且AR头盔最终成像依然是在头盔附属的护目镜上，与AR眼镜比较类似，所以目前AR技术主要的可穿戴设备仍然以眼镜居多。但是头盔、眼镜这类可穿戴设备的价格过高，动辄上万的价格让AR的普及面临很大的困难，所以，更多的AR应用还是在手机、平板电脑上，虽然体验不如眼镜和头盔那么好，但也是人们体验AR的一个非常好的途径。还记得2016年Pokémon Go的流行，人们满街抓小精灵的情景吗？还记得支付宝集福、腾讯的AR实景红包以及FaceU吗？这些都是AR技术在移动设备上的体现。苹果公司在2017年WWDC上发布了ARKit，在不到一个月的时间内苹果公司的AR应用层出不穷。移动设备必将成为承载AR技术的主要平台之一。

1.3 AR的多种表现形式

AR技术有以下多种表现形式。

（1）基于3D模型的展示。它实现起来比较简单，在早教和商品展示等领域有其特殊的作用。

（2）AR视频。与（1）不同的是，AR视频展示的不再只是一个静态模型，而是一段视频。通过AR视频，原本枯燥的东西变得生动，原本晦涩的内容变得通俗易懂，它的主要功能是介绍。

（3）场景展现。这种表现形式是（1）的延伸，其中的内容都是动态的，实现了更多的展示方式，在场景展现中，人们可以与3D模型交互。

（4）AR游戏。AR游戏相比于传统的游戏和VR游戏，省去了场景的建模，它以真实世界为场景。想象你在玩AR版的拳皇，游戏中的角色在你的办公桌上摩拳擦掌，这是多么有趣的体验。

当然，AR技术的应用有无限的可能性，只要我们不停止想象，AR技术的表现形式将会越来越多。

1.4 AR的应用实例

1.4.1 AR导航

AR导航技术的设想早就出现过，如名侦探柯南的眼镜。在追击犯人的时候，柯南总会启动他的定位眼镜，眼镜上就会投射出柯南和犯人的实时位置，便于他进行准确的追击。这就是AR导航最初在人们眼中的样子，只是大多数人并没有意识到这就是AR技术的应用。AR导航最初的提出是为了解决司机在驾驶的时候需要低头查看导航仪，导致无法专心开车的问题。目前的AR导航是把导航内容投射在汽车的挡风玻璃上，但是随着将来AR眼镜的普及，脚下有指示方向箭头这样的情景将成为现实，如图1-2所示。

图1-2 AR导航

1.4.2 支付宝AR实景红包

支付宝开发了红包的新玩法——AR实景红包。AR实景红包有藏红包和找红包两种功能。在藏红包的时候，用户需要打开摄像头，通过摄像头捕捉图像和用户位置，将该用户红包与之对应起来。藏起来的红包是虚拟的，只有通过找红包功能才能发现它。在找红包的时候，用户到达隐藏红包的位置，打开摄像头，当摄像头捕捉到的画面与之前记录的一致时，就会有一个可爱的红包出现在用户手机里，叠加在摄像头捕捉到的现实世界中。AR实景红包如图1-3所示。

图1-3 AR实景红包

1.4.3 Pokémon Go

Pokémon Go这款游戏可以说是AR技术为大众所知的一个开始，这款新类型游戏让玩家们为之疯狂。游戏中，在地图上标注出小精灵的位置，玩家到达该地点附近后，打开摄像头，就可以在手机中看到宠物小精灵出现在现实世界中，如图1-4所示。地图中还标注出了道馆的位置等地点，玩家需要到达这些地点附近才能继续游戏。这款游戏的经典内容和创新玩法将它带上了手游新高度，同时也让AR技术变得家喻户晓。

图1-4 Pokémon Go

1.4.4 蛋生世界

蛋生世界（见图1-5）是一个针对儿童教育的品牌，它有一款产品“4D动画绘本”就使用了AR技术。绘本中的图案由孩子自由填色，填完以后，孩子使用移动设备扫描画完的图画，这些图画就会变成可以交互的三维动画，动画的样子就是孩子们的绘图。

图1-5 蛋生世界

1.5 AR的发展历程

国外对增强现实技术的研究发展早于国内。关于增强现实技术的研究，最早可以追溯到1968年美国麻省理工学院研发的世界上第一台光学透视头戴显示器。实现AR的核心技术就是跟踪注册技术，目前国外开发的许多AR软件开发工具（SDK）都为开发者很好地封装了这层技术。1999年发布的ARTool kit就是一款AR SDK，它将AR从PC端转向移动端，极大推动了增强现实的发展进程。2003年，洛桑联邦理工学院的计算机视觉实验室提出了一种基于自然平面图像与立体物体识别追踪的三维注册算法，取得了里程碑式的研究成果。2004年， 牛津大学的安德鲁·戴维森（Andrew J.Davison）基于SLAM算法提出了广角视觉下的实时三维SLAM算法， 开创了新的增强现实研究方法。后来，谷歌公司推出了Google Glass，微软推出了Hololens，为增强现实技术的应用提供了绝佳的硬件平台。2016年，任天堂推出了手机游戏Pokémon Go，将增强现实技术带入人们的娱乐生活中，使增强现实技术在2016年风靡全球。2017年在苹果发布会上，苹果正式推出AR Kit开发平台，让苹果操作系统具有原生的增强现实应用。到现在，苹果的App Store中已经拥有数量可观的增强现实应用。

国内的增强现实技术比国外起步晚，在核心实现的算法上，主要是对现有的算法进行优化。但国内开发者一直不断努力，不断推出的各种国产AR SDK，在一定程度上能替代许多国外成熟的SDK，甚至在某些方面的表现比国外的SDK更加出色。到现在，已经有许多开发工具可供开发者选择。

1.6 本章小结

本章首先介绍了AR、VR、MR三者的区别和各自的侧重点，如果将MR理解为混合现实，那么AR是MR的子集；如果将MR理解为介导现实，那么三者的关系如图1-6所示。

图1-6 AR、VR、MR之间的关系

然后介绍了AR设备。相比于VR设备，AR设备的价格更加昂贵，所以VR在消费级市场上的规模比AR设备大，但是AR技术可以通过移动设备得到应用，而VR技术则无法做到。之后列举了一些目前AR技术的表现形式。最后是介绍AR的实例，希望读者能够从中获得灵感，想出更佳的AR创意。本章知识结构如图1-7所示。

图1-7 本章知识结构

1.7 练习

关于AR的说法，以下哪项是错误的？（　）

A.AR和VR一样，都是将虚拟与现实混合在一起的技术

B.VR相比于AR，其沉浸感更强

C.混合现实就是增强现实

D.介导现实是将现实场景虚拟化后与虚拟场景叠加形成的

第2章 增强现实技术实现方法

【知识目标】

☉了解AR技术实现方法

☉了解AR基本运行过程

☉了解Unity 3D和AR开发包

【能力目标】

☉掌握AR识别原理

第3章 初识Unity 3D

【知识目标】

☉了解Unity 3D软件功能

☉了解Unity 3D界面功能

☉了解Unity 3D视图功能

【能力目标】

☉掌握Unity 3D的视图功能

☉掌握Unity 3D的工程创建

☉掌握Unity 3D的资源导入

【任务引入】

Unity 3D软件是支持跨平台游戏开发的热门开发引擎之一，一些著名游戏的PC端和移动端都是由这个游戏引擎开发的。当然，Unity 3D软件也可以进行AR应用的设计开发。本章主要介绍Unity 3D软件的基本功能，如软件界面、工程创建、视图功能和资源导入等。

3.1 Unity 3D简介

Unity 3D是一款由Unity Technologies公司开发的3D游戏引擎。Unity 3D中有一些基本概念，它们分别是Project、Scene、GameObject、Script。Project是一个工程，也就是开发的游戏（AR应用程序），工程中包含所有资源，包括Scene、GameObject和Script。一个游戏是由不同的场景（即Scene）组成的，如游戏中的每个关卡就是一个场景，每一个地图就是一个场景，每一个界面也是一个场景。场景中包含各种修改场景需要的内容元素，如图片、音频、模型、地形、光照和脚本等。GameObject是游戏对象，是组成场景的元素，场景里的每一个物体都是游戏对象。Script是脚本，也就是我们所说的程序，脚本依附在GameObject之上，任何一个GameObject都可以有属于自己的脚本。脚本控制逻辑的处理，使游戏变得可以交互，本书后面的章节会更详细地介绍这些概念。

3.2 认识Unity 3D的界面

3.2.1 工程创建

若要使用Unity 3D，需要一个Unity 3D的账号。

打开Unity 3D，单击“Create one”，如图3-1所示，注册账号。然后在图3-2所示的对话框中填写信息，单击“Create a Unity ID”。

图3-1 Unity 3D账号注册入口

图3-2 创建Unity 3D账号

注册完成后登录，在Projects下选择“On Disk”（本地项目），单击NEW创建一个新项目。新建界面中可以修改工程名和工程目录，单击“Create project” （见图3-3），完成工程的创建并打开。

图3-3 创建一个工程

3.2.2 Hierarchy（层级视图）

Unity 3D本身是一个编辑器，这个编辑器是由多个窗口（标签）组成的。首先是第一个Hierarchy（层级视图）。

如图3-4所示，Hierarchy中的内容就是一个Scene（场景）下的所有GameObject。Untitled是这个场景的名字，场景名前面的图标代表这是一个场景。场景下有两个GameObject，它们分别是Main Camera（主摄像机）和Directional Light（平行光）。Main Camera是一个摄像机，它就是玩家的双眼，摄像机看到的内容就是将来玩家看到的内容；Directional Light为游戏提供光照。Hierarchy标签的正下方有一个“Create”按钮，它可以创建所有类型的GameObject，例如创建一个立方体，如图3-5所示。

图3-4 Hierarchy（层级视图）

图3-5 创建一个立方体

这时，Hierarchy（层级视图）下就会增加一个Cube，并在右边的场景视图（Scene）中出现一个立方体，如图3-6所示。

图3-6 Scene（场景视图）

3.2.3 Scene（场景视图）

Scene为场景视图，所有对场景的编辑都是在Scene窗口完成的。单击Scene右边的Game标签，窗口变成Game（游戏视图），如图3-7所示。

图3-7 Game（游戏视图）

这里所呈现的内容就是玩家看到的内容，也就是说这个界面是用来预览游戏效果的。在这个窗口上方有3个按钮，分别表示运行、暂停和逐帧运行。单击“运行”按钮后，按钮变蓝，表示游戏开始运行。如果你正在查看Scene （场景视图），单击“运行”按钮后，Scene（场景视图）会自动切换到Game（游戏视图）。再次单击“运行”按钮，停止运行。

在Scene场景中，按住鼠标右键的同时按W、A、S、D键可以像第一人称游戏中一样前、后、左、右移动，按住Q、E键可以上升、下降。通过鼠标滚轮可以调整远近。如果想要快速将某一个GameObject显示在屏幕中央，只要在Hierarchy （层级视图）中找到你想聚焦的GameObject，双击即可。如双击Cube，界面如图3-8所示。

图3-8 聚焦GameObject

如果觉得视角不合适，可以使用鼠标右键配合W、A、S、D、Q、E键进行调整。注意，在Scene窗口中调整视角并不会改变Game视图，因为Scene（场景）中的所有GameObject的位置都没有发生任何变化，调整Scene中的视角仅仅是为了方便开发人员查看当前场景的各个位置。

3.2.4 Inspector（观察者视图）

单击Cube之后可以发现，最右边的Inspector下出现了许多内容，如图3-9所示。

图3-9 Inspector（属性面板）

Inspector为属性面板，这里显示了Hierarchy视图中选中的GameObject属性，每一个GameObject都拥有属于自己的属性面板，不同种类的GameObject都有自己特有的属性。Inspector是由GameObject本身和多个Component（组件）组成的。在这个Cube中，有Transform、Cube(Mesh Filter)、Box Collider和Mesh Renderer 4个组件，另外，还有一个材质球。Transform组件是每个GameObject都有的一个组件，它决定了GameObject的位置、旋转角度及尺寸。Cube组件决定了GameObject的形状。Box Collider为盒子碰撞器，图3-9中，它定义了一个长方体的碰撞器。碰撞器的作用是用来检测碰撞的，当两个有碰撞器的物体发生碰撞时，本质上是碰撞器发生碰撞，碰撞器的左右就是防止物体穿过另一个物体内部重叠起来，这是Unity 3D中物理引擎的一种体现。Mesh Renderer为网状渲染器，是众多Renderer中的一种，Renderer的作用就是把GameObject渲染出来，通俗地说，就是让物体变得可见。如果一个GameObject没有Renderer，那么玩家将看不到这个GameObject。即使这个GameObject存在于场景中，那也是类似“幽灵”般的存在。

3.2.5 操作工具

当我们选中Cube时，Cube的中心会出现3个坐标轴，如图3-10所示。

图3-10 移动工具

这3个坐标轴就代表三维空间中的x轴、y轴、z轴，鼠标左键按住其中一条轴然后拖动，可以使这个物体沿对应的轴移动，这就是Unity 3D中的移动工具。除了移动工具，Unity 3D中还有哪些工具呢？在Unity 3D的左上角有5个按钮，它们分别是拖动工具、移动工具、旋转工具、缩放工具和矩形工具。拖动工具是用来拖曳视角的，和之前介绍的右键功能类似。移动工具前面已经介绍。选择旋转工具后，Cube的中心会出现3个圆，如图3-11所示。这3个圆为3条旋转轴，使用方法与移动工具类似，按住其中一个轴可以使Cube在对应轴向旋转。选中缩放工具以后的效果如图3-12所示。选中其中一个轴并且拖动，可以使Cube在对应轴向缩放，单击中间的白色小立方体并拖动，可以让Cube等比例缩放。矩形工具是用来操作二维情况下的GameObject的，在第4章会介绍。

图3-11 旋转工具

图3-12 缩放工具

这5个工具都有对应的快捷键，第1个到第5个工具依次对应键盘上的Q、W、E、R、T这5个键。

在添加了一个Cube之后，场景的内容发生了变化，这时我们单击File→Save Scenes保存场景，如图3-13所示。

图3-13 保存场景

出现图3-14所示的界面进行场景保存，命名场景文件为“CubeScene”。注意，场景名（包括所有文件）尽量不要使用中文。

图3-14 自定义场景文件名

3.2.6 Project（项目视图）

完成上述工作并进行保存后，在图3-15所示的Project视图中，可以看到刚才保存的场景。

Project视图其实就是一个文件管理器，和Windows中的文件管理器及Mac中的Finder一样。可以看到，场景是保存在Assets文件夹下的，如图3-16所示。为了方便管理，通常人们会建立一个名为Scenes的文件夹来存放所有的Scene（场景）文件，右键单击“Assets”，选择create→folder，命名为“Scenes”，并将CubeScene移入Scenes文件夹下。 单击“Scenes”，可以看到CubeScene文件所在的路径已经变为Assets→Scenes了。

图3-15 已保存的场景

图3-16 建立一个Scenes文件夹来保存场景

在Project标签的右边为Console（控制台）标签，如图3-17所示。控制台视图是在调试程序的时候使用的，控制台中会显示程序的语法错误、运行时的逻辑错误和输出调试信息等。控制台视图将在介绍脚本语言的内容中进行介绍。

图3-17 Console（控制台）

3.3 Unity的资源导入

Project视图显示了所有源文件和Prefab（预制体），那么什么是Prefab呢？我们在Hierarchy视图中选中Cube，拖动到Project视图中，这时在Project视图中新产生的Cube即为Prefab（预制体），如图3-18所示。

图3-18 Prefab（预制体）

有了预制体，就可以将预制体拖动到场景（Scene）中。通过使用Prefab，我们可以在多个场景中复用同一个GameObject而不需要在新的场景中重新制作一个。

要导入资源文件到项目中，移动文件到 Assets文件夹，它会自动导入到Unity中。如果要应用资源，只需从项目视图窗口中拖动资源文件到Hierarchy视图或Scene视图中即可。如果打算将资源应用到另一个项目，则拖动资源到该项目上。

以之前下载的Vuforia为例，这就是一个资源。找到下载的Vuforia SDK，移动到Assets文件夹中，如图3-19所示。

图3-19 使用Vuforia插件

Unity会花费

....