Unity引擎开发：VR渲染技术_（3）.Unity与VR设备的兼容性

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/chenlz2007/article/details/148983914

Unity与VR设备的兼容性

在虚拟现实游戏开发中，Unity引擎与VR设备的兼容性是至关重要的。本节将详细介绍如何在Unity中配置和使用不同类型的VR设备，包括常见的头戴式显示器（HMD）、控制器以及其他输入设备。通过本节的学习，您将能够了解如何在Unity中设置支持各种VR设备的项目，并实现基本的VR交互功能。

1. Unity支持的VR设备

Unity引擎支持多种VR设备，包括但不限于：

Oculus Rift
HTC Vive
Windows Mixed Reality
Google Cardboard
Samsung Gear VR
PlayStation VR

1.1 Oculus Rift

Oculus Rift是市场上最早且最成熟的VR头戴设备之一。Unity提供了对Oculus Rift的原生支持，您可以通过以下步骤来配置项目：

安装Oculus SDK：
- 首先，确保您的开发环境中安装了Oculus SDK。您可以从Oculus官方网站下载并安装SDK。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将Oculus SDK包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“Oculus”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用Oculus支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为OculusVRController.cs。
- 在脚本中，使用Oculus SDK提供的API来实现控制器的基本功能。


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;

using UnityEngine.XR.Oculus;



public class OculusVRController : MonoBehaviour

{

    // 手柄输入

    private OVRInput.Controller controller;



    void Start()

    {

        // 初始化控制器

        controller = OVRInput.Controller.RTrackedRemote;

    }



    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        if (OVRInput.Get(OVRInput.Button.PrimaryIndexTrigger, controller))

        {

            Debug.Log("Primary Index Trigger Pressed");

        }



        // 获取手柄位置

        Vector3 controllerPosition = OVRInput.GetLocalControllerPosition(controller);

        Debug.Log($"Controller Position: {controllerPosition}");



        // 获取手柄旋转

        Quaternion controllerRotation = OVRInput.GetLocalControllerRotation(controller);

        Debug.Log($"Controller Rotation: {controllerRotation}");

    }

}

1.2 HTC Vive

HTC Vive是另一款广受欢迎的VR头戴设备。Unity对HTC Vive的支持也非常完善，您可以按照以下步骤配置项目：

安装SteamVR Plugin：
- 确保您的开发环境中安装了SteamVR Plugin。您可以通过Unity Asset Store下载并安装该插件。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将SteamVR Plugin包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“OpenVR”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用OpenVR支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为ViveVRController.cs。
- 在脚本中，使用OpenVR API来实现控制器的基本功能。


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class ViveVRController : MonoBehaviour

{

    // 手柄输入

    private XRNode node;



    void Start()

    {

        // 初始化控制器

        node = XRNode.RightHand;

    }



    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        InputDevice device = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(node);

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.triggerButton, out bool triggerPressed) && triggerPressed)

        {

            Debug.Log("Trigger Button Pressed");

        }



        // 获取手柄位置

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.devicePosition, out Vector3 devicePosition))

        {

            Debug.Log($"Device Position: {devicePosition}");

        }



        // 获取手柄旋转

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.deviceRotation, out Quaternion deviceRotation))

        {

            Debug.Log($"Device Rotation: {deviceRotation}");

        }

    }

}

1.3 Windows Mixed Reality

Windows Mixed Reality是微软推出的一套混合现实平台，支持多种HMD设备。在Unity中配置Windows Mixed Reality的步骤如下：

安装Windows Mixed Reality SDK：
- 确保您的开发环境中安装了Windows Mixed Reality SDK。您可以通过Visual Studio安装该SDK。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将Windows Mixed Reality SDK包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“Windows Mixed Reality”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用Windows Mixed Reality支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为WMRVRController.cs。
- 在脚本中，使用Unity的XR API来实现控制器的基本功能。


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class WMRVRController : MonoBehaviour

{

    // 手柄输入

    private XRNode node;



    void Start()

    {

        // 初始化控制器

        node = XRNode.RightHand;

    }



    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        InputDevice device = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(node);

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.triggerButton, out bool triggerPressed) && triggerPressed)

        {

            Debug.Log("Trigger Button Pressed");

        }



        // 获取手柄位置

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.devicePosition, out Vector3 devicePosition))

        {

            Debug.Log($"Device Position: {devicePosition}");

        }



        // 获取手柄旋转

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.deviceRotation, out Quaternion deviceRotation))

        {

            Debug.Log($"Device Rotation: {deviceRotation}");

        }

    }

}

1.4 Google Cardboard

Google Cardboard是一款低成本的VR头戴设备，适合入门级的VR开发。在Unity中配置Google Cardboard的步骤如下：

安装Cardboard SDK：
- 确保您的开发环境中安装了Google Cardboard SDK。您可以通过Unity Asset Store下载并安装该插件。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将Cardboard SDK包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“Cardboard”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用Cardboard支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为CardboardVRController.cs。
- 在脚本中，使用Cardboard SDK提供的API来实现基本的VR交互功能。


using UnityEngine;

using Google.XR.Cardboard;



public class CardboardVRController : MonoBehaviour

{

    void Update()

    {

        // 检测Cardboard按钮

        if (Cardboard.SDK.Triggered)

        {

            Debug.Log("Cardboard Triggered");

        }



        // 获取头部位置

        Vector3 headPosition = Cardboard.SDK.HeadPose.Position;

        Debug.Log($"Head Position: {headPosition}");



        // 获取头部旋转

        Quaternion headRotation = Cardboard.SDK.HeadPose.Orientation;

        Debug.Log($"Head Rotation: {headRotation}");

    }

}

1.5 Samsung Gear VR

Samsung Gear VR是三星推出的一款移动端VR头戴设备。在Unity中配置Samsung Gear VR的步骤如下：

安装Gear VR SDK：
- 确保您的开发环境中安装了Samsung Gear VR SDK。您可以通过Samsung Developer网站下载并安装该SDK。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将Gear VR SDK包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“GearVR”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用GearVR支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为GearVRController.cs。
- 在脚本中，使用Samsung Gear VR SDK提供的API来实现基本的VR交互功能。


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class GearVRController : MonoBehaviour

{

    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        if (Input.GetKey(KeyCode.JoystickButton0))

        {

            Debug.Log("Button 0 Pressed");

        }



        // 获取头部位置

        Vector3 headPosition = InputTracking.GetLocalPosition(XRNode.Head);

        Debug.Log($"Head Position: {headPosition}");



        // 获取头部旋转

        Quaternion headRotation = InputTracking.GetLocalRotation(XRNode.Head);

        Debug.Log($"Head Rotation: {headRotation}");

    }

}

1.6 PlayStation VR

PlayStation VR是索尼推出的一款针对PlayStation平台的VR头戴设备。在Unity中配置PlayStation VR的步骤如下：

安装PlayStation VR SDK：
- 确保您的开发环境中安装了PlayStation VR SDK。您可以通过Sony Developer网站下载并安装该SDK。
- 安装完成后，打开Unity Hub，选择您的项目并点击“添加”按钮，将PlayStation VR SDK包添加到项目中。
配置Unity项目：
- 打开您的Unity项目，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“Other Settings”中，找到“Virtual Reality Supported”选项，勾选并点击下拉菜单选择“PS4 VR”。
- 确保“XR Plugin Management”中也启用PS4 VR支持。
编写VR脚本：
- 创建一个新的C#脚本，命名为PSVRController.cs。
- 在脚本中，使用PlayStation VR SDK提供的API来实现基本的VR交互功能。


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class PSVRController : MonoBehaviour

{

    // 手柄输入

    private XRNode node;



    void Start()

    {

        // 初始化控制器

        node = XRNode.RightHand;

    }



    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        InputDevice device = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(node);

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.triggerButton, out bool triggerPressed) && triggerPressed)

        {

            Debug.Log("Trigger Button Pressed");

        }



        // 获取手柄位置

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.devicePosition, out Vector3 devicePosition))

        {

            Debug.Log($"Device Position: {devicePosition}");

        }



        // 获取手柄旋转

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.deviceRotation, out Quaternion deviceRotation))

        {

            Debug.Log($"Device Rotation: {deviceRotation}");

        }

    }

}

2. 通用VR设备配置

虽然每种VR设备都有其特定的配置步骤，但Unity提供了一些通用的设置和API，可以简化多设备支持的开发过程。

2.1 启用XR插件管理

从Unity 2019.3版本开始，XR插件管理器（XR Plugin Management）被引入，以统一管理不同VR设备的插件。启用XR插件管理的步骤如下：

打开XR插件管理：
- 在Unity编辑器中，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“XR Settings”中，勾选“XR Plugin Management”选项。
选择支持的设备：
- 点击“Install XR Plugin Management”按钮，安装XR插件管理器。
- 在“XR Plugin Management”中，选择您要支持的VR设备，如Oculus、OpenVR、Windows Mixed Reality等。

2.2 使用XR API

Unity的XR API提供了一套通用的接口，可以用于处理不同VR设备的输入和跟踪数据。以下是一个使用XR API的示例脚本，展示了如何获取手柄位置和旋转：


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class XRController : MonoBehaviour

{

    // 手柄输入

    private XRNode node;



    void Start()

    {

        // 初始化控制器

        node = XRNode.RightHand;

    }



    void Update()

    {

        // 检测手柄按键

        InputDevice device = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(node);

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.triggerButton, out bool triggerPressed) && triggerPressed)

        {

            Debug.Log("Trigger Button Pressed");

        }



        // 获取手柄位置

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.devicePosition, out Vector3 devicePosition))

        {

            Debug.Log($"Device Position: {devicePosition}");

        }



        // 获取手柄旋转

        if (device.TryGetFeatureValue(CommonUsages.deviceRotation, out Quaternion deviceRotation))

        {

            Debug.Log($"Device Rotation: {deviceRotation}");

        }

    }

}

2.3 多设备支持

为了支持多种VR设备，您可以在项目中创建一个通用的VR管理器类，根据当前连接的设备来选择合适的控制逻辑。以下是一个示例脚本，展示了如何实现多设备支持：


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class VRManager : MonoBehaviour

{

    public enum VRDeviceType

    {

        Oculus,

        Vive,

        WMR,

        Cardboard,

        GearVR,

        PSVR

    }



    private VRDeviceType currentDevice;



    void Start()

    {

        // 检测当前连接的设备

        if (XRSettings.loadedDeviceName == "Oculus")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.Oculus;

        }

        else if (XRSettings.loadedDeviceName == "OpenVR")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.Vive;

        }

        else if (XRSettings.loadedDeviceName == "WindowsMR")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.WMR;

        }

        else if (XRSettings.loadedDeviceName == "Cardboard")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.Cardboard;

        }

        else if (XRSettings.loadedDeviceName == "GearVR")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.GearVR;

        }

        else if (XRSettings.loadedDeviceName == "PS4 VR")

        {

            currentDevice = VRDeviceType.PSVR;

        }

        else

        {

            currentDevice = VRDeviceType.None;

        }



        Debug.Log($"Current VR Device: {currentDevice}");

    }



    void Update()

    {

        switch (currentDevice)

        {

            case VRDeviceType.Oculus:

                // 处理Oculus设备的输入

                break;

            case VRDeviceType.Vive:

                // 处理Vive设备的输入

                break;

            case VRDeviceType.WMR:

                // 处理WMR设备的输入

                break;

            case VRDeviceType.Cardboard:

                // 处理Cardboard设备的输入

                break;

            case VRDeviceType.GearVR:

                // 处理GearVR设备的输入

                break;

            case VRDeviceType.PSVR:

                // 处理PSVR设备的输入

                break;

            default:

                Debug.LogWarning("No VR device detected or unsupported device.");

                break;

        }

    }

}

3. 设备兼容性测试

在开发过程中，确保您的项目在不同VR设备上都能正常运行是非常重要的。以下是一些常见的设备兼容性测试方法：

3.1 使用编辑器模拟

Unity编辑器内置了VR设备的模拟功能，您可以在编辑器中模拟不同的VR设备进行测试：

启用VR模拟：
- 在Unity编辑器中，进入Edit > Project Settings > Player。
- 在“XR Settings”中，勾选“Virtual Reality Supported”选项。
- 在“Virtual Reality SDKs”列表中，选择您要模拟的设备。
测试项目：
- 运行项目，使用编辑器中的模拟功能来测试VR设备的输入和渲染效果。
- 例如，您可以使用鼠标和键盘来模拟头戴设备的移动和手柄的输入。

3.2 使用实际设备测试

使用实际的VR设备进行测试是确保兼容性的最有效方法。以下是一些常见的实际设备测试步骤：

连接设备：
- 将VR设备连接到开发机器上，确保设备驱动程序已正确安装。
- 对于移动设备，确保您的开发环境已配置好Android或iOS相关的开发工具。
构建和运行项目：
- 在Unity编辑器中，选择合适的构建平台（如PC、Android、iOS）。
- 点击“Build and Run”按钮，将项目构建并运行到目标设备上。
- 在设备上测试项目的VR功能，确保输入和渲染效果符合预期。

3.3 使用第三方测试工具

除了Unity自带的测试功能，还有一些第三方测试工具可以帮助您进行设备兼容性测试：

Unity Test Runner：Unity提供了一个内置的测试工具，可以用于编写和运行自动化测试脚本。
PlayMode Tests：在编辑器中运行的测试脚本，可以模拟不同的输入和场景。
Build Tests：在构建项目后运行的测试脚本，确保项目在不同设备上的表现一致。

4. 性能优化

在虚拟现实游戏中，性能优化是非常关键的。以下是一些常见的性能优化技巧，可以帮助您确保项目在不同VR设备上都能流畅运行：

4.1 降低渲染分辨率

降低渲染分辨率可以显著提高性能，特别是在低端设备上。您可以通过以下代码来动态调整渲染分辨率：


using UnityEngine;

using UnityEngine.XR;



public class VROptimizer : MonoBehaviour

{

    void Start()

    {

        // 设置渲染分辨率为75%

        XRSettings.eyeTextureResolutionScale = 0.75f;

    }

}

4.2 优化图形设置

不同的VR设备对图形设置的要求不同。优化图形设置可以提升性能，减少延迟和卡顿。以下是一些常见的优化方法：

降低纹理质量：
- 在Edit > Project Settings > Quality中，选择合适的纹理质量设置。
- 降低纹理质量可以减少GPU的负担，提高渲染性能。
使用 LOD 组：
- LOD（Level of Detail）组可以动态调整模型的细节层次。
- 在近距离时使用高细节模型，在远距离时使用低细节模型，可以显著提高性能。
简化阴影效果：
- 在Edit > Project Settings > Quality中，选择合适的阴影质量设置。
- 降低阴影质量或关闭阴影可以减少渲染负荷。
减少粒子系统：
- 粒子系统是性能杀手，特别是在VR环境下。
- 尽量减少粒子系统的使用，或者使用低性能的粒子效果。

4.3 使用异步时间扭曲（ATW）和时间扭曲（TW）

异步时间扭曲（ATW）和时间扭曲（TW）是两种常见的性能优化技术，可以在不增加GPU负担的情况下提高帧率和减少延迟。

启用异步时间扭曲：
- 在Edit > Project Settings > Player中，进入“XR Settings”。
- 勾选“Async Time Warp”选项。
启用时间扭曲：
- 在Edit > Project Settings > Player中，进入“XR Settings”。
- 勾选“Time Warp”选项。

4.4 优化物理模拟

物理模拟在VR游戏中往往需要较高的计算资源。优化物理模拟可以提高性能：

减少刚体数量：
- 尽量减少场景中刚体的数量，特别是那些不经常移动的物体。
- 使用静态物体和触发器代替刚体，可以减少计算负荷。
优化碰撞检测：
- 使用简单的碰撞体（如球体、立方体）代替复杂的网格碰撞体。
- 优化碰撞检测的频率，减少不必要的碰撞计算。

4.5 使用 Occlusion Culling

Occlusion Culling（遮挡剔除）可以减少渲染不必要的物体，提高性能：

启用 Occlusion Culling：
- 在Window > Rendering > Occlusion Culling中，启用遮挡剔除。
- 选择要进行遮挡剔除的场景，点击“Bake”按钮生成遮挡剔除数据。
配置遮挡剔除设置：
- 在Edit > Project Settings > Graphics中，配置遮挡剔除的设置。
- 调整“Occlusion Culling”选项中的参数，以适应您的项目需求。

4.6 使用多线程渲染

多线程渲染可以提高渲染性能，特别是在多核CPU上：

启用多线程渲染：
- 在Edit > Project Settings > Player中，进入“Other Settings”。
- 勾选“Multithreaded Rendering”选项。

4.7 优化脚本和逻辑

优化脚本和逻辑可以减少CPU的负担，提高整体性能：

减少 Update 调用：
- 尽量减少 Update 方法中的计算量，使用 FixedUpdate 或 Coroutine 来处理不频繁的逻辑更新。
使用对象池：
- 对象池可以减少对象的不断创建和销毁，提高性能。
- 例如，对于频繁生成和销毁的子弹或粒子，可以使用对象池来管理。
优化数据结构：
- 使用高效的数据结构来存储和处理数据，例如使用 List 替代 ArrayList。
- 避免在 Update 方法中进行大量的数据查找和计算。

4.8 使用 Profiler 工具

Unity Profiler 是一个强大的性能分析工具，可以帮助您找到性能瓶颈：

启用 Profiler：
- 在Unity编辑器中，点击 Window > Analysis > Profiler 打开Profiler窗口。
- 确保您的项目在开发模式下运行，以便收集详细的性能数据。
分析性能数据：
- 使用Profiler窗口中的各种图表和数据来分析CPU和GPU的性能。
- 找到性能瓶颈，优化相应的脚本和图形设置。

5. 常见问题及解决方案

在配置和使用VR设备时，可能会遇到一些常见的问题。以下是一些常见问题及其解决方案：

5.1 设备未被识别

问题：连接设备后，Unity无法识别VR设备。

解决方案：

检查驱动程序：确保设备的驱动程序已正确安装。
重启 Unity：关闭并重新打开Unity编辑器。
重启设备：重启VR设备和开发机器。
检查连接：确保设备已正确连接到开发机器上，例如使用USB线连接。

5.2 渲染效果不正确

问题：在VR设备上运行项目时，渲染效果不正确或存在严重的延迟。

解决方案：

优化图形设置：降低图形设置，特别是纹理质量、阴影效果和粒子系统。
使用 Occlusion Culling：启用遮挡剔除，减少不必要的渲染。
检查脚本性能：使用Profiler工具分析脚本性能，优化 Update 方法中的计算。
降低渲染分辨率：动态调整渲染分辨率，确保设备能够流畅运行。

5.3 控制器输入不稳定

问题：控制器输入在某些情况下不稳定或不响应。

解决方案：

检查设备连接：确保控制器已正确连接到VR设备。
更新设备固件：更新VR设备和控制器的固件。
优化输入检测：在脚本中优化输入检测逻辑，确保输入的稳定性和响应性。

5.4 项目构建失败

问题：在构建项目时遇到错误或失败。

解决方案：

检查 SDK 安装：确保所有必要的VR SDK和插件已正确安装。
检查构建设置：确保构建设置中选择了正确的平台和配置。
清理项目：在Unity编辑器中，点击 Assets > Reimport All 重新导入所有资源。
查看错误日志：查看Unity编辑器的错误日志，解决具体的构建问题。

6. 总结

通过本节的学习，您应该已经了解了如何在Unity中配置和使用不同的VR设备，包括Oculus Rift、HTC Vive、Windows Mixed Reality、Google Cardboard、Samsung Gear VR和PlayStation VR。同时，您还学习了如何使用通用的XR API来简化多设备支持的开发过程，以及如何进行设备兼容性测试和性能优化。

虚拟现实游戏开发是一个不断发展的领域，新的设备和技术不断涌现。保持对最新开发工具和技术的关注，可以帮助您在VR开发中保持竞争力和创新力。希望本节的内容对您的虚拟现实游戏开发有所帮助。

如果您有任何问题或需要进一步的帮助，请随时联系我。祝您开发顺利！