Hololens开发笔记之使用Unity开发一个简单的应用

一、Hololens概述

---

Hololens有以下特性

1、空间映射
借助微软特殊定制的全息处理单元（HPU），HoloLens 实现了对周边环境的快速扫描和空间匹配。这保证了 HoloLens能够准确地在真实世界表面放置或展现全息图形内容，确保了核心的AR体验。

2、场景匹配
HoloLens 设备能存储并识别环境信息，恢复和保持不同场景中的全息图像对象。当你离开当前房间再回来时，会发现原有放置的全息图像均会在正确的位置出现。

3、自然交互
HoloLens 主要交互方式为凝视（Gaze）、语音（Voice Command）和手势（Gesture），这构成了 HoloLens的基本输入要素。同时传统的键盘鼠标等设备也被支持，自然的交互方式更贴近人类习惯，提高了交互效率。

4、 通用应用
HoloLens 平台的操作系统为 Windows Holograpic，同样基于 Windows 10 定制。所以Windows 10 UWP 通用应用程序可以顺利地在 HoloLens 上运行。这不仅降低了研发和迁移成本，也让开发效率能够大幅提升。当然，说了很多 HoloLens 独特的特性和优点后，HoloLens 开发者版本也存在一些亟待解决的问题，包括视野较窄、凝视体验不佳、抗光线干扰弱和重量续航等问题。 但瑕不掩瑜，HoloLens 带来了真正的混合现实体验，拥有着强烈的冲击感，未来将大有作为。

二、开发环境搭建

---

开发Hololens之前需要准备以下环境(以下为我准备的环境)

1、Visual Studio 2015 Update 3

2、HoloLens Emulator (build 10.0.14393.0)（有真机可以不用模拟器）

3、Unity HoloLens Technical Preview

4、Windows 10 SDK (10.0.14393.33) VS中进行安装

更加详细的环境配置可参考

https://developer.microsoft.com/en-us/windows/holographic/install_the_tools

三、集成HoloToolkit-Unity项目

---

在创建了标准 Unity 项目之后，我们需要集成微软官方提供的 HoloToolkit-Unity 项目。HoloToolkit-Unity 项目是微软官方的开源项目，用于帮助开发者快速开发 HoloLens 应用，能够快速为项目集成基本输入、空间映射和场景匹配等特性。

关于该项目的详细介绍，可以参考微软的开源项目https://github.com/Microsoft/HoloToolkit-Unity

集成步骤

1、下载HoloToolkit-Unity代码 https://github.com/Microsoft/HoloToolkit-Unity.git

2、使用unity打开HoloToolkit工程，右击Assets，导出Package

3、在自己的工程中使用HoloToolkit-Unity package

新建自己的Unity工程，Assets -> Import Package -> Custom Package 选择刚才导出的HoloToolket-Unity package, 导入成功后，可以看到HoloToolkit菜单

以下是此项目的结构和内容
 Input 目录 
     GazeManager.cs 用于快速集成凝视射线特性； 
     GestureManager.cs 用于快速集成手势识别特性； 
     KeywordManager.cs 用于快速集成语音命令特性； 
     CursorManager.cs 用于快速集成可视化凝视组件。 
 Sharing 目录 
     Sharing Prefab 组件用于快速集成场景共享特性。 
     SpatialMapping 目录 
     SurfacePlane Prefab 组件用于描述和渲染真实世界表面； 
     SpatialMapping Prefab 组件用于快速集成空间映射特性； 
     RemoteMapping Prefab 组件用于快速集成远程空间映射信息导入特性； 
 SpatialSound 目录 
     UAudioManager.cs 用于快速集成空间声音特性。 
 Utilities 目录 
     Billboard.cs 用于实现跟随用户视线特性； 
     Tagalong.cs 用于实现跟随用户移动特性； 
     Main Camera Prefab组件用于快速集成 HoloLens 标准主摄像机。

四、构建场景

---

1、新建空白场景后，我们需要删除原有的 Main Camera 对象，同时从 HoloToolkit/Utilities/Prefabs 目录中拖拽一个 Main Camera Prefab 组件到场景中，这样就集成了满足 HoloLens 需求的基本。主摄像机。对于 HoloLens，将主摄像机渲染背景设为纯色，颜色设为 RGBA(0,0,0,0)。因为任何纯黑的颜色将会被 HoloLens 渲染为透明，以达到不遮挡现实世界的目的。此外，HoloLens 建议摄像机视角近距离为 0.85，这个距离最符合真实人眼的体验。同时主摄像机位置必须重置为世界零点，即 xyz(0，0，0)，任何全息图像将会以此为原点在周边世界中绘制出来。

2、点击“ Create Empty” 创建一个空游戏对象，并将其命名为 Input，为 Input 对象添加核心脚本组件，分别为 GazeManager.cs、 GestureManager.cs、 HandsManager.cs 和KeywordManager.cs。这样就集成了凝视、手势和语音命令三大核心特性。对于凝视射线、手势识别和语音命令功能，均建议使用单例来进行管理，这样可以避免功能混乱，方便管理。同时为凝视设置可视化的指针，可以提高用户的交互体验和效率。

3、从 HoloToolkit/Input/Prefabs/ 目录下拖拽 CursorWithFeedback Prefab 组件到场景中。这样当凝视在全息对象时，其表面会出现可视化凝视组件。 当用户手势被识别到时，会出现一个蓝色的手掌图像，能够贴心的告诉用户可以操作了。

4、创建一个Cube对象并创建一个新的C#脚本,命名为 HoloTest.cs。

using UnityEngine;
using System.Collections;  

public class HoloTest : MonoBehaviour {  

    // Use this for initialization
    void Start () {  

    }  

    // Update is called once per frame
    void Update () {  

    }  

    public void OnSelect()
    {  //随机变换物体颜色
        gameObject.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = new
            Color(Random.Range(, ) / 255f, Random.Range(, ) / 255f,
            Random.Range(, ) / 255f);
    }
}  

5、HoloTest.cs 脚本的功能为随机更换对象的材质颜色，遵循 GestureManager.cs 中预设的OnSelect消息名称
进入 Input 组件检视选项卡，为 KeywordManager.cs 组件配置语音命令。语音命令触发时将会执行相应的组件行为。 本例中，当我说出“ test”时，触发Cube的 OnSelect 方法，来随机改变 Cube 颜色。

五、编译项目

---

1、为了满足HoloLens的需求，我们需要在 Player Settings 里面开启Virtual Reality Support，并在下拉列表中选中Windows Holographic，只有这样 HoloLens 才会将此应用渲染为3D应用，这一点十分关键。

2、同时从工具栏 Edit->Project Settings->Quality 选项卡中，将 UWP 平台默认画质设为Fastest。这是为了降低性能开销，官方推荐帧率为 60fps。

3、Build Settings 视图中选择目标平台为 Windows Store，SDK 为 Universal 10，其他设置为如图所示，把Unity C# Projects勾上方便调试，点击 Build 按钮开始编译 UWP 项目。 

六、部署调试应用

---

使用 Visual Studio 打开编译后的 UWP 项目，在 Debug （方便调试）选项上设置为x86（Hololens的系统类型，非计算机的）。

连接 HoloLens 到 PC，完成 Build 和 Deploy 后，我们在 HoloLens 中打开此应用。实际效果如图 所示。当我使用手势点击 Cube 时，它会随机变化颜色；而当我说出语音命令"test"时，Cube 仍会正常的变换颜色。

七、开发总结

---

使用 Unity 引擎开发 HoloLens 应用是非常容易的事情，大部分流程与开发 UWP 项目并无不同。但仍有不少需要注意的雷区和特殊要求，以下就是部分要注意的部分： 
1. Main Camera 一定要按照官方要求配置，背景纯色且 RGBA 值为（0，0，0，0），这样才能避免遮挡现实内容； 
2. Gaze 凝视特性需要我们使用 Raycast 来实现，注意处理射线未命中目标情形，默认凝视最远距离为 15 米，若是未击中物体，使用时可能会出现空引用异常； 
3. 手势识别、拍照和语音命令等均需使用 Windows 特有 API，空间映射和场景匹配需要使用 HoloLens 特有 API； 
4. 其他很多细节上的体验，例如可视化凝视组件、目标区域可视化指引组件，使用他们来给用户提示，可以帮助用户理解应用操作方法，提高使用体验。