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VR——Pico OpenXR开发框架_vr程序制作软件开发程序框架

作者：很楠不爱3 | 2024-02-21 19:01:22

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vr程序制作软件开发程序框架

一、VR基础知识

1、OpenXR简介

OpenXR是一个针对XR应用程序接口，简称API。 OpenXR的最终目标是将VR/AR应用和头显之间的通信方式标准化。在2017年，由Khronos Group发起，联合多家行业头部公司一起制定了一个开放标准Open XR。该标准的目标是为开发人员提供一个简化的方式来创建跨平台VR和AR应用程序和游戏，这些应用程序和游戏可以在支持OpenXR的各种设备上运行。

注：最新OpenXR标准规范1.0版于2019年推出，尽管采用缓慢，但一直稳定增长。目前，Meta、Sony、Valve、Microsoft、HTC、NVIDIA 和 AMD 已相继支持该标准（Apple 暂不支持）。Meta还在2021年7月将OpenXR兼容性支持纳入了新发行Quest App的基本要求。总而言之，OpenXR 是VR/AR领域的一个重要里程碑。这个API将允许游戏和其他应用程序在各种硬件平台上轻松运行，而无需专有的SDK。

2、串流与云VR

①本地VR---在使用本地VR时，VR系统的整个渲染流程包括：

整个过程加起来，行业标准是需要小于6ms

②串流时---额外需要增加编码、解码过程，以及WIFI传输过程。整个流程下来，大约有50ms左右的延迟

③云VR---有个网络传送，所有云VR要比串流延迟再增加20Ms以上

3、总结

把一个有透镜成像功能的显示器罩在眼睛上，人向哪里看，就在显示器里显示对应方向的景物画面，从而让人感觉自己身处一个无限大的虚拟空间中。

处理器 ：即计算的核心，用来计算和生成图像，并根据陀螺仪数据计算你的姿态定位等
显示器 ：分别向左右眼睛显示图像。一般当我们说 2k 屏幕的VR眼镜时，是指一整块屏幕的长边的尺寸，比如 2k*1k 尺寸。但如果说：单眼2k，则是指屏幕短边的尺寸是2k，双眼则是 4K
透镜：通过折射光线，将显示器上的画面成像拉近到视网膜位置，使人的眼睛能轻松看清几乎贴在眼前的显示屏
陀螺仪 ：它是能检测到物体在空间中的姿态 / 朝向的传感器。在 VR 显示器里的景象，如果要随着人头部的运动而实时产生变化，则必须知道人头部的朝向。

二、Pico OpenXR开发框架

1、Pico+OpenXR开发环境搭建关键点

① 创建一个3D URP项目（效果适中，HDRP适合大团队），将开发环境切换至Android，Pico 一体机VR搭载是安卓系统。

②安装PICO Unity Integration SDK 、XR Interaction Toolkit及 PICO Unity OpenXR SDK。

首先按照官网配置完成PICO Developer

XR Interaction Toolkit：打开Packages Manage中搜索XR Interaction Toolkit并安装

PICO Unity Integration SDK：在官网中直接下载SDK进行安装，补全开发中针对PICO一体机的关键XR能力

Pico OpenXR SDK：在官网中直接下载SDK进行安装

如遇安装过程异常：如果直接安装Pico OpenXR Plugin SDK后并没有自动安装OpenXR SDK(Unity原生)，则应卸载Pico OpenXR Plugin SDK，然后先安装OpenXR SDK(Unity原生)再安装Pico OpenXR Plugin SDK，否则项目依旧不支持PICO，没有进行相关链接。

注：目前Pico OpenXR SDK处于Preview版，暂时无法用于商业开发，使用该插件开发的应用将无法通过商店审核。只能用于个人开发者尝鲜学习使用。

③烧入后发现手柄连接不上，需要另外修改Pico openxr plugin代码，具体如下：

在最新的Unity OpenXR Plugins中UnityEngine.XR.OpenXR.Input.PoseControl类型已经被废弃，需使用 UnityEngine.InputSystem.XR.PoseControl代替。

④打开Packages Manage中安卓AndroidLogcat，方便后续直接接入PicoVR一体机进行调试，使用adb进行软件安装（具体的adb简单使用在我的博客VR——Oculus篇会提到），但效率太慢。这时候就有人问我，为什么不用PICO Unity Live Preview Plugin 串流调试，我的回答是这个SDK不太稳定，针对不同的PC系统/配置还存在Bug，换台电脑可能连通讯都通不上。

2、通用OpenXR能力——OpenXR代码实现射线检测逻辑-射线进入、射线点击、射线退出

①增添左右射线控制器


    [Tooltip("玩家左射线控制")] public XRRayInteractor RayInteractor_Left;
    [Tooltip("玩家右射线控制")] public XRRayInteractor RayInteractor_Right;
 
    private InputDevice curLeftController, curRightController;
    private GameObject curLeftGameObject, lastLeftGameObject;
    private GameObject curRightGameObject, lastRightGameObject;
    private RaycastHit rayInfoLeft, rayInfoRight;
    private bool isEnterLeftPrimaryButton = false, isEnterRightPrimaryButton;
    private Dictionary<string, bool> vrButtonStateDic;

②增添射线检测接口


using UnityEngine.XR.Interaction.Toolkit;
 
public interface IRayPointCheck
{
    /// <summary>
    /// 射线进入
    /// </summary>
    public void OnRayEnter(HoverEnterEventArgs arg0);
    /// <summary>
    /// 射线退出
    /// </summary>
    public void OnRayExit(HoverExitEventArgs arg0);
    /// <summary>
    /// 射线点击
    /// </summary>
    public void OnRayClick();
}

③根据左右手柄对于碰撞物体的检测状态进行判定射线进入、点击及退出逻辑


/// <summary>
    /// 射线进入控制
    /// </summary>
    /// <param name="curObj"></param>
    private void RayEnterControl(GameObject curObj)
    {
       //射线进入逻辑
    }
 
    /// <summary>
    /// 射线点击控制
    /// </summary>
    /// <param name="curObj"></param>
    private void RayStayClickControl(GameObject curObj)
    {
        //射线点击逻辑
    }
 
    /// <summary>
    /// 射线退出控制
    /// </summary>
    /// <param name="lastObj"></param>
    private void RayExitControl(GameObject lastObj)
    {
        //射线退出逻辑
    }
 
    private bool isRayStay = false;
    private bool isRayLeftStay = false;
    /// <summary>
    /// 获取左手柄对3D的射线碰撞信息
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    private void GettLeftRayInfo()
    {
        if(RayInteractor_Left.TryGetCurrent3DRaycastHit(out rayInfoLeft))
        {
            curLeftGameObject = rayInfoLeft.collider.gameObject;
        }
        else
        {
            curLeftGameObject = null;
        }
 
        //射线进入
        if(curLeftGameObject != null && lastLeftGameObject == null)
        {
            isRayLeftStay = false;
 
            RayEnterControl(curLeftGameObject);
            lastLeftGameObject = curLeftGameObject;
        }
 
        //射线停留点击
        if (curLeftGameObject != null && lastLeftGameObject != null && curLeftGameObject == lastLeftGameObject)
        {
            isRayLeftStay = true;
 
            RayStayClickControl(curLeftGameObject);
            lastLeftGameObject = curLeftGameObject;
        }
        else  //射线退出
        {
            isRayLeftStay = false;
            curLeftGameObject = null;
            if(lastLeftGameObject != null)
            {
                RayExitControl(lastLeftGameObject);
            }
 
            lastLeftGameObject = null;
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 获取右手柄对3D的射线碰撞信息
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    private void GetRightRayInfo()
    {
        if (RayInteractor_Right.TryGetCurrent3DRaycastHit(out rayInfoRight))
        {
            curRightGameObject = rayInfoRight.collider.gameObject;
        }
        else
        {
            curRightGameObject = null;
        }
 
        //射线进入
        if (curRightGameObject != null && lastRightGameObject == null)
        {
            isRayStay = false;
            RayEnterControl(curRightGameObject);
 
            lastRightGameObject = curRightGameObject;
        }
 
        //射线点击
        if (curRightGameObject != null && lastRightGameObject != null && curRightGameObject == lastRightGameObject)
        {
            isRayStay = true;
            RayStayClickControl(curRightGameObject);
 
            lastRightGameObject = curRightGameObject;
        }
        else  //射线退出
        {
            isRayStay = false;
            curRightGameObject = null;
            if (lastRightGameObject != null)
            {
                RayExitControl(lastRightGameObject);
            }
 
            lastRightGameObject = null;
        }
    }

3、通用OpenXR能力——OpenXR代码实现射线检测逻辑-手柄自定义按键

Pico手柄按键映射示意：手柄&头戴输入映射 | PICO 开发者平台

①初始化手柄左右控制器


/// <summary>
    /// 重新初始化
    /// </summary>
    private void InitControler()
    {
        if (!curLeftController.isValid)
        {
            curLeftController = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(XRNode.LeftHand);
        }
 
        if (!curRightController.isValid)
        {
            curRightController = InputDevices.GetDeviceAtXRNode(XRNode.RightHand);
        }
    }

②针对手柄通用4个按键注册按键进入、按下及退出事件


private void ChangeLeftPrimaryButtonState()
    {
        if (isRayLeftStay)
        {
            isEnterLeftPrimaryButton = true;
        }
    }
 
    private void ChangeRightPrimaryButtonState()
    {
        if (isRayStay)
        {
            isEnterRightPrimaryButton = true;
        }
    }
 
    /// <summary>
    ///按键检测函数
    /// </summary>
    /// <param name="device"></param>
    /// <param name="usage"></param>
    /// <param name="buttonEnter"></param>
    /// <param name="buttonDown"></param>
    /// <param name="buttonUp"></param>
    private void ButtonDispatch(InputDevice device,InputFeatureUsage<bool> usage,Action buttonEnter,Action buttonDown,Action buttonUp)
    {
        //必须这个名称，里面包含device信息
        string featureKey = device.characteristics + usage.name;
        //string featureKey = usage.name;
        if (!vrButtonStateDic.ContainsKey(featureKey))
        {
            vrButtonStateDic.Add(featureKey, false);
        }
 
        bool isDown;
        if(device.TryGetFeatureValue(usage,out isDown) && isDown)
        {
            //Enter按键按下只执行一次
            if (!vrButtonStateDic[featureKey])
            {
                Debug.Log(featureKey + "---Button Enter");
                vrButtonStateDic[featureKey] = true;
                buttonEnter?.Invoke();
            }
 
            //Down在按键按下会执行多次，主要还是帧时间不适配
            Debug.Log(featureKey + "--Button Down");
            buttonDown?.Invoke();
        }
        else
        {
            //Enter按键按下只执行一次
            if (vrButtonStateDic[featureKey])
            {
                Debug.Log(featureKey + "--Button Up");
                buttonUp?.Invoke();
                vrButtonStateDic[featureKey] = false;
            }
        }
    }
 
    /// <summary>
    /// 获取手柄输入信息
    /// </summary>
    private void GetControllerStatus()
    {
        if (curLeftController.isValid)
        {
            ButtonDispatch(curLeftController, CommonUsages.primaryButton, onLeftPrimaryEnter, onLeftPrimaryDown, onLeftPrimaryUp);
            ButtonDispatch(curLeftController, CommonUsages.secondaryButton, onLeftSecondaryEnter, onLeftSecondaryDown, onLeftSecondaryUp);
            ButtonDispatch(curLeftController, CommonUsages.triggerButton, onLeftTriggerEnter, onLeftTriggerDown, onLeftTriggerUp);
            ButtonDispatch(curLeftController, CommonUsages.gripButton, onLeftGripEnter, onLeftGripDown, onLeftGripUp);
        }
        else
        {
            InitControler();
        }
 
        if (curRightController.isValid)
        {
            ButtonDispatch(curRightController, CommonUsages.primaryButton, onRightPrimaryEnter, onRightPrimaryDown, onRightPrimaryUp);
            ButtonDispatch(curRightController, CommonUsages.secondaryButton, onRightSecondaryEnter, onRightSecondaryDown, onRightSecondaryUp);
            ButtonDispatch(curRightController, CommonUsages.triggerButton, onRightTriggerEnter, onRightTriggerDown, onRightTriggerUp);
            ButtonDispatch(curRightController, CommonUsages.gripButton, onRightGripEnter, onRightGripDown, onRightGripUp);
        }
        else
        {
            InitControler();
        }
    }

③测试代码，可参考以下


if (primaryButton_A)
        {
            Text.text = "ALeft";
            SetHapticImpulse_Left();
        }
        else if (secondaryButton_B)
        {
            Text.text = "BLeft";
        }
        else if (triggerButton_Left)
        {
            Text.text = "triggerLeft";
        }
        else if (gripButton_Left)
        {
            Text.text = "gripButtonLeft";
        }
 
        if (primaryButton_X)
        {
            Text.text = "ARight";
            SetHapticImpulse_Right();
        }
        else if (secondaryButton_Y)
        {
            Text.text = "BRight";
        }
        else if (triggerButton_Right)
        {
            Text.text = "triggerRight";
        }
        else if (gripButton_Right)
        {
            Text.text = "gripButtonRight";
        }

4、通用OpenXR能力——OpenXR代码实现射线检测逻辑-震动反馈

①注册左右手柄的震动事件，我这边是用我写的事件框架里添加，读者可以使用Action自定义添加手柄震动事件，注意好震动Api的三个形参就行


//震动事件
        EventManager.AddEventListener<float, int, int>("TurnOnHaptics", SetHapticImpulse_Left);
        EventManager.AddEventListener<float, int, int>("TurnOnHaptics", SetHapticImpulse_Right);

②调用XR封装好的震动API


 /// <summary>
    /// 左手柄触发震动
    /// 默认amplitude:0.5f,duration : 500,frequency : 100
    /// </summary>
    private void SetHapticImpulse_Left(float amplitude, int duration, int frequency = 150)
    {
        PXR_Input.SendHapticImpulse(PXR_Input.VibrateType.LeftController, amplitude, duration, frequency);
    }
 
    /// <summary>
    /// 右手柄触发震动
    /// </summary>
    private void SetHapticImpulse_Right(float amplitude, int duration, int frequency = 150)
    {
        PXR_Input.SendHapticImpulse(PXR_Input.VibrateType.RightController, amplitude, duration, frequency);
    }

5、Pico开发交互注意点

①参考文档： Unity Pico Neo3 基础开发流程_piconeo3开发_Maddie_Mo的博客-CSDN博客

Unity XR Interaction Toolkit（二）手柄交互_朽石Biubiubiu的博客-CSDN博客

②UI界面交互注意点：

需在XR幕布下才能正常触发UI点击事件
在对应控件需添加TrackedDeviceGraphicRaycaster脚本，便可通过射线触发

③三维物体交互注意点：

需在对应物体下添加XRSimpleInteractable脚本，用代码控制便可通过射线触发，Hover-射线碰撞，Select Entered-射线点击

④可添加XR DEviceSimulator模拟Pico手柄，需通过PackageManager的XR Interaction Toolkit添加Samples

⑤添加PokeInteractor和Tracked Pose Driver脚本在某个控制器下面--作为手柄碰撞检测

具体交互按钮需要添加XR Poke Follow Affordance脚本才能生效触碰点击

⑥视线交互-利用XR Gaze Interactor和Gaze Input Manager来实现视线检测（分头部姿势检测以及眼球检测），视线检测只提供事件状态，相当于一条射线。

注意：被检测对象需添加collider碰撞体及XR Simple Interactable，具体交互逻辑通过XR Simple Interactable视线。

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