从零开始做VR——从产品需求到技术实现

前不久，我负责了易班狮子联盟的“虚拟现实在教育领域应用”的课题研究。虽然是公司内部自发的实验性项目，但能借这个机会把目前火热的VR从头到尾研究一把也是挺过瘾的。最后，我们小组做了个产品原型和教程，一方面是为了探索VR技术与校园场景的结合更多可能，另外一方面希望也是通过本项目帮助大家快速的了解目前的VR产品是如何制作的。此项目主要是通过Unity 3D 和Google Cardboard 来实现。目前，所有资料已发布到github上面，欢迎对VR有兴趣的童鞋下载: https://github.com/gold3bear/learn_vr
另外，还要感谢我们课题组的小伙伴，盟主郭致彦和刘成斌、赵振亮、田广志等老师。

前期调研（Marketing Research）

目前，网上能获得的二手资料很多。关于VR市场分析大多报告都持乐观的态度，但这些更像是一种对潮流的追赶。其实无论鞋子多么潮，合不合脚只有自己知道。对于调研我就不展开了。

一、产品定义（Product Defining）

这个课题是一个典型的先定义技术再寻找需求的项目。其背后本质就是为技术合适的使用场景。因此，在产品设计阶段我们使用了大量的“头脑风暴”来收集创意。经过反复讨论后，我们将产品目标初步设定为：为即将步入的校园的新生打造一款能够解决实际需求的VR校园产品。

1.1 画像 （Persona）

为便于问题探索，我们制作了三类用户画像：

准大学生 王晓丽 心疼女儿的父亲 王老伯 忙碌的辅导员 张老师

1.2 价值主张（Value Proposition）

我们能不能提出一个合理的价值主张来满足这三类人群的需求呢？

满足三者需求

经过分析和讨论，我们最终提出的价值主张如下：

本产品让新生在家就能身临其境地完成预报到

• 通过趣味游戏的方式，让学生了解校园环境
• 在家熟悉校园环境和报到流程
• 确保学生的安全：避免来校当天走失和迷路的情况
• 提升报到的效率，减少老师的工作量

使用场景

使用场景举例：

• 在收到入取通知书后，新生用手机扫一扫通知书上的二维码，就可以下载到迎新的APP并安装；
• 学生将通知书中附带的卡纸制作成VR眼镜；
• 把装好APP的手机装入眼镜盒即可身临其境地浏览校园环境；
• 通过做任务和讲解，能够全方位了解关于学校和报道的情况和问题。
• 最终，当新生真正到学校的时候，其实已经对自己学校有较为熟悉的了解。

1.3 功能规划（Feature Defining）

针对所提的价值主张和主要用户角色，我们提了如下几个用户故事:

• P0 识别校园中的建筑物：作为一名新生，我需要在校园场景中了解到每个建筑物的信息，以便我在家就能知道学校的环境。
• P1 校园中移动穿行：作为一名新生，我需要在校园常用道路上走一走，以便于熟悉学校的地理环境。
• P3 导览解说：作为一名用户，我希望能听到生动讲解，这样我就可以腾出双眼观察周遭。
• P4 做报到任务获奖励：作为一名新生，我需要做点任务，例如，从机场/火车站到学校的任务，去宿舍报到的任务，这样我可以提前了解到去学校时需要的注意的问题。

而** 识别建筑物是最基础和最核心的功能**，因此其优先级最高，也是本期要完成的目标，其它功能后续进行迭代。

二、 技术选型（Technical Proposal ）

目前许多厂商都推出了自己的VR解决方案，综合考虑制作成本和学习难度之后，我们选择了性价比最高的 Google Cardboard 的方案。

Google Cardboard

Cardboard的VR眼镜说白了纸板盒+手机，成本低廉，制作简单。
Google提供的了相关的图纸和文档（如无法访问谷歌，请自行解决）。大家可以自行用纸板制作，也可以从某宝购买，售价从几元到数十元不等。

目前，基于谷歌的VR方案，内容制作有两种方式：摄影合成，程序开发。下面我们一一介绍一下：

1. 通过拍摄合成

它是指拼接多台摄影设备进行拍摄，在拍摄完成后合成3D的全景的视频。目前，欧美和岛国小电影已经率先尝试。

某片拍摄现场

从上图可以看出，这对拍摄和环境的要求极高。硬件成本也在几万到上百万不等，录制的后期合成也要花费多人力成本。如果买不起那么多专业摄影设备，也可以考虑使用3D打印的支架把多台GoPro拼接在一起。一个GoPro 相机在4000元左右。

谷歌官方推荐的Jump是由16个GoPro 4组成的360°圆盘。

2. 通过程序开发

如果没有钱投入硬件，那就只能玩软件了。Google提供了基于Android的Daydream SDK和能够兼容Android和iOS的Cardboard SDK

Daydream 是谷歌新发布的VR方案，从硬件上看Daydream相比于Cardboard就是多了个手柄和舒适度较高的头戴眼镜。按照目前情况，头套和手柄售价在500多元。Daydream要求是安卓，目前只有谷歌亲儿子NEXUS的个别机型能享受！

而Cardboard SDK 实际上是Unity3D的素材库，提供了现成的用于VR制作相关素材和脚本。因此这对熟悉Unity3D的开发者门槛较低。而且Unity3D的脚本主要使用了简化的C#和JavaScript，可针对Android和IOS分别导出APP。因此，对于有编程经验的开发者，也是非常简单便捷的。

综合考虑，在原型制作阶段我们可以使用Cardboard进行低成本简单的虚拟场景制作，等Daydream成熟之后可以考虑再迁移以获得更好的体验。而后期条件宽裕的时候可以使用摄影的方式进行制作。

三、 技术实施（Developing）

根据前面的讨论和分析，我们需要使用Cardboard实现在查看建筑物建筑物介绍的产品原型。也就是说，当用户看到这个建筑的时候，我们能告诉他该建筑的名字。可以在Github上查看本项目代码： https://github.com/gold3bear/learn_vr/tree/master/VR_school

效果

3.1 准备工作

Google对Cardboard SDK 的有充分详细的文档 。在正式动工前，我们需要做好以下准备：

• 下载最新的版本的Unity 3D。安装时候需要注意选择支持安卓导出或者iOS（主要看你针对的平台） 如何下载和安装可以看这篇文章
• 下载 Cardboard SDK for Unity，原版下载地址。因为，文件较大从外网下载到本地要花较长时间。幸运的是我已经把整个包上传到百度云了下载地址。
• 下载安装最新版的 X-Code（针对iOS开发），如果你是Android那就下载Android的
  SDK。

大家可以发现不管是Android还是iOS，都是用相同的Cardboard SDK for Unity，因此在基本开发流程上没有太大区别。本文接下去只以iOS为例。

3.2 开动

1. 打开Unity 3D创建一个名为VR_School的项目，并且确保选择的项目类型是3D；

   
   创建项目

2. 导入Google Cardboard SDK，选择 GoogleVRForUnity.unitypackage后点击import

   
   导入Cardboard SDK
   导入Cardboard SDK

3. 创建在Assets中创建一个新的文件夹 MyAssets。这个文件夹主要用来放置我们自定义的素材

   
   自定义素材

4. 在MyAssets中创建Scene文件夹，用来存放我们的场景文件。点击保存按钮（command+s），将文件当前文件存储，命名为stage。

   
   

3.3 创建物体

1. 创建地面

   • 右键点击3D Object，选择Plane。

     
     

   • 选择平面，将其命名为 Ground，Transform中的参数Scale 设置为x=10,y=0,z=10

     
     

2. 创建建筑：

   • 建筑可以从3dsMAX、SketchUp或者Maya导入。为了简化操作我们用Unity自带的长方体代替。点击右键选择3D Object，选择Cube:

     
     

   • 设置Cube的参数：

     
     
     • 名称:教学楼
     • Position:x=0,y=1,z=0;
     • Scale: x=1,y=2,z=1;

   • 将“教学楼”复制出3个出来，调整不同的位置、高度和大小以示区分，注意调整Y坐标高度使底部贴地

     
     

   • 分别命名为体育馆、宿舍楼、食堂

     
     

3. 添加素材
   我们现在要给场景中的物体附上材质，让地面、建筑物有不同的颜色：

   • 在“MyAssets”中创建名为“Materials”文件夹：

     
     

   • 创建用于地面的一个材质球，命名为GroundMaterial，并且选择好颜色；

     
     

   • 创建用于建筑物的4个材质球，分别命名为：BuildingMaterial、BuildingMaterial1、BuildingMaterial2、BuildingMaterial3，配上不同的颜色来区分；

     
     

   • 分别将这5个材质拖动到对应的物体上面

     
     

3.3 设置相机

1. 我们这一步是需要将相机放这4个建筑物的中间。选中相机，你可以在小窗口上看到相机视角。相机的Position 参数可以设置为：x=0,y=1,z=0;这样相机就移动到4个物体的中间了。

   
   

2. 将相机变成VR的双摄像头相机。操作很简单，打开Assets下的GoogleVR下面的，拖动到heriach面板中就可以了。

   
   

   点击播放按钮，我们就可以看到VR效果了。平移（option+鼠标滑动），倾斜（control+鼠标滑动）

   
   

3. 为了方面显示，我们给相机添上焦点。将"Assets/GoogleVR/Prefabs/UI"的GvrReticle拖动到摄像机中。在次点击play按钮，可以看到视频中心有一个焦点。

3.4 编写游戏脚本

现在，指示建筑物显示名称的功能还没有实现。需要我们用C#编写点脚本，不太难，照着做就好了:

1. 拖入文件夹Google/Scripts/UI中的GvrGaze脚本至相机,这样相机就拥有和物体交互的能力了。是不是很简单?

   
   

2. 我们还需要为建筑物添加点代码，让相机照射物体上后物体能够有所反应：

• 请在MyAssets下面创建一个Scripts文件夹，如图：

  
  

• 在Scripts创建一个名为Building的C#脚本。

  
  

• 双击点开后，将下面的代码全部覆盖过去：

      using UnityEngine;
      using System.Collections;
      //除了继承了Unity自带的MonoBehaviour外，还继承了GoogleVR的IGvrGazeResponder的接口类，用于实现物体对相机照射后的反馈动作。
       public class Building : MonoBehaviour,IGvrGazeResponder {
       private Color startColor;
       private Color newColor;
       void Start () {
           //获取初始的颜色
           startColor = GetComponent<Renderer>().material.color;
           //模拟器的console打印颜色信息；
           Debug.Log(startColor);
       }
  
       //当用户注视物体时的主要业务逻辑
       public void SetGazedAt(bool gazedAt) {
           if (gazedAt) {
               TriggerColorToGreen (true); 
               TellMyName (true);
           } else {
               TriggerColorToGreen (false);
               TellMyName (false);
           }
       }
  
       //颜色改变触发器，true 变绿色，false 恢复初始值
       public void TriggerColorToGreen (bool triggered) {
           GetComponent<Renderer> ().material.color = triggered ? Color.green : startColor;
       }
  
       //说出该对象的名称
       public void TellMyName (bool asked) {
           if (asked) {
               Debug.Log (name);
           } else {
               Debug.Log ("don‘t tell you");
           }
       }
      #region 这里实现IGvrGazeResponder要求的方法
  
       //焦点注视物体的时候执行
       public void OnGazeEnter(){
           SetGazedAt(true);
           Debug.Log (name);
       }
       //焦点已开物体的时候执行
       public void OnGazeExit(){
           SetGazedAt (false);
           Debug.Log ("out");
       }
       //点击眼镜盒的触发器，也就是触摸屏幕的时候
       public void OnGazeTrigger(){
           Debug.Log ("触发");
       }
      #endregion
      }
  

• 将Building脚本拖给建筑物：

  
  

• 点击Play按钮就可以看到效果了，大家可以看到焦点对准的物体都会变成绿色，焦点移开后又变成原来的颜色；

  
  

3. 大功即将告成，现在要做的就是把所看到的物体名字显示在屏幕上

• 创建GUI文字：将其命名为Building Name，用来呈现建筑物的名称。

  
  
  

  调整合适的距离；

• 创建一个空的游戏对象，命名为GameController,设置Tag为GameController，这样Building的代码中就能找到它了。

  
  
  

• 创建GameController脚本，代码如下：

       using UnityEngine;
       using UnityEngine.UI;//引入GUI
       using System.Collections;
       public class GameController : MonoBehaviour {
           // 显示文字
           public Text buildingName;
           //画布上显示文字
           public void showBuildingName(string name){
               buildingName.text =  name;
           }
       }
  

• 拖动GameController脚本给GameController对象：

  
  

• 调整Building代码与GameController交互使建筑物能改变画布的文字，具体代码可以查看gitlab

• 添加一个私有属性 gameController

    private GameController gameController;
  
  

• 调整Start的代码，添加通过Tag找到游戏中的GameController，并且创建实例。

   //获取Game Controller对象
   GameObject gameControllerObject = GameObject.FindWithTag("GameController");
   if (gameControllerObject != null) {
     gameController = gameControllerObject.GetComponent<GameController>();
   } else {
     Debug.Log("Cannot find 'GameController' script");
   }
  
  

• 调整TellMyName的方法，调用将本建筑物的名字传给gameController对象，让它去修改画布。

   //说出本对象的名称
   public void TellMyName (bool asked) {
     if (asked) {
       gameController.showBuildingName (this.name);
  
     } else {
       Debug.Log ("don‘t tell you");
     }
   }
  
  

• 点击play按钮，查看效果

3.5 在iPhone上体验

做完这一步就大功告成了。在第一次导出到手机时要做以下这些操作：

1. 打开File菜单下的 Building Setting

2. 选择iOS，点击Switch Platform按钮。

3. 点击Player Settings，在屏幕右边的Inspector 选择 Resolution and Presentation 一栏，将Default Orientation设置为Auto Rotation，将Allowed Orientations for Auto Rotation的其他√都去掉只保留Landscape Left;

   
   

4. 点击最下方的Other Setting，找到Bundle Identifier 将它设置成你的苹果开发者认证的账号的ID；如果没有的话，需要到苹果开发者上去设置。您可查看Xcode如何在真机上调试的一些资料。

   
   

5. 插上手机 点击Build and Run ，在过程中Unity会调用Xcode请点击确定。耐心等待就好了。编译完成后，就能够在手机上体验了。

四、总结

总的来说使用Cardboard的来制作VR是较为简单和低成本的。虽然文章结束了，但我们还有许多细节还没有深入的探讨。例如，前期的原型设计或者交互设计，画线框图已经没用了，而比较合适的原型工具应该是sketch up、3ds max 一类的三维软件，而具体的交互方式业内也没有标准。随着VR技术的不断发展，更多优质的解决方案会不断涌现出来，因此，这是一个需要持续学习和研究的过程。最后，希望这篇文章能够帮助到大家。