Unity+SteamVR开发——交互

一、前言

       本文使用两个工具为Unity2018.4.26和SteamVR2.6.1，SteamVR2.6.1相比之前的版本有了很大的改变，其中在交互上有了很大的提升，SteamVR2.6.1上给出的案例中提供了抛射物体、线性驱动、环形驱动以及复杂的射箭操作等。尽管给出了诸多的交互案例，但是在实际开发中依然会有新的交互情况出现，在SteamVR2.6.1中没有详细的使用说明下，本文首先大概介绍其各种交互案例，然后详细的介绍其交互的核心组件如Interactable和Hand等，最后结合我使用的案例实现如何动态添加各种交互。               

二、介绍

2.1、简单交互Simple Interactable

       如图1所示。，为实现的简单交互，手触碰到物体会有使物体呈现黄色轮廓框，然后按下扳机键既可以移动物体，但

是在这里手的模型隐藏掉了。 该交互方式只需要添加核心交互组件Interactable到父物体上，子物体中有带碰撞体的就可以实现。

实现逻辑：

第一步：首先，Hand在激活的时候重复不断的调用UpdateHovering方法，该方法即处理手悬浮带Interactable组件的物体

        protected virtual void OnEnable(){inputFocusAction.enabled = true;// Stagger updates between handsfloat hoverUpdateBegin = ((otherHand != null) && (otherHand.GetInstanceID() < GetInstanceID())) ? (0.5f * hoverUpdateInterval) : (0.0f);InvokeRepeating("UpdateHovering", hoverUpdateBegin, hoverUpdateInterval);InvokeRepeating("UpdateDebugText", hoverUpdateBegin, hoverUpdateInterval);}

 第二步：在UpdateHovering方法中判断哪个Interactable物体时和手最近的，判断的方法为CheckHoveringForTransform，在这个方法中会遍历子物体中的所有Collider，然后获取该Collider的父物体上的Interactable组件，如果不为Null，则比较与手的距离，找到最近的那一个，并将其Interactable的实例化对象赋值给Hand中的hoveringInteractable；

第三步：在Hand中hoveringInteractable为Interactable类型的属性，当该属性被赋值时会进行广播消息处理，所有继承了

public Interactable hoveringInteractable{get { return _hoveringInteractable; }set{if (_hoveringInteractable != value){if (_hoveringInteractable != null){if (spewDebugText)HandDebugLog("HoverEnd " + _hoveringInteractable.gameObject);_hoveringInteractable.SendMessage("OnHandHoverEnd", this, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);//Note: The _hoveringInteractable can change after sending the OnHandHoverEnd message so we need to check it again before broadcasting this messageif (_hoveringInteractable != null){this.BroadcastMessage("OnParentHandHoverEnd", _hoveringInteractable, SendMessageOptions.DontRequireReceiver); // let objects attached to the hand know that a hover has ended}}_hoveringInteractable = value;if (_hoveringInteractable != null){if (spewDebugText)HandDebugLog("HoverBegin " + _hoveringInteractable.gameObject);_hoveringInteractable.SendMessage("OnHandHoverBegin", this, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);//Note: The _hoveringInteractable can change after sending the OnHandHoverBegin message so we need to check it again before broadcasting this messageif (_hoveringInteractable != null){this.BroadcastMessage("OnParentHandHoverBegin", _hoveringInteractable, SendMessageOptions.DontRequireReceiver); // let objects attached to the hand know that a hover has begun}}}}}

MonoBehaviour的脚本中定义了 OnHandHoverBegin和OnHandHoverEnd方法的都将被执行；

最后：在该案例的脚本InteractableExample中实现OnHandHoverBegin和OnHandHoverEnd方法。

2.2、抛射物体Throwable

        如图2所示为手抓取物体然后进行抛射的过程，当手抓取物体时会变换为手刚好握住物体的姿态且手指都为静态的，

当手释放掉物体的时候又恢复到原来的状态，并且物体抛出去之后具有一定的速度。

 实现逻辑：

第一步：同样需要添加核心交互组件Interactable，并且需要添加SteamVR_Skeleton_Poser、Rigidbody以及Throwable(或子类）；

第二步：编辑SteamVR_Skeleton_Poser中所需要的手部姿势

1）、如图3所示，点击Create创建一个新的姿势，所有的姿势都是SteamVR_Skeleton_Pose的ScriptableObject，保存后为.asset为后缀的文件，可以通过Resources.Load方法直接加载或者直接拖到面板上使用。

2）、 如图4所示，勾选Show Right Preview 即对手势进行编辑，此时可以看到在物体的附近有一个手的模型，如果想在模板的基础上编辑可以选择Reference Pose：选择之后手即可变成模板的样子。该手部编辑模型会作为子物体出现在，

但是紧紧时在编辑模式下出现，作为编辑使用，编辑完之后需要取消 Show Right Preview的勾选方可正常显示和使用。

直接调整手的位置和关键，使其达到符合要求的握住物体的样子即可，然后勾选Show Left Preview此时下面的Copy Left pose to Right Hand和Copy Right pose to Right Hand会被激活。注意：因为刚刚编辑的时Right的，因此点右边下面的Copy Left pose to Right Hand按钮，将右边的镜像处理得到 左边的数据并覆盖当前左边的，点击之后即可看到两只手都以同样的姿势握住物体。这里一定要点对，不然前面的工作会被覆盖而需要重新做。最后，点击Save Pose 即可。    

第三步、Throwable编辑，在Throwable脚本中同样实现了OnHandHoverBegin和OnHandHoverEnd方法，处理握住物体的逻辑。并且还实现了HandHoverUpdate方法，在该方法中首先判断当前手的按键类型，只要不是抓取的按键触发就握

        protected virtual void HandHoverUpdate( Hand hand ){GrabTypes startingGrabType = hand.GetGrabStarting();if (startingGrabType != GrabTypes.None){hand.AttachObject( gameObject, startingGrabType, attachmentFlags, attachmentOffset );hand.HideGrabHint();}}

住物体，该方法在Hand的Update中被广播，另外，还有HandAttachedUpdate方法。

        protected virtual void Update(){UpdateNoSteamVRFallback();GameObject attachedObject = currentAttachedObject;if (attachedObject != null){attachedObject.SendMessage("HandAttachedUpdate", this, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);}if (hoveringInteractable){hoveringInteractable.SendMessage("HandHoverUpdate", this, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);}}

在Throwable中实现HandAttachedUpdate方法，代码如下：该方法每帧都执行，判断手的按键已经释放掉了该物体的时

        protected virtual void HandAttachedUpdate(Hand hand){if (hand.IsGrabEnding(this.gameObject)){hand.DetachObject(gameObject, restoreOriginalParent);// Uncomment to detach ourselves late in the frame.// This is so that any vehicles the player is attached to// have a chance to finish updating themselves.// If we detach now, our position could be behind what it// will be at the end of the frame, and the object may appear// to teleport behind the hand when the player releases it.//StartCoroutine( LateDetach( hand ) );}if (onHeldUpdate != null)onHeldUpdate.Invoke(hand);}

执行手放弃物体的操作 hand.DetachObject(gameObject, restoreOriginalParent);，然后Hand的DetachObject方法里调用广播函数广播OnDetachedFromHand,最终在Throwable脚本中的实现的OnDetachedFromHand方法里处理了最后被扔出去的逻辑。

public void DetachObject(GameObject objectToDetach, bool restoreOriginalParent = true{       ...if (attachedObjects[index].attachedObject != null){if (attachedObjects[index].interactable == null ||                     (attachedObjects[index].interactable != null && attachedObjects[index].interactable.isDestroying == false))attachedObjects[index].attachedObject.SetActive(true);attachedObjects[index].attachedObject.SendMessage("OnDetachedFromHand", this, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);}...
}

2.3、 线性驱动LinearDrive

         如图5所示为线性驱动的效果示意图，手捂住操作的物体保持姿势不动，移动手柄，手捂住的物体跟随运动，但是

只保持在横向的线性位置移动，手握住的物体不会超过该线性区域。

第一步 ：核心组件Interactable当然比不可少，然后实现HandHoverUpdate和HandAttachedUpdate以及OnDetachedFromHand方法，编辑握住物体所需的手势；

第一步：获取手部捂住物体之后手移动的参数，计算方法为：获取手现在的位置和线性起点的位置组成的向量A和终点到起点的向量B，得到向量A和B的点积，然后将这个值作为线性插值的变化因子

 protected virtual void HandAttachedUpdate(Hand hand)
{UpdateLinearMapping(hand.transform);if (hand.IsGrabEnding(this.gameObject)){hand.DetachObject(gameObject);}
}
protected void UpdateLinearMapping( Transform updateTransform ){prevMapping = linearMapping.value;linearMapping.value = Mathf.Clamp01( initialMappingOffset + CalculateLinearMapping( updateTransform ) );mappingChangeSamples[sampleCount % mappingChangeSamples.Length] = ( 1.0f / Time.deltaTime ) * ( linearMapping.value - prevMapping );sampleCount++;if ( repositionGameObject ){transform.position = Vector3.Lerp( startPosition.position, endPosition.position, linearMapping.value );}}protected float CalculateLinearMapping( Transform updateTransform ){Vector3 direction = endPosition.position - startPosition.position;float length = direction.magnitude;direction.Normalize();Vector3 displacement = updateTransform.position - startPosition.position;return Vector3.Dot( displacement, direction ) / length;}

2.4、环形驱动CircularDrive

        如图6所示，其处理逻辑和线性驱动类似，只是在计算物体旋转上有所差别

 

2.5、 悬浮按钮Hover Button

       如图6所示，手悬浮在按钮上，然后向下压物体可以实现物体按下效果。实现的逻辑和前面的简单交互类似。

 2.6、射箭

        如图7所示为双手射箭的操作，这个交互应该是SteamVR2.6.1这个版本中最复杂的一部分。同样需要添加

Interactable组件。重点是ItemPackageSpawner组件，该组件实现了手用弓箭的所有逻辑。

1）、ItemPackageSpawner实现了HandHoverUpdate方法，并且在面板上勾选了requireGrabActionToTake，因此在手触碰到弓并且按下抓取的扳机键的时候调用SpawnAndAttachObject生成一些列后续操作所需要的包并且这只手抓住弓

		private void HandHoverUpdate( Hand hand ){...if ( requireGrabActionToTake ){GrabTypes startingGrab = hand.GetGrabStarting();if (startingGrab != GrabTypes.None){SpawnAndAttachObject( hand, GrabTypes.Scripted);}}}

 SpawnAndAttachObject方法里先根据ItemPackageType类型来清空手上的东西，然后重新生成一个itemPackage里面的itemPrefab，然后让手抓住它，这个时候生成的物体为Longbow，是带握住手势的弓，如图8所示。如果itemPackage的

 otherHandItemPrefab不为空的话也实例化该物体，并且用另外一只手抓住它。这里的otherHandItemPrefab为握住箭的手势ArrowHand,如图9所示，在ArrowHand中初始化只保留了一个握住箭的手势，箭的生成要在其内部

 HandAttachedUpdate方法里实现

private GameObject InstantiateArrow(){GameObject arrow = Instantiate( arrowPrefab, arrowNockTransform.position,              arrowNockTransform.rotation ) as GameObject;arrow.name = "Bow Arrow";arrow.transform.parent = arrowNockTransform;Util.ResetTransform( arrow.transform );arrowList.Add( arrow );while ( arrowList.Count > maxArrowCount ){GameObject oldArrow = arrowList[0];arrowList.RemoveAt( 0 );if ( oldArrow ){Destroy( oldArrow );}}return arrow;}//-------------------------------------------------
private void HandAttachedUpdate( Hand hand )
{if ( allowArrowSpawn && ( currentArrow == null ) ) // If we're allowed to{currentArrow = InstantiateArrow();arrowSpawnSound.Play();}
}

 2)、放箭的过程在ArrowHand的HandAttachedUpdate方法中实现,当弓被拉握住箭的手柄按键释放的时候，即射出箭

	private void HandAttachedUpdate( Hand hand ){...// If arrow is nocked, and we release the triggerif ( nocked && hand.IsGrabbingWithType(nockedWithType) == false ){if ( bow.pulled ) // If bow is pulled back far enough, fire arrow, otherwise reset arrow in arrowhand{FireArrow();}else{arrowNockTransform.rotation = currentArrow.transform.rotation;currentArrow.transform.parent = arrowNockTransform;Util.ResetTransform( currentArrow.transform );nocked = false;nockedWithType = GrabTypes.None;bow.ReleaseNock();hand.HoverUnlock( GetComponent<Interactable>() );allowTeleport.teleportAllowed = true;}bow.StartRotationLerp(); // Arrow is releasing from the bow, tell the bow to lerp back to controller rotation}
}

2.7、远程控制

如图10a和10b所示为操作虚拟手柄远程控制物体的案例，这两个案例非常类似，只是处理的过程非常繁琐，这里不再详细展开了，唯一没有让我完全搞清楚的地方是，控制虚拟手柄的手部动作是如何做到动态的。跟前面手指静态的不同，

这里的手姿势控制未找到SteamVR_Skeleton_Poser的使用。

三、总结

3.1、交互的核心组件为Interactable，凡是涉及到用手进行交互都需要添加该组件，后面会讲射线与物体交互也会用到该组件；

3.2、手握住物体的姿势为SteamVR_Skeleton_Pose，是一个ScriptableObject的资源类，可以在编辑器中进行编辑并且保存为后缀.asset文件，该文件可以实现动态加载；

3.3、需要在获取手和物体的处理逻辑上一定要实现Hand中广播的方法；

3.4、远程操作的手握住虚拟手柄的姿势可以动手指，目前还不知道怎么编辑或设置。