文章目录
- [1. VR](#1. VR)
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- [1.1 VR 文化](#1.1 VR 文化)
- [1.2 VR 系统](#1.2 VR 系统)
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- [1.2.1 头戴式显示器（HMD, Head Mounted Display）](#1.2.1 头戴式显示器（HMD, Head Mounted Display）)
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- [1.2.1.1 Oculus/Meta Quest 系列 HMD](#1.2.1.1 Oculus/Meta Quest 系列 HMD)
- [1.2.1.2 HTC Vive Pro Eye / Valve Index](#1.2.1.2 HTC Vive Pro Eye / Valve Index)
- [1.2.1.3 产品对比](#1.2.1.3 产品对比)
- [1.2.2 追踪系统（Tracking System）](#1.2.2 追踪系统（Tracking System）)
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- [1.2.2.1 Vicon Shogun 追踪系统](#1.2.2.1 Vicon Shogun 追踪系统)
- [1.2.2.2 Inside-Out Tracking（内向外追踪），Oculus / Meta Quest 系列的追踪系统](#1.2.2.2 Inside-Out Tracking（内向外追踪），Oculus / Meta Quest 系列的追踪系统)
- [1.2.3 输入设备（Input Devices）](#1.2.3 输入设备（Input Devices）)
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- [1.2.3.1 其他输入设备（Miscellaneous Input Devices）](#1.2.3.1 其他输入设备（Miscellaneous Input Devices）)
- [1.2.4 软件环境（Software Environment）](#1.2.4 软件环境（Software Environment）)
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- [1.2.4.1 常用游戏引擎（Popular Game Engines）](#1.2.4.1 常用游戏引擎（Popular Game Engines）)
- [1.2.4.2 立体渲染（Stereoscopic Rendering）](#1.2.4.2 立体渲染（Stereoscopic Rendering）)
- [2. VR 游戏](#2. VR 游戏)
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- [2.1 VR 游戏发展史](#2.1 VR 游戏发展史)
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- [2.1.1 Virtual Boy](#2.1.1 Virtual Boy)
- [2.1.2 Sega VR](#2.1.2 Sega VR)
- [2.1.3 CAVE 系统（Cave Automatic Virtual Environment）](#2.1.3 CAVE 系统（Cave Automatic Virtual Environment）)
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- [2.1.3.1 CAVE（沉浸式房间 VR） 和 AI 生成内容（AIGC, AI-Generated Content） 结合起来](#2.1.3.1 CAVE（沉浸式房间 VR） 和 AI 生成内容（AIGC, AI-Generated Content） 结合起来)
- [2.1.4 Oculus Rift](#2.1.4 Oculus Rift)
- [2.1.5 独立游戏（Indie VR Games）](#2.1.5 独立游戏（Indie VR Games）)
- [2.1.6 3A游戏（AAA Game）](#2.1.6 3A游戏（AAA Game）)
- [2.1.7 杀手级应用（Killer VR App）](#2.1.7 杀手级应用（Killer VR App）)
- [2.1.8 Half-Life: Alyx](#2.1.8 Half-Life: Alyx)
- [2.1.9 大型多人VR游戏（Large Scale VR Gaming）](#2.1.9 大型多人VR游戏（Large Scale VR Gaming）)
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- [2.1.9.1 系统组成](#2.1.9.1 系统组成)
- [2.1.10 VR 游戏的关键结论](#2.1.10 VR 游戏的关键结论)
- [2.1.11 VR游戏面临的挑战及解决方案](#2.1.11 VR游戏面临的挑战及解决方案)
- [2.2 VR 游戏设计](#2.2 VR 游戏设计)
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- [2.2.1 VR 游戏的特点](#2.2.1 VR 游戏的特点)
- [2.2.2 原型设计](#2.2.2 原型设计)
- [2.2.3 减少VR引起的不适（VRSickness）](#2.2.3 减少VR引起的不适（VRSickness）)
- [2.2.4 游戏测试（Playtesting）](#2.2.4 游戏测试（Playtesting）)
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- [2.2.4.1 Early Access（抢先体验 / 早期访问）](#2.2.4.1 Early Access（抢先体验 / 早期访问）)
- [2.2.4.2 具体步骤](#2.2.4.2 具体步骤)
- [2.2.5 XR 开发](#2.2.5 XR 开发)
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- [2.2.5.1 开发历史和技术挑战](#2.2.5.1 开发历史和技术挑战)
- [2.2.5.2 OpenXR](#2.2.5.2 OpenXR)
- [2.2.5.3 Unity XR 插件管理（Unity XR Plug-in Management）](#2.2.5.3 Unity XR 插件管理（Unity XR Plug-in Management）)
- [2.2.5.4 如何选择工具](#2.2.5.4 如何选择工具)
1. VR
1.1 VR 文化
VR 已经融入了我们现在的生活之中，小说影视剧中都有 VR 的身影。
例如 The Man Who Awoke (1933)、Ready Player One（2011 小说，2018 电影）、Three-Body（2023）、Sword Art Online（2012）
1.2 VR 系统
VR（Virtual Reality，虚拟现实）系统的组成部分如下：
- Head Mounted Display (HMD)：头戴式显示器
就是戴在头上的显示设备，比如 VR 眼镜、VR 头盔。 - Tracking Systems：追踪系统
用来追踪使用者的头部、手部或身体位置与动作。 - Input Devices：输入设备
指用户与 VR 互动时使用的设备，比如手柄、数据手套、传感器等。 - Software Environment：软件环境
指支撑 VR 运行的软件系统，包括虚拟场景、交互程序、渲染引擎等。
1.2.1 头戴式显示器（HMD, Head Mounted Display）
头戴式显示器通过戴在头上的设备提供三维视觉刺激。
从而将正确的图像直接显示到每只眼睛。
与3D电影同理，给每只眼睛看到的画面不同，模拟人眼的立体视觉。
每一帧画面都同时包含左右眼的视角信息，实现即时 3D 立体效果。
下面给出一些品牌和型号。
Oculus/Meta 系列（Rift, Rift S, Quest, Go）
→ Meta（前 Oculus）出品的 VR 头显，包括 Rift 系列和 Quest 系列。
HTC 系列（Vive, Vive Pro Eye, Cosmos）
→ HTC 出品的 VR 头显，包括 Vive 基础版、高端版和 Cosmos 系列。
Apple Vision
→ 苹果公司的 VR/AR 设备（也叫 Apple Vision Pro）。
Samsung Gear VR
→ 三星推出的 VR 头显，通常通过手机显示。
Pimax（5k Plus, 8K X 和 Plus）
→ Pimax 品牌的高分辨率 VR 头显，强调超宽视场。
Valve Index
→ Valve 公司出品的高端 PC VR 头显，适合游戏玩家。
Playstation VR
→ 索尼的 VR 头显，配合 PlayStation 游戏机使用。
Google Cardboard
→ 谷歌的简易 VR 眼镜，用纸板和手机就能体验 VR。
Nintendo Labo VR
→ 任天堂推出的 DIY VR 套件，用纸板制作 VR 眼镜并配合 Switch 游戏。
1.2.1.1 Oculus/Meta Quest 系列 HMD
一体化 VR 游戏设备，不需要额外电脑。
Oculus 的内部追踪技术，用来追踪头部和手柄位置。
使用 OLED 显示屏，画质清晰，对比度高。
主要卖点：无需电脑、无线使用、使用自由度高。
| 型号 | 起始价格 | 每眼像素 | 屏幕刷新率 | 可视角度 |
|---|---|---|---|---|
| Oculus Quest | $299 | 1440 x 1600 | 72 Hz | 100° |
| Oculus Quest 2 | $399 | 1832 x 1920 | 120 Hz | 100° |
| Oculus Quest 3 | $550 | 2064 x 2208 | 120 Hz | 110° |
1.2.1.2 HTC Vive Pro Eye / Valve Index
这两个是高端 VR 头显，需要连接电脑使用（PC-powered）。
依赖电脑运行 VR 程序，画质和性能更高，但不能单独无线使用。
使用"基站（base stations）"进行运动追踪，可以精确追踪头部和手柄位置。
这是一种外部追踪技术，和 Oculus Quest 内部追踪不同。
卖点：内置 Tobii 眼动追踪器。
- Tobii 是专门做眼动追踪的公司，能检测你眼睛注视的位置。
基于 注视（gaze） 和 眨眼（blink） 的交互方式。
- Gaze based：你看哪里，系统就知道并可以触发动作（比如选中菜单）。
- Blink based：通过眨眼动作触发操作（比如点击、确认）。
1.2.1.3 产品对比
下面的表格讲市面上的 VR 产品的性能进行了对比。
| 功能特性 | Oculus Quest / Quest2 / Quest 3 | HTC Vive Pro (Eye) | Valve Index | PiMax 5k Plus |
|---|---|---|---|---|
| 最低要求 | 仅需用于设置的智能手机 | GTX 1070 Quadro P5000 | GTX 970 AMD RX480 | GTX 1070 |
| 显示技术 | OLED | OLED | LCD | CLPL 定制 LCD |
| 远程连接 | 限制 | DisplayPort 1.2+ USB 3.0 | DisplayPort 1.2+ USB 3.0 | USB 2.0/3.0 + DP1.4 |
| 头戴显示器传感器 | 惯性测量单元(IMU)、陀螺仪（Gyroscope）、摄像头 | 惯性测量单元(IMU)、陀螺仪（Gyroscope）、（眼动追踪 -> 瞳距IPD） | 惯性测量单元(IMU)、陀螺仪（Gyroscope） | 惯性测量单元(IMU)、陀螺仪（Gyroscope） |
| 控制器输入 | 按键 | 手部追踪 | 按键 | 眼动追踪 |
| 视场角 | ~ 100 / 110 / 110 度 | ~ 110 度 | ~ 130 度 | ~ 200 度 |
| 每眼分辨率 | 1440 x 1600 px / 1832 x 1920 px / 2064 x 2208 px | 1440 x 1600 px | 1440 x 1600 px | 2560 x 1440 px |
| 刷新率 | 72 Hz / 120 Hz / 120 Hz | 90 Hz | 90 / 120 / 144 Hz | 120 Hz |
| 平均价格 | < 600 CHF | CHF 1700 | CHF 1100 | CHF 810 |
1.2.2 追踪系统（Tracking System）
Camera based (Optical)------基于摄像头（光学）追踪，有三种：
- Marker based active tracking（带标记的主动追踪）
→ 在物体上放置主动发光或发送信号的标记，通过摄像头捕捉位置。 - Marker based passive tracking（带标记的被动追踪）
→ 在物体上放置被动标记（反光点或二维码），通过摄像头识别位置。 - Markerless tracking（无标记追踪）
→ 不依赖标记，通过摄像头和算法直接识别物体或人体位置。
优点（Pros）：
- 可以得到绝对位置（Absolute position）
- 精度相对较高
- 不会随时间漂移（no drift over time）
缺点（Cons）：
- 可能被遮挡（Occlusions）
- 需要摄像头（Camera required）
Camera free------无摄像头追踪，方式也有很多：
- Mechanical capture（机械捕捉 / 外骨骼 Exoskeleton）
→ 用机械装置或外骨骼直接测量关节角度和位置。 - IMU (accelerometers, gyroscope) --- 惯性测量单元
→ 使用加速度计和陀螺仪测量运动和旋转。 - Magnetic sensors --- 磁场传感器
→ 用磁场测量位置和方向。 - Deformable gauges --- 可变形测量装置
→ 常用于数据手套，测量手指弯曲程度。
优点（Pros）：
- 没有遮挡问题（No occlusions）
缺点（Cons）：
- 精度较低（Lower accuracy）
- 金属会干扰磁场传感器（Distortion induced by metallic objects）
- IMU 会有漂移（Drifts）
Lighthouse / Base Station------光学追踪技术。
基站或灯塔，用于 VR 设备的位置追踪。
使用主动标记（Active marker），设备上有传感器接收基站信号来确定位置。
基站内部有旋转激光，每分钟旋转 6000 次，用来扫描空间。
每个基站覆盖半径约 7 米的空间。
基站扫描的视场角为 160°（水平）×115°（垂直）。
四个基站可以覆盖大约 10×10 米的区域，让用户在大空间中自由移动。
每个设备（HMD 或手柄）可以扫描环境，并精确识别每个设备的唯一 ID，确保位置追踪准确，不会混淆。
基站如下图所示。
主动标记设备如下图所示。
1.2.2.1 Vicon Shogun 追踪系统
Vicon Shogun 追踪系统，属于光学被动标记（Passive Marker）解决方案，主要用于专业动作捕捉（Motion Capture, MoCap）。
Passive marker based solution → 使用 被动标记（反光球或反光贴片）
标记贴在演员或物体上，摄像头捕捉反光光点位置来追踪动作。
优点（Pros）：
- 高刷新率，可以捕捉快速动作而不延迟。
- 高精度，位置和运动捕捉非常精确，适合专业应用。
缺点（Cons）：
- 如果没有上下文信息，系统无法识别每个标记的身份
- 价格昂贵，主要用于专业级别的影视、动画和科研。
- 面向专业市场，不是普通消费者使用的设备，而是专门的动作捕捉实验室或影视制作。
1.2.2.2 Inside-Out Tracking（内向外追踪），Oculus / Meta Quest 系列的追踪系统
内向外的计算机视觉追踪。
- 摄像头在头显本身上，而不是外部基站。
- 系统通过摄像头和算法来感知环境和自身位置。
- 使用广角摄像头和计算机视觉算法定位头显在空间中的位置。
这样和 Lighthouse 基站不同，不需要外部设备。
涉嫌头还可以实现无标记手指追踪。
代表产品有 Oculus / Meta Quest 系列。
1.2.3 输入设备（Input Devices）
这里主要介绍手柄控制器（Controllers）的组成和功能。
Oculus / Meta Touch 控制器，每个手柄包含：
- One joystick：一个摇杆，用于移动或视角控制
- Two press buttons：两个普通按键
- Two trigger buttons：两个扳机键，通常用于射击或抓取
- One meta button：一个特殊功能键，用于菜单或系统操作
- Infrared tracking：红外追踪，用于被摄像头识别位置
- IMU and Gyroscope：惯性测量单元 + 陀螺仪，用于测量手柄的旋转和运动
- Vibrators：振动马达，也就是手柄震动反馈。可以在游戏或 VR 体验中给用户提供触觉反馈，例如开枪、碰撞、抓取物体时手感震动
Vive Controller（HTC Vive），每个手柄包含： - A trigger：一个扳机键
- Two meta buttons：两个系统或菜单按钮
- A tactile button pad：触觉按钮板，可滑动和点击
- Two lateral buttons：两个侧边按钮
- IMU and Gyroscope：惯性测量单元 + 陀螺仪
- Infrared tracking：红外追踪
- Vibrators：振动马达，提供触觉反馈，让操作更真实
1.2.3.1 其他输入设备（Miscellaneous Input Devices）
- Perception Neuron（左上）
穿戴式动作捕捉套装
用传感器捕捉全身动作
适合动作捕捉、虚拟现实和动画制作 - Manus VR 手套（中上）
VR 手套，可以捕捉手和手指动作
支持虚拟手部交互
可用于虚拟打字、乐器演奏、精细操作等 - PlayStation Controllers（右上）
PlayStation 的 VR 手柄（Move）
有按钮、摇杆、触控传感器
内置陀螺仪和加速度计
用于游戏中的移动、操作和交互 - Windows Mixed Reality 手柄（左下）
Windows MR 系列手柄
支持旋转、按钮、触控板
可以进行空间追踪和 VR/AR 游戏交互 - Dexmo Glove（中下）
力反馈手套（Exoskeleton Glove）
可以模拟触感和手指阻力
提升沉浸感，适合精细操作和手部交互 - Disney's VR Treadmill（右下）
VR 跑步机（Omnidirectional Treadmill）
用户可以原地走动或跑步，同时在虚拟世界移动
增强虚拟现实中的空间自由度
1.2.4 软件环境（Software Environment）
主要分成两个部分：
- Game Engine / Editor（游戏引擎/编辑器）
功能：处理游戏核心逻辑：帧率（Frames）、渲染（Rendering）、音效（Sound）、碰撞检测（Collisions）、物理引擎（Physics）等
提供开发者框架（Framework）来快速开发游戏或 VR/AR 应用
举例：Unreal Engine、Unity - Digital Content Creation (DCC) Tools（数字内容创作工具）
功能：用于创建数字内容（Digital content），即以 数字数据形式存在的内容
包括建模、纹理、动画、特效、渲染等
举例：
| 工具 | 功能 |
|---|---|
| Maya / 3ds Max | 三维建模、动画 |
| Houdini FX | 程序化特效、模拟 |
| Cinema 4D | 三维建模、动画、渲染 |
| ZBrush | 数字雕刻 |
| Substance | 材质和纹理制作 |
| Blender | 开源三维建模、动画、渲染 |
| Katana | 灯光和渲染管理 |
| Arnold / V-Ray / Redshift | 高级渲染器 |
| Photoshop (Ps) | 图像处理 |
| Illustrator (Ai) | 矢量图设计 |
| Premiere Pro (Pr) | 视频剪辑 |
| Lightroom (Lr) | 图片后期处理 |
| Adobe XD (Xd) | UI/UX 设计 |
| Audition (Au) | 音频编辑 |
| InDesign (Id) | 排版和出版设计 |
| After Effects (Ae) | 视频特效 |
| Dreamweaver (Dw) | 网页设计 |
1.2.4.1 常用游戏引擎（Popular Game Engines）
-
Commercial（商业引擎）
面向开发者和公司出售，通常有授权费用
例子：
Unity：跨平台游戏开发，常用于 VR/AR、2D/3D 游戏
Unreal Engine：高性能渲染和物理，适合大型游戏和 VR
CryEngine：高保真图形渲染
RPG Maker：专门用于制作角色扮演游戏
COCOS：适合移动游戏开发
-
In-house（内部开发引擎）
游戏公司自己开发，用于自家游戏项目
例子：
4A Engine：Metro 系列游戏的专用引擎
Frostbite：EA 自家游戏使用，如《战地》《FIFA》
RAGE：Rockstar 自家引擎，用于 GTA 系列
Torque Game Engine：部分独立游戏工作室使用
-
Free（免费引擎）
开源或免费使用，适合个人开发者或教育用途
例子：
O3DE：开源 3D 游戏引擎
Godot：开源 2D/3D 引擎
COCOS（免费版本）
1.2.4.2 立体渲染（Stereoscopic Rendering）
Stereoscopic Rendering（立体渲染）是一种模拟人类双眼视觉的技术，通过给左右眼分别渲染不同的画面，使平面图像产生 3D 深度感。
这是为了让 VR/3D 显示器呈现真实的三维空间感，增强沉浸体验。
环境会实时响应用户动作，比如头部转动、手部动作。
与传统游戏不同，VR 需要同时渲染两个视角（左右眼虚拟摄像机）。
因此要求高性能，保证流畅和低延迟。
为什么 VR 系统需要立体渲染？
- 它模拟了人类视觉在现实世界中的工作方式
- 提供尺度感（scale）、距离感（distance）和沉浸感（immersion）
- 没有立体渲染，VR 会显得平面、缺乏真实感
原理靠的是 Binocular Parallax（双眼视差）
- 左眼和右眼看到的视角略有不同
- 大脑通过立体融合（stereopsis）把两个 2D 图像合成一个 3D 图像
效果：
- 产生深度感
- 让用户感觉物体真实存在于空间中
人眼和大脑天生有立体视觉能力。
单眼线索（Monocular cues）：阴影、透视、大小变化等也能给出一些深度信息。
立体渲染的优势：
- 提供真正的生物学确认
- 大脑会自然感知：这个物体真的在你面前
2. VR 游戏
2.1 VR 游戏发展史
2.1.1 Virtual Boy
开发者：Nintendo
发布时间：1995 年
特点：
使用 红色 LED 显示屏，而不是全彩显示
游戏画面有立体感，但颜色单一
仅发布了 22 款游戏，所以内容有限
Mario's Tennis：Virtual Boy 的经典游戏之一
红色立体画面：
下面的图片中上图是红色视图（左眼/右眼）
下图显示了立体效果
设备包含：
头显红色显示屏
手柄用于操作
可通过三脚架固定，玩家需要低头俯视屏幕
2.1.2 Sega VR
开发公司：Sega
时间：1990 年代初期（Early 1990s）
产品定位：
计划作为 Sega Genesis（世嘉 MD / Mega Drive） 的附加设备（Add-on Peripheral）
特点：
头显内置 LCD 显示屏
配备 立体声耳机（Stereo Headphones）
游戏：
至少有四款游戏正在开发
但由于项目最终被取消，这些游戏未能正式发布
2.1.3 CAVE 系统（Cave Automatic Virtual Environment）
年份：1992 年起
特点：
不依赖头戴式设备（No Head-Mounted Display）
通常是 一个房间内的大型投影/显示系统，类似视频剧场
四面或更多墙面都是 投影屏幕 或 大尺寸 LED 显示屏
用户站在房间里，可以获得沉浸式体验
最新产品：
VisCube M4-6K
分辨率非常高：6144 × 3240（6K UHD）
激光投影
高度沉浸式的虚拟现实系统
2.1.3.1 CAVE（沉浸式房间 VR） 和 AI 生成内容（AIGC, AI-Generated Content） 结合起来
2.1.4 Oculus Rift
现在开始介绍现代 VR 游戏。
Oculus Rift
首次发布：2016 年，被认为是第一个面向普通消费者的 VR 头显（consumer-ready VR headset）
创始人：Palmer Luckey
首次宣布：2013 年
特点：价格相对便宜（inexpensive）并面向视频游戏
技术特点：
高分辨率显示屏（High-resolution display）
精确头部追踪（Precise head tracking）
提供深度沉浸式体验（Deeply immersive environment）
影响：
Oculus Rift 的发布推动了整个 VR 行业的发展
启发了其他 VR 头显的研发和发布
包括：
PlayStation VR：索尼的 VR 游戏设备
HTC Vive：高精度 PC VR 头显
Valve Index：高端 PC VR 头显，支持高刷新率和手指追踪
2.1.5 独立游戏（Indie VR Games）
独立游戏（Indie Game）是指由小型团队或个人开发、没有大厂财力支持的游戏。
独立 VR 游戏
特点：
简单图形（Simple graphics）
不追求 AAA 级精美画面
更多关注创意和玩法
新颖玩法（Novel Gameplay）
通过 VR 的独特交互设计提供沉浸体验
示例游戏：
Superhot VR：时间只在玩家动作时流动，创新的玩法设计
Job Simulator：轻松幽默的职业模拟 VR 游戏
Arizona Sunshine：僵尸射击游戏，VR 体验突出
2.1.6 3A游戏（AAA Game）
首先 3A 是游戏行业里对高预算、高制作水平、大厂开发的游戏的称呼。
现代 VR 游戏中的 AAA VR 游戏案例：Batman Arkham VR
特点：
真实感图形（Realistic graphics）
玩法局限：主要以解谜为主（solving puzzles）
移动方式：使用瞬移（teleporting），而不是自由走动
2016 年 Game Critics Awards：获得"最佳 VR 游戏"奖
2017 年标志着 AAA 游戏工作室加入 VR 市场。
涌现了大量作品包括：
Skyrim VR（上古卷轴 V：VR 版）
开放世界 RPG，玩家可以在 VR 中探索广阔世界
Fallout 4 VR
开放世界射击 RPG，VR 版本让玩家沉浸在废土世界
Resident Evil 7 VR
恐怖生存游戏，VR 提升沉浸感和恐怖体验
Doom VFR
高速动作射击游戏的 VR 版
2.1.7 杀手级应用（Killer VR App）
杀手级应用指带动了 VR 游戏的普及，是很多人购买 VR 设备的主要理由之一。
Beat Saber
发布时间：2018 年
类型：节奏游戏（Rhythm Game）
玩法：
玩家手持两个光剑（Lightsaber）
按节奏挥舞光剑切割迎面而来的彩色方块
技术特点：
游戏玩法与 VR 技术非常契合（Feels native to the technology）
不会过度依赖 VR 硬件极限，让玩家容易上手
游戏机制如下：
| 操作 | 能量/分数变化 |
|---|---|
| Miss（未切中） | Lose 15 |
| Bad cut（切割不正确） | Lose 10 |
| Saber hits a bomb（光剑打到炸弹） | Lose 10 |
| Player hits a wall（撞墙） | Lose amount proportional to time spent in wall |
| Hit a block correctly（切中方块） | Gain 1 |
2.1.8 Half-Life: Alyx
Half-Life: Alyx是里程碑式的VR游戏。它被称为 VR 游戏领域的"分水岭（Watershed moment）"，意思是标志着VR游戏发展进入了一个新的阶段，提升了整个行业的标准。
《Half-Life: Alyx》在2020年发布后，凭借高品质的画面、玩法设计和沉浸感，被认为是迄今为止最出色的VR游戏。
游戏的机制（mechanics）充分利用VR的特点，让玩家在虚拟现实中与环境、物体进行互动，比传统游戏的互动更自然、丰富和直观。
这款游戏为其他VR游戏开发者提供了参考和灵感，展示了VR游戏在玩法和沉浸感方面的潜力。
目前最受欢迎或最经典的 VR 游戏有：
- Half Life: Alyx (Steam VR)
《半条命：Alyx》，运行在 Steam VR 平台，是高评价的沉浸式VR游戏。 - Horizon: Call of the Mountain (PSVR 2)
《地平线：山之召唤》，运行在 PlayStation VR 2 平台。 - Beat Saber (Multiplatform)
《节奏光剑》，支持 多个平台（如Oculus、Steam VR等），节奏类音乐游戏。 - Gran Turismo 7 (PSVR 2)
《赛车计划7》，在 PSVR 2 平台上体验赛车驾驶。 - Resident Evil Village (PSVR 2)
《生化危机8：村庄》，在 PSVR 2 上体验恐怖生存。 - No Man's Sky (Multiplatform)
《无人深空》，跨 多个平台，太空探索类VR游戏。 - Iron Man VR (Multiplatform)
《钢铁侠 VR》，多平台，可让玩家体验钢铁侠的飞行和战斗。 - Walking Dead (Multiplatform)
《行尸走肉》VR版，多平台，体验末世生存冒险。 - Skyrim VR (Multiplatform)
《上古卷轴：天际 VR》版，多平台，开放世界角色扮演。 - Tetris Effect (Multiplatform)
《俄罗斯方块效应》，多平台，把经典方块游戏和沉浸式音乐视觉体验结合。
2.1.9 大型多人VR游戏（Large Scale VR Gaming）
在仓库或类似的大型空间中，支持多人同时参与VR游戏。
示例：
Zero Latency:一个多人沉浸式VR体验平台。
Warstation:提供多人VR射击和团队竞技体验。
VRCave: 大型VR体验中心，支持多人互动。
2.1.9.1 系统组成
- Wide Area Tracking（大范围跟踪）：
利用计算机视觉 + 光球/反光球来捕捉动作。
举例：在 300 平米的空间里使用超过 120 个摄像头进行全覆盖跟踪。 - Backpack VR system（背包式 VR 系统）：
玩家穿戴一个背包，里面有移动设备和电源。
提供触觉反馈（Haptic feedback）和无线头显（Wireless HMD）。 - Real Props（真实道具）：
游戏中使用可跟踪的真实物体和墙壁，增加沉浸感。
下图展示了追踪摄像头。
下图展示了背包式 VR 系统。
2.1.10 VR 游戏的关键结论
- Wide area tracking possible（宽区域追踪可行）
基于视觉的系统可以创建大范围的 VR 追踪区域，速度足够快以满足游戏玩法需求。
也就是说，现在的 VR 技术可以追踪玩家在大空间内的位置和动作，而且不会延迟影响体验。 - Shared gameplay improves experience（多人共享游戏提高体验）
专注于协作体验，使用虚拟角色（avatar）来表示玩家，并进行角色分工。
说明多人 VR 游戏中，协作和互动会让玩家感受到更真实和沉浸的体验。 - Haptic feedback significantly increases presence（触觉反馈显著增强存在感）
使用物理道具（objects, walls）给玩家触觉反馈。
也就是说，除了视觉和听觉之外，增加触觉反馈（例如 VR 手套、背包振动）会让玩家感觉"自己真的在那个虚拟环境里"。 - Content is king（内容为王）
系统需要有引人入胜的内容/游戏场景。
即使硬件再先进，如果游戏或体验内容不好，也无法吸引玩家。
2.1.11 VR游戏面临的挑战及解决方案
- Wide area tracking（大范围追踪）
使用计算机视觉系统来追踪玩家在大空间内的位置。
系统可能需要超过100台摄像头和多台服务器来支持实时追踪。 - Freedom of movement（自由移动）
为玩家提供自定义的无线VR背包，让玩家可以自由移动。
配备耐用的头显（HMD）和道具武器（weapon props），保证游戏中互动的安全性和稳定性。 - Natural interaction（自然交互）
利用"重定向行走"（redirected walking）和可触碰道具，让玩家的动作尽可能自然。
玩家可以像在现实中一样操作，增加沉浸感。 - Compelling content（吸引人的内容）
游戏内容需要丰富和有吸引力。
通过多感官反馈（multi-sensory feedback）和定制游戏平台（custom game platform）来提升玩家体验。
2.2 VR 游戏设计
2.2.1 VR 游戏的特点
VR 游戏有以下特点：
- Unique interactions（独特的交互方式）
VR 游戏或体验与传统游戏最大的不同是玩家可以用手、头部或者身体动作直接与虚拟世界互动，而不仅仅是按键或摇杆。 - First person perspective（第一人称视角）
VR 通常让玩家以第一人称视角进入虚拟世界，就像自己真的在其中，而不是在第三人称观察角色。 - Immersive locomotion（沉浸式移动）
玩家可以在虚拟环境中自由移动（通过手柄、脚步感应或跑步机等方式），让体验更真实、沉浸感更强。 - Haptic sensors（触觉传感器）
VR 控制器或其他设备可以提供触觉反馈，例如震动或力反馈，让玩家在虚拟世界的动作有真实的"感觉"。
2.2.2 原型设计
我们可以像之前 CPT208 的那样开展一次 VR 游戏开发。
- Prototyping（原型制作）：就是在开发前先做一个粗略的模型，用来测试你的想法是否可行。
- Visual prototype（视觉原型）：只是看效果，比如画面、物体形状等。
- User experience prototype（用户体验原型）：测试玩家的互动体验，比如操作感觉、动作流畅度。
- Functional prototype（功能原型）：测试游戏的基本功能是否能工作。
- Software prototype（软件原型）：开发一个初步的软件版本，可以运行但可能不完整。
2.2.3 减少VR引起的不适（VRSickness）
开发 VR 游戏需要注意减少VR引起的不适。
VRSickness / cybersickness（虚拟现实晕动症 / 网络晕动症）：当你在沉浸式虚拟环境中看到的视觉信息与内耳的平衡感受（前庭系统）不匹配时，会出现晕动症。
例如，你坐着不动，但VR中画面在快速移动，你的大脑会感知到"移动"，就会引发不适。
症状包括：
- Nausea（恶心）
- Dizziness（头晕）
- Headache（头痛）
- Eye strain（眼睛疲劳）
- Discomfort（不适）
- Fatigue（疲劳）
VR晕动症是采用VR技术的一个主要障碍，如果体验不舒服，玩家可能不愿意继续使用VR设备。
可能引起VR晕动症的因素有：
- Linear Acceleration（线性加速）
VR里突然加速或减速，比如奔跑、开车或快速移动，会让大脑感到不适，因为身体实际上没有移动，但视觉告诉你在移动。 - Rotation（旋转）
快速旋转视角（例如360°旋转、旋转平台）容易引起眩晕。 - Climbing（爬升）
爬楼梯、攀爬或上坡动作在VR中会产生错觉，引起平衡不适。 - Flying（飞行）
虚拟飞行或漂浮会导致视觉与前庭系统（平衡感受器）不一致。 - Crawling（爬行）
蹲下或爬行的动作，尤其是视角变化很大时，会增加晕动症风险。 - Colors with high saturation（高饱和度颜色）
少数情况下，强烈、闪烁或高饱和度的颜色可能增加视觉负担，引发轻微不适。 - Refresh rate（刷新率）
VR显示屏刷新率低（画面不流畅）会让视觉和身体感知不匹配，从而引起晕动症。 - Resolution（分辨率）
分辨率低或画面模糊会影响视觉信息，增加视觉疲劳和晕动感。
Disparity in apparent motion between the visual and vestibular stimuli（视觉与前庭感受运动不一致）
当眼睛看到的运动和内耳（前庭系统）感受到的运动不一致时，大脑会产生混乱，导致恶心、眩晕等症状。
这是VR晕动症最根本的原因：视觉告诉你在移动，但身体感受不到实际移动。
2.2.4 游戏测试（Playtesting）
游戏测试是一种在整个游戏设计过程中持续进行的活动，目的是了解玩家如何体验游戏。
核心是观察玩家的真实感受和体验，而不是技术问题或团队内部意见。
因此下列的活动都不是游戏测试。
- 内部设计讨论：团队自己玩游戏然后讨论功能（Internal Design Review）。
- 找程序错误：检查代码的 Bug 或缺陷（Quality Assurance / QA）。
- 可用性测试：分析鼠标移动、眼动、导航路径等数据（Usability Testing）。
2.2.4.1 Early Access（抢先体验 / 早期访问）
EA测试是游戏未完成时提供给玩家立即可玩的版本。
形式包括：
- Alpha access（内测早期版本）
- Alpha founding（付费参与早期版本的玩家）
- Paid alpha（付费抢先体验）
目的：让玩家体验未完成的游戏，并反馈改进意见。
例子：
- Minecraft
- Baldur's Gate III
- DayZ
- Don't Starve
- Mount & Blade II: Bannerlord
- Slay the Spire 2
2.2.4.2 具体步骤
- Recruiting Individuals to Test your Game
招募一些玩家来测试你的游戏。 - Running Playtesting sessions with said individuals
让这些玩家实际进行游戏测试。 - Observe the players interacting with the game
观察玩家与游戏的互动，包括操作习惯、困惑点等。 - Discuss with the players and obtain valuable feedback
与玩家讨论并收集有价值的反馈，用来改进游戏设计。
2.2.5 XR 开发
2.2.5.1 开发历史和技术挑战
早期各家公司都想建立自己的"封闭生态"（walled garden），自己开发硬件 + 软件。
ARKit 和 ARCore
- 2017 年，苹果推出 ARKit，谷歌推出 ARCore。
- 重大创新：Markerless Tracking（无需标记的跟踪），使数十亿智能手机都可以支持 AR。
- 优点：6DOF（六自由度）技术被缩小到"口袋级别"，用户手机就能体验。
- 缺点：iPhone 和 Android 不兼容，开发者必须为另一平台重写应用。
Microsoft MRTK（Mixed Reality Toolkit）
- 微软重点是 HoloLens。
- HoloLens 没有控制器，需要学习无按钮的交互方式。
- 优点：创造了 HoloLens 的"手势语言"（Language of Hands）。
- 缺点：MRTK 很依赖微软生态，要在 Android VR 上用会很困难。
Unity AR Foundation
- 优点：中间件（Middleware），一次写代码就能让 Unity 翻译成 ARKit（iOS）或 ARCore（Android）可用。
- 缺点：只能解决手机问题，没有解决 VR 头显平台（Oculus、Vive、Index）之间的不兼容。
为什么需要"USB 标准"？
N ( 游戏引擎 ) × M ( 硬件设备 ) = 开发者极度疲劳 N(游戏引擎)×M(硬件设备)=开发者极度疲劳 N(游戏引擎)×M(硬件设备)=开发者极度疲劳
意思是：每个游戏引擎都要对应多个硬件，开发者要安装不同 SDK 才能支持不同设备，非常麻烦。
例如：Quest 要安装 Oculus SDK，Vive 要安装 SteamVR，HoloLens 要安装 MRTK......
需求：每个头显都能讲同一种"通用语言"，避免重复开发。
2.2.5.2 OpenXR
OpenXR 就像"USB接口"一样，是 XR 设备（头显、控制器等）的通用标准接口。
这个标准提供了一种通用"语言"，可以让不同品牌的 XR 硬件都能使用同一套应用程序。
OpenXR 是开放标准，不需要付费，由 Khronos Group（同样管理 OpenGL、Vulkan 等标准的组织）维护。
就像电脑能识别任何 USB 鼠标，OpenXR 可以让游戏或应用识别任何支持的 XR 头显。
以前开发者要针对不同设备的具体按钮写代码（比如 Oculus 的 A 键），现在可以直接写"动作"（Action）逻辑，例如"用户想抓取东西"，OpenXR 会自动映射到不同硬件的按钮。
OpenXR 支持多种头显，包括 Meta Quest、HTC Vive、Valve Index，以及未来的原型设备。
2.2.5.3 Unity XR 插件管理（Unity XR Plug-in Management）
Unity 本身不会直接与硬件（VR/AR 头显）通信，而是通过一个系统来桥接 Unity 与硬件之间的交互。
调解器（The Mediator）：插件管理系统 (Unity XR Plug-in Management)就像一个中间人，负责协调 Unity 与各种硬件之间的通信。
将软件（Unity 项目）与硬件解耦。你不需要为每种头显写不同代码。
Unity 使用"Loader"（加载器）系统来识别和管理连接的硬件，而不是直接对硬件发指令。
工作原理：在运行时，插件管理系统检测当前连接的硬件，然后将 Unity 的 OpenXR 信号翻译成该设备能理解的操作。
因此我们的项目只需针对 OpenXR 标准开发，Unity 插件管理系统会自动处理不同头显的兼容问题，让项目保持整洁，这便是Unity XR插件管理的优势。
2.2.5.4 如何选择工具
每种硬件有自己的 SDK（软件开发工具包），直接写代码会被绑定到特定硬件上，因此我们需要选择合适的 SDK。
| 项目 | Unity XR Interaction Toolkit（通用型） | Meta XR SDK（专业型） |
|---|---|---|
| 理念 (Philosophy) | 纯 OpenXR 标准（开放、跨设备） | OpenXR + Meta 自有扩展（专门优化 Meta 设备） |
| 优点 (Pros) | 可以在所有头显上运行（跨平台） | 物理效果最好，支持"合成手"与"触碰"反馈，体验更逼真 |
| 缺点 (Cons) | 缺少针对特定平台的精细优化 | 对非 Meta 设备支持较差，优化主要针对 Meta 硬件 |
通用型工具适合跨设备开发，兼容性强，但体验可能不够精致。
专业型工具优化了特定硬件（Meta Quest）的体验，但其他设备不一定兼容。
选择工具取决于你的目标：
- 想要覆盖多种 VR 头显 → 选 Unity XR Toolkit
- 想要最大化 Meta Quest 的交互体验 → 选 Meta XR SDK