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Leap Motion 之Unity 開發(fā)指南（一. 基本概念與制作手預(yù)制件）

來源：程序員人生發(fā)布時間：2016-07-20 09:10:19 閱讀次數(shù)：4912次

LeapMotion 之Unity開發(fā)指南（1.基本概念和手的預(yù)制件）

【敘言】

最近用Leap Motion + 國產(chǎn)的3Glass眼鏡構(gòu)建了房地產(chǎn)、數(shù)字礦山的1些利用，感覺這是很經(jīng)濟的1個VR架構(gòu)方案，比用Oculus和HTC的硬件要省錢很多，并且效果也不錯。

在行業(yè)VR利用中，其實重在培訓(xùn)教育、生產(chǎn)安全的仿真演練上，更多地通過1些UI互動、基礎(chǔ)性的手勢（比如開關(guān)裝備、拾起滅火設(shè)備等）來進行交互，這些其實不1定需要非常昂貴的激光定位裝備、復(fù)雜的硬件套件才可實現(xiàn)，而手勢辨認在未來也是1個趨勢。

所以將1些開發(fā)積累整理下來，希望不斷地能在這個領(lǐng)域中學(xué)習(xí)領(lǐng)會，終究能為行業(yè)客戶創(chuàng)造1些實用的價值。歡迎大家和我1起交換，QQ：115913892

1．安裝

1. 打開官網(wǎng)：https://developer.leapmotion.com/get-started

2. 先要下載和安裝LeapMotion的驅(qū)動程序

注：我買的是2代Leap Motion,所以在Win10下不支持V2 Desktop的開發(fā)驅(qū)動，選擇左面的。（注意是開發(fā)驅(qū)動，而非App利用）

我下載的最新版本是3.1.2，解壓后以下圖。

運行EXE文件，根據(jù)提示安裝驅(qū)動，實際上這將安裝了1個駐留程序在系統(tǒng)托盤中，并且生成1個自動啟動的系統(tǒng)服務(wù)Leap Service，在控制面板中可查看它，當遇到Leap Motion不工作，或托盤中圖標顯示黑色時，可檢查1下這個服務(wù)是不是正常。

驅(qū)動程序與LeapService通訊，讀取硬件層面3D攝像頭跟蹤的手勢數(shù)據(jù)，上層類的利用（如Unity，虛幻4，Java等）則與驅(qū)動程序（C++寫成）通訊。

安裝成功后，能看到LeapMotion兩個攝像頭和中間LED燈都正常亮起，表明處于工作狀態(tài)，這時候可用自動安裝的Leap App Home利用來測試1下，通過它還可下載1些官方的例子。

3. 下載準備好各類Unity包

到https://developer.leapmotion.com/unity下載所需的包。

其中CoreAssert是核心包，其他都是封裝好的各類功能包，在實戰(zhàn)篇中會介紹。

2．基本概念

1. 坐標系統(tǒng)

Unity使用左手坐標，LeapMotion使用右手坐標（所以，Z軸是相反的）。

Unity以米為單位，LeapMotion使用毫米。LeapMotion配備的Plugin腳本內(nèi)部對坐標系統(tǒng)進行了轉(zhuǎn)化，行將單位和坐標轉(zhuǎn)化為Unity的標準。

注意：在Unity中，1定要從LeapServiceProvider中取得Frame對象，否則在幀中的數(shù)據(jù)(TrackingData)將還使用Leap的坐標系統(tǒng)。LeapServiceProvider解析了Scaling,Rotation,Translation的變換.

2. 手勢跟蹤

LeapMotion使用了光學(xué)傳感器和紅外光組件。傳感器的FOV為150度。頂部0.03~0.06米為有效的跟蹤范圍。

最好的工作環(huán)境是可產(chǎn)生清晰的、高對照度對象輪廓的光照環(huán)境。

HMD模式下（頭盔綁定的模式），跟蹤算法被優(yōu)化成對不同的視角下辨認手勢（大概的意思多是，你頭盔多動動，辨認得更好1些），比放在桌面固定不動要更好1些。

3. 手（Hand Assert）

（1）表示方法

在預(yù)制件目錄下，分成圖形（圖元）和物理兩組腳本和預(yù)制件，可以用其中各1來組合表示手。這1處1定要理解，官方的Unity包里給了1些場景例子，可以研習(xí)1下。

從概念上手被辨別成Graphic和Physic兩種組件構(gòu)成，前1即是圖元，主要是顯現(xiàn)手的外觀，后1主要表現(xiàn)手的物理特性（如剛體、碰撞）。

也能夠沒有物理組件，這樣就不能產(chǎn)生物理特點了。

（2）創(chuàng)建手的方法

有幾種創(chuàng)建手的方法：

單獨創(chuàng)建手的不同部位，比如手掌、胳膊、手指；
創(chuàng)建綁骨骼的Mesh，驅(qū)動關(guān)節(jié)和骨骼來表示手的動作；
用腳本編寫來表示手的圖形（即完全用腳本來繪制）。

（3）1個例子

下圖是1個典型的手的例子，1個HandController下掛4個子對象，分別是圖元左右手，物理左右手。

3．創(chuàng)建你自己的手Prefab

注：隨著官方例子創(chuàng)建1個手，可能其實不是很實用，但有助于理解手的預(yù)制件和原理組成。

你可以創(chuàng)建類似于已提供的Unity包里的手預(yù)制件，用你自己的圖形來表示手，同時定制自己的手的行動（基于已提供好的代碼）。

我們要創(chuàng)建的這類手稱為“離散手預(yù)制件Discrete Hand Prefabs”，意思是手上每一個部位都是單獨的Game Object，都有其單獨的位置和方向信息。在Core assert 包里，機器人的手即是這樣的“離散預(yù)制件”。下面介紹了通過使用Unity自帶的幾何體（圓柱、圓）來創(chuàng)建Prefab。

每個圖形元素都放在1個空對象下。手和手指的腳本負責更新空對象的Transform。每一個圖元的Local Transform的位置和方位允從于父對象。
移除圖形手上的所有碰撞體，否則將引發(fā)RigidHand的碰撞反彈。
通常你不需要同時具有關(guān)節(jié)和骨頭。他們不是相互獨立的。本教程中我們同時將關(guān)節(jié)和骨頭加進模型中只是為了演示他們是如何工作的。
類似的，你的模型也沒必要同時具有掌骨和手掌。掌骨是被手掌包圍的，并且不能單獨地動作。本教程同時具有2者（為了演示）。
對手模型使用真實世界的尺寸。手和手指的腳本不能獨立辨認相干部位。整體的Scale被賦值成LeapHandController對象的scale（由于是必須掛在HandController下）
由于采取了非常抽象和對稱的設(shè)計，所以像在本教程中，能使用一樣的Prefab表示左手和右手。但大多數(shù)的模型還是應(yīng)使用不同的prefab表示左右手，這樣能更好地調(diào)劑Local Transform。

首先，我們需要創(chuàng)建1個手指的Prefab，并且使用它來創(chuàng)建手Prefab。

創(chuàng)建手指Prefab

1. 創(chuàng)建1個場景.

2. 新建1個空對象，命名KnobbyFinger

3. 創(chuàng)建骨頭

1)     新建1個空對象到KnobbyFinger下，命名Metacarpal (掌骨)

2)     新建1個Cylinder到Metacarpal，命名Tube.在創(chuàng)建你自己的手時，將此Cylinder替換為你自己的圖形對象（或Obejct）

3)     移除碰撞體組件，否則RigidHand碰撞體將會與它反彈。

4)     設(shè)置X Rotation為90。

（最好設(shè)置成Top視野來視察）

5)     將Tube X、Z的Scale設(shè)置成0.003（3毫米）。之所以這樣設(shè)置，是由于要使用帶皮膚的骨頭，真實的手指要更胖1些。

6)     設(shè)置Tube Y的Scale為0.034（34毫米）。這個決定了手指的長度。

尺寸必須使用真實世界的，轉(zhuǎn)化為米。Y的長度應(yīng)為68mm的1半，這是由于Cylinder是2個單位高。所以我們要Scale縮減50%。.

7)     復(fù)制Metacarpal，命名Proximal，Tube的 Y-Scale設(shè)置為0.02

8)     再復(fù)制Metacarpal，命名Intermediate，Tube的Y-Scale設(shè)置為0.01。

9)     再次復(fù)制Metacarpal，命名Distal，Tube的Y-Scale為0.007。

4. 創(chuàng)建關(guān)節(jié)

記住：你沒必要都需要骨頭和關(guān)節(jié)

1)     新建空對象到KnobbyFinger,取名MetacarpophalangealJoint（掌指關(guān)節(jié)）。

2)     新建1個圓到關(guān)節(jié)，取名Knob.

3)     移除碰撞體。

4)     將Knob所有的Scale設(shè)置成0.01（1厘米）.

5)     復(fù)制MetacarpophalangealJoint更名為ProximalinterphalangealJoint.

6)     復(fù)制MetacarpophalangealJoint更名為DistalinterphalangealJoint.

6. 增加SkeletalFinger 腳本組件到KnobbyFinger

7. 拖動每一個關(guān)節(jié)和骨頭到腳本中的相應(yīng)變量處。

具體以下：

Bones:

o  0 -Metacarpal

o  1 - Proximal

o  2 -Intermediate

o  3 - Distal

Joints:

o  0 - MetacarpohalangealJoint

o  1 -ProximalinterphalangealJoint

o  2 -DistalphalangealJoint

8. 將KonbbyFinger做成預(yù)制件。

創(chuàng)建手Prefab

（創(chuàng)建好手指Prefab后）

1. 創(chuàng)建空對象，取名KnobbyHand.

2. 增加SkeletalHand 腳本到 KnobbyHand.

3. 腳本變量Handedness設(shè)置成“Either.” (如果你的手是不對稱的，設(shè)置成 “Right” or “Left”.)

4. 拖動5個KnobbyFinger Prefab得手中，命名為：Thumb, Index, Middle, Ring, and Pinky.

5. 對每一個手指，設(shè)置Finger類型為相對應(yīng)的類型（SkelatalFinger腳本組件中）。

6. 拖動手指到KnobbyHand 的SkeletalHand 腳本中相應(yīng)的Fingers變量上.

Finger element order:

o  0 - Thumb

o  1 - Index

o  2 - Middle

o  3 - Ring

o  4 - Pinky

7. 拇指是特殊的，沒有Metacarpal. 因此，編輯Thumb，在bone數(shù)組中移除bone（ element 0 ） . 刪除Metacarpal子對象.

8. 增加手掌Add the palm:

如果沒有圖形元素，你可以在KnobbyHand的SkeletalHand腳本變量Palm，wrist，forearm先留為空白。手掌也可通過RigidHand來表示，如果你不使用palm，你可以修改RigidHand的副本，但要移除rigid body和collider。

1)    增加1個空對象到KnobbyHand.取名Palm.

2)    增加1個Cylinder到 Palm.取名 Disc.

3)    移除Collider.

4)    設(shè)置Disc的 scale為 (.085, .0015, .085)..

5)    拖動Palm到SkeletalHand腳本的Palm變量中

9. 增加手段:

1)    增加1個空對象到KnobbyHand，取名Wrist.

2)    增加1個圓到Wrist.取名 Ball.

3)    移除Collider.

4)    設(shè)置Ball的 scale為(.03, .03, .03).

5)    拖動Wrist到SkeletalHand腳本WristJoint變量中.

10. 增加胳膊

1)    增加1個空對象Arm.

2)    增加1個Cylinder：Rod.

3)    移除Collider.

4)    設(shè)置Rod的x rotation為： 90.

5)    設(shè)置Rod的scale為：(.02, .12, .02).

6)    拖動 Arm到SkeletalHand腳本的Forearm