摘要：針對(duì)高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)需求，文章分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的人才需求現(xiàn)狀， 并以Unity3DVR軟件程序員崗位為例，構(gòu)建了基于崗位技能需求的虛擬現(xiàn)實(shí)技能訓(xùn)練知識(shí)體系。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了涵蓋VR 場(chǎng)景搭建、用戶界面、動(dòng)畫與粒子特效、交互與腳本、性能優(yōu)化與發(fā)布等模塊的技能訓(xùn)練案例，并以Pico VR 頭戴設(shè)備為例，詳細(xì)闡述了VR島嶼探險(xiǎn)游戲的開發(fā)流程和技術(shù)要點(diǎn)。研究結(jié)果可為高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)和技能訓(xùn)練提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；技能訓(xùn)練；Unity3D

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2024）27-0136-03

0 引言

隨著新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR） 技術(shù)在教育、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。VR行業(yè)的蓬勃發(fā)展對(duì)技能型人才提出了迫切需求，也對(duì)高職院校的人才培養(yǎng)提出了新的挑戰(zhàn)。然而，目前高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)專業(yè)課程教學(xué)普遍存在技能訓(xùn)練不足、案例陳舊等問題，難以滿足行業(yè)對(duì)高素質(zhì)技能型人才的需求[1]。因此，構(gòu)建基于崗位需求的虛擬現(xiàn)實(shí)技能訓(xùn)練知識(shí)體系，并開發(fā)相應(yīng)的技能訓(xùn)練案例，對(duì)于提升高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。

1 基于崗位的人才需求分析

目前，現(xiàn)有的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人才培養(yǎng)還處于起步階段，教學(xué)內(nèi)容和形式往往與企業(yè)實(shí)際崗位需要脫節(jié)，尤其是缺少技能訓(xùn)練或者訓(xùn)練的案例相對(duì)陳舊或者不實(shí)用。為了使培養(yǎng)的人才能滿足企業(yè)發(fā)展的需要，需要在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)課程教學(xué)過程中基于崗位工作能力需求為基礎(chǔ)，任務(wù)為驅(qū)動(dòng)開展教學(xué)，培養(yǎng)以崗位職業(yè)技能能力需求為導(dǎo)向的虛擬現(xiàn)實(shí)高技能人才[2]。

為使人才培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際需求相匹配，高職院校虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)應(yīng)以崗位工作能力需求為導(dǎo)向。本研究通過行業(yè)調(diào)研和企業(yè)訪談，分析了虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)的人才需求狀況，并重點(diǎn)關(guān)注VR 軟件程序員崗位的職業(yè)能力要求[3]。研究發(fā)現(xiàn)，VR軟件程序員需要具備以下核心能力：熟練掌握C# 等編程語言；熟悉常見VR設(shè)備及SDK開發(fā)；熟練掌握Unity3D等虛擬引擎的開發(fā)使用；能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)的核心邏輯，包括用戶交互、物理模擬、動(dòng)畫控制等；熟悉軟件開發(fā)過程，具備現(xiàn)實(shí)工程項(xiàng)目的交互功能設(shè)計(jì)和研發(fā)、環(huán)境搭建、軟硬件平臺(tái)設(shè)施構(gòu)建與開發(fā)調(diào)試等基本能力。

2 技能知識(shí)體系

根據(jù) VR 軟件程序員崗位的核心能力要求，構(gòu)建了如圖1所示的知識(shí)體系。該體系涵蓋了Unity編輯器基礎(chǔ)、GameObject和組件、C#腳本語言、基礎(chǔ)操作、物理系統(tǒng)、動(dòng)畫系統(tǒng)、渲染與著色、用戶界面、音頻、地形系統(tǒng)、粒子系統(tǒng)、輸入系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)編程、腳本API、特定平臺(tái)的SDK的使用等核心知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)領(lǐng)域[4]。

3 綜合技能訓(xùn)練案例分析

Unity 3D引擎應(yīng)用開發(fā)主要有基于PC端、安卓端、頭戴 VR 眼鏡端等，本文分別以頭戴 VR 眼鏡端為例進(jìn)行技能訓(xùn)練案例設(shè)計(jì)。為了涵蓋Unity 3D主要知識(shí)點(diǎn)并針對(duì)Pico VR頭顯開發(fā)一個(gè)綜合案例，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的VR探險(xiǎn)游戲。這個(gè)案例將結(jié)合Unity中的多種技術(shù)和功能，同時(shí)考慮Pico VR設(shè)備的特點(diǎn)和限制，案例名稱為VR島嶼探險(xiǎn)游戲。游戲目標(biāo)為：玩家在一座神秘的島嶼上探險(xiǎn)，尋找隱藏的寶藏，避開危險(xiǎn)。

3.1 案例介紹

開始游戲后，玩家通過Pico手柄控制游戲玩家行走、跳躍、轉(zhuǎn)向等操作，在預(yù)設(shè)好的幾個(gè)場(chǎng)景中進(jìn)行漫游探險(xiǎn)尋寶。玩家先找到標(biāo)記著寶藏位置的藏寶圖，再尋找寶藏。游戲場(chǎng)景中隨機(jī)設(shè)有各種不同傷害值和傷害類型的陷阱，玩家需要小心避開。還可能會(huì)遇到守護(hù)寶藏的怪物，玩家需要戰(zhàn)斗或躲避它們。如果遭到傷害，會(huì)降低玩家的生命值，玩家需要注意自己的生命值狀態(tài)，如果生命值為0則玩家死亡，游戲失敗。每個(gè)場(chǎng)景為一不同級(jí)別的關(guān)卡，初始場(chǎng)景為第一級(jí)關(guān)卡，各場(chǎng)景中設(shè)有不同類型的寶物，玩家得到寶物，可以增加生命值或者技能等級(jí)，寶物類別是隨機(jī)的，可以是增加生命值的生命水、漫天花雨特效、免一次怪獸傷害的防御盾等，獲取關(guān)卡中所有寶物后通關(guān)，進(jìn)入下一關(guān)卡。功能流程圖如圖2所示。

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

1） 場(chǎng)景構(gòu)建：使用Unity的Terrain工具創(chuàng)建地形；使用Tree Creator工具和Paint Texture工具美化環(huán)境；利用ProBuilder或3D模型導(dǎo)入來創(chuàng)建建筑和其他物體。2） 光照與渲染：使用Lighting Window設(shè)置環(huán)境光和光源；應(yīng)用HDRP（高清渲染管線）或URP（通用渲染管線）以提高畫質(zhì)；使用Bloom效果增強(qiáng)光照效果，使用Reflection Probes捕捉和反射環(huán)境光線。3） 玩家控制：使用Character Controller或Rigidbody組件來控制玩家移動(dòng)；利用Pico XR SDK集成Pico控制器的支持；通過Input Tracking獲取頭部和手部追蹤數(shù)據(jù)。4） 交互與謎題：使用Raycast檢測(cè)玩家的視線方向，實(shí)現(xiàn)物品交互；利用Animator組件實(shí)現(xiàn)交互時(shí)的動(dòng)畫變化。5） 聲音系統(tǒng)：使用Audio Source組件播放背景音樂和音效；利用Spatial Audio實(shí)現(xiàn)3D立體聲效果。6） UI：使用Canvas創(chuàng)建用戶界面，顯示提示信息和游戲菜單；創(chuàng)建一個(gè)簡潔的菜單系統(tǒng)用于選項(xiàng)和退出游戲；顯示地圖信息，使用Text Mesh Pro制作高質(zhì)量的文字UI。7） 性能優(yōu)化：使用Level of Detail （LOD）減少遠(yuǎn)處物體的細(xì)節(jié)；使用Occlusion Culling減少不必要的渲染；使用Texture Atlases減少紋理抽樣次數(shù)。8） 腳本編寫：使用C#編寫腳本實(shí)現(xiàn)游戲邏輯；使用Coroutine 實(shí)現(xiàn)異步操作，如加載新場(chǎng)景或漸變效果；使用Events來同步不同游戲?qū)ο笾g的動(dòng)作。9） 場(chǎng)景管理：使用SceneManager加載不同的場(chǎng)景或區(qū)域；使用Streaming Assets來動(dòng)態(tài)加載大文件，如視頻介紹或過場(chǎng)動(dòng)畫。10） 發(fā)布與調(diào)試：使用Unity Profiler進(jìn)行性能分析，分析并解決性能瓶頸，使用Build Settings配置發(fā)布平臺(tái)；使用Pico XR SDK進(jìn)行打包和簽名；在PicoVR設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試。

3.3 設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.3.1 資源需求

在游戲開發(fā)前，要規(guī)劃好場(chǎng)景、準(zhǔn)備好項(xiàng)目所需資源，資源可以通過Asset Store下載或者導(dǎo)入3D Max 等制作的資源，項(xiàng)目場(chǎng)景及所需資源列表如表1所示。

3.3.2 Pico 端開發(fā)環(huán)境設(shè)置

這部分涉及的技能知識(shí)點(diǎn)是Pico VR開發(fā)，設(shè)置Pico端開發(fā)環(huán)境主要操作步驟如下。

步驟一：新建項(xiàng)目后，導(dǎo)入Pico SDK，在 PackageManager 窗口中，點(diǎn)擊 + > Add package from disk，選擇 package.json 文件并導(dǎo)入。步驟二：啟用 Pico XR 插件，在 Project Settings 窗口中，點(diǎn)擊XR Plug-in Man?agement > 安卓設(shè)置圖標(biāo)，勾選 Pico。步驟三：設(shè)置包名及版本號(hào)，在 Project Settings 窗口中，點(diǎn)擊左側(cè)導(dǎo)航欄處的 Player，在 Player 面板處，設(shè)置Company Name、Product Name 和 Version。步驟四：設(shè)置 Player 相關(guān)參數(shù)，設(shè)置應(yīng)用運(yùn)行所需的最低 Android SDK 版本為29，將 Scripting Backend 設(shè)置為 IL2CPP，將 Target Ar?chitectures 設(shè)置為 ARM64，并取消勾選ARMv7。步驟五：升級(jí) XR Interaction Toolkit 并導(dǎo)入示例文件。步驟六：添加 XR 攝像機(jī)，刪除原有默認(rèn)添加的 MainCamera，點(diǎn)擊 + > XR > XR Origin （VR），將 XR Origin 添加至場(chǎng)景。

3.3.3 游戲世界與環(huán)境搭建

這部分涉及的技能知識(shí)點(diǎn)有：場(chǎng)景創(chuàng)建與管理、地形系統(tǒng)、建筑物和環(huán)境、植被、光源系統(tǒng)、模型、紋理。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：搭建玩家島嶼探險(xiǎn)的游戲場(chǎng)景，使得玩家可以在一個(gè)廣闊的、充滿秘密的島嶼上自由探索。場(chǎng)景模擬自然島嶼，有山脈、河流、森林、動(dòng)植物、巖石等自然環(huán)境，有晴天、雨天、霧天等動(dòng)態(tài)天氣系統(tǒng)，還有各種場(chǎng)景環(huán)境中所需的模型。

游戲世界與環(huán)境搭建通常涉及從創(chuàng)建基本環(huán)境到完善細(xì)節(jié)的多個(gè)步驟，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：創(chuàng)建“初級(jí)關(guān)卡”“中級(jí)關(guān)卡”“高級(jí)關(guān)卡”三個(gè)場(chǎng)景；通過Asset Store 下載所需的模型、紋理和其他資源；使用Terrain系統(tǒng)分別在三個(gè)關(guān)卡場(chǎng)景創(chuàng)建不同的島嶼環(huán)境，包括森林、植被、山谷；使用水面著色器創(chuàng)建湖泊或河流；放置動(dòng)植物、巖石、怪物、寶物、木屋等到合適的位置，難度高的關(guān)卡放置的怪物容易對(duì)玩家造成傷害并且傷害值大；設(shè)置環(huán)境光的顏色和強(qiáng)度，添加太陽光模擬白天的效果，在需要的地方添加點(diǎn)光源或探照燈，營造出神秘或者強(qiáng)調(diào)的效果；加入天氣變化系統(tǒng)，模擬雨雪等效果；為場(chǎng)景中的對(duì)象分配合適的材質(zhì)，使用高質(zhì)量的紋理提升視覺效果，使用法線貼圖、凹凸貼圖等增加細(xì)節(jié)[5]。

3.3.4 玩家控制

這部分涉及的知識(shí)點(diǎn)有：角色控制器、剛體、碰撞體、碰撞檢測(cè)、Pico VR開發(fā)、UI、物理系統(tǒng)等。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)玩家控制相關(guān)的設(shè)置與操作，確保玩家能夠順暢地在游戲中移動(dòng)、互動(dòng)并完成任務(wù)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：案例游戲是第一人稱視角，XR 攝像機(jī)代表玩家，為XR 攝像機(jī)添加剛體組件Rigidbody、角色控制器組件Character Controller；設(shè)計(jì)直觀的UI 來顯示玩家的生命值和饑餓度，初始值分別為100和0；集成Pico XR SDK，編寫玩家控制腳本，比如：利用PicoVR設(shè)備的頭部追蹤功能，使玩家通過頭部轉(zhuǎn)動(dòng)來改變視角，使用手柄的搖桿來控制玩家角色的移動(dòng)。

3.3.5 用戶界面設(shè)計(jì)

這部分涉及的知識(shí)點(diǎn)有：Canvas、UI元素、布局、交互。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)四個(gè)場(chǎng)景中的菜單和交互元素，設(shè)計(jì)抬頭顯示信息，為玩家提供必要的提示信息，設(shè)計(jì)設(shè)置菜單，提升游戲的可用性和可玩性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：創(chuàng)建初始場(chǎng)景，在初始場(chǎng)景中創(chuàng)建游戲介紹按鈕、游戲設(shè)置按鈕、背景圖、開始游戲命令按鈕。創(chuàng)建游戲介紹面板，介紹游戲玩法。創(chuàng)建游戲設(shè)置面板，調(diào)整背景音樂音量、開關(guān)背景音樂；在各關(guān)卡場(chǎng)景中創(chuàng)建小地圖——藏寶圖，顯示所在場(chǎng)景島嶼的地圖，標(biāo)注出玩家當(dāng)前位置、寶藏位置、任務(wù)點(diǎn)等信息，創(chuàng)建背包面板，展示玩家擁有的物品。設(shè)計(jì)直觀的UI顯示任務(wù)提示，在玩家靠近可交互對(duì)象時(shí)顯示提示信息，指導(dǎo)玩家如何操作。設(shè)計(jì)游戲勝利、游戲失敗面板，在游戲勝利或失敗時(shí)，分別被顯示。

3.3.6 交互設(shè)計(jì)

這部分涉及的知識(shí)點(diǎn)有：Unity腳本基礎(chǔ)、常用類和結(jié)構(gòu)體、Pico VR開發(fā)、物理系統(tǒng)、UI、腳本控制粒子系統(tǒng)和動(dòng)畫系統(tǒng)、腳本控制粒子系統(tǒng)等。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：定義游戲中的行為、響應(yīng)玩家輸入以及控制游戲世界的狀態(tài)，對(duì)可交互的對(duì)象編寫交互邏輯，確保玩家能夠順暢地與游戲環(huán)境、角色和其他游戲元素進(jìn)行互動(dòng)。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下： 使用扳機(jī)鍵trigger與游戲世界進(jìn)行確認(rèn)、選擇、攻擊怪物、打開寶箱、展示信息面板、關(guān)閉信息面板、受到陷阱傷害、打怪獸、受到陷阱傷害、答謎題、顯示藏寶圖、觸發(fā)事件等交互，使用抓握鍵grip拾起寶物，按“a”鍵實(shí)現(xiàn)跳躍，使用物理引擎來檢測(cè)玩家與其他物體的碰撞并作出相應(yīng)的反應(yīng)。

3.3.7 添加音效

涉及的知識(shí)點(diǎn)有：音頻文件屬性、AudioListener、AudioSource、代碼控制音頻源。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：在場(chǎng)景中添加合理的背景音樂和音效，控制音效的播放，增強(qiáng)游戲的沉浸感和互動(dòng)性。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：給四個(gè)場(chǎng)景分別設(shè)置不同的背景音樂，設(shè)置背景音效屬性，比如自動(dòng)播放、循環(huán)播放、音量初始大小適中。編寫腳本來響應(yīng)游戲事件，觸發(fā)相應(yīng)的音頻播放。允許通過腳本修改聲音的音量等參數(shù)。除背景音效是自動(dòng)播放外，其他音效均由觸發(fā)播放，比如：擊打怪物時(shí)的音效、游戲勝利后播放的音效、游戲失敗后播放的音效、被怪物傷害后的音效、踩到陷阱后的音效。

3.3.8 添加動(dòng)態(tài)效果

涉及的知識(shí)點(diǎn)有：Animator Controller、AnimationClips、Animation、動(dòng)畫交互、粒子系統(tǒng)，shader編程。

設(shè)計(jì)目標(biāo)：為游戲?qū)ο筇砑觿?dòng)畫效果、粒子系統(tǒng)，添加動(dòng)態(tài)效果文字，增強(qiáng)游戲畫面動(dòng)態(tài)效果。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：在初始場(chǎng)景中利用shader創(chuàng)建彩虹流動(dòng)特效的歡迎文字，再添加一個(gè)循環(huán)播放的歡迎動(dòng)畫。在各關(guān)卡場(chǎng)景，給各怪獸添加死亡時(shí)的倒地動(dòng)畫、守護(hù)寶物時(shí)的巡視動(dòng)畫，給藏寶圖添加找到藏寶圖時(shí)徐徐展開的動(dòng)畫。編寫腳本來響應(yīng)游戲事件，觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)畫播放。給開啟寶箱時(shí)設(shè)置發(fā)光的粒子特效，持續(xù)5秒鐘。

這個(gè)案例涵蓋了Unity 3D的主要知識(shí)點(diǎn)，并特別考慮了Pico VR設(shè)備的特點(diǎn)。通過這個(gè)案例的開發(fā)，可以全面地了解Unity 3D在VR開發(fā)中的應(yīng)用，包括場(chǎng)景構(gòu)建、用戶界面、特效設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)等方面。

4 總結(jié)

本文分析了基于Unity3D的VR軟件程序員崗位所需的技能知識(shí)體系，并基于該知識(shí)體系設(shè)計(jì)了技能訓(xùn)練案例，有助于提升學(xué)生職業(yè)技能，使學(xué)生所學(xué)更好地與行業(yè)崗位需求銜接。同時(shí)，建議高職院?？梢酝ㄟ^多種方式提高學(xué)生職業(yè)技能，例如與 VR 企業(yè)的合作，共建 VR 教學(xué)資源庫和實(shí)訓(xùn)基地；鼓勵(lì)教師開發(fā)基于真實(shí)項(xiàng)目案例的VR教學(xué)內(nèi)容；組織學(xué)生參加VR 技能大賽，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：光文玲】

基金項(xiàng)目：江西省教育廳資助科研項(xiàng)目“基于移動(dòng)云計(jì)算的新一代信息技術(shù)技能訓(xùn)練平臺(tái)開發(fā)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：GJJ2204910）