混合现实（Mixed Reality，简称MR）是这两年越来越火的技术方向。随着Apple Vision Pro的发布和Meta Quest系列的普及，MR/VR设备越来越多地进入消费者和企业市场，MR开发也成了一个热门的技术方向。

但MR开发和传统的软件开发不太一样，它涉及到3D渲染、空间感知、手势交互、眼动追踪、空间音频等很多特殊的技术，配置起来也比较复杂。很多初学者刚接触MR开发的时候，会被各种配置项搞得晕头转向。

这篇文章就来详细讲解MR混合现实开发的配置，从基础的环境搭建，到高级的功能配置，一步步带你入门MR开发。

什么是混合现实

在开始配置之前，先简单了解一下什么是混合现实。

混合现实（Mixed Reality）是虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的结合，它把虚拟物体和真实世界融合在一起，让用户既能看到真实世界，又能看到叠加在真实世界上的虚拟物体，并且可以和这些虚拟物体进行交互。

和VR不同，VR是完全沉浸在虚拟世界里，看不到真实世界。和AR不同，AR是把虚拟信息叠加在真实世界上，但虚拟物体和真实世界没有深度交互，只是简单的叠加。MR则是虚拟物体和真实世界深度融合，虚拟物体可以和真实世界的物体发生遮挡、碰撞、交互，就像真实存在一样。

MR设备主要有两类：一类是透视式（Video See-through），比如Apple Vision Pro、Meta Quest 3，用摄像头捕捉真实世界，然后和虚拟画面合成后显示在屏幕上。另一类是光学透视式（Optical See-through），比如Microsoft HoloLens，用半透明的镜片，用户可以直接看到真实世界，虚拟物体通过光学系统投影到镜片上。

MR开发的主流平台是Unity和Unreal Engine，其中Unity用得更多，因为它对MR的支持更好，生态更完善，MRTK（Mixed Reality Toolkit）工具包就是Unity的。这篇文章主要讲基于Unity的MR开发配置。

基础配置：环境搭建

MR开发的第一步，是搭建开发环境。

硬件要求

MR开发对电脑的配置要求比较高，因为要处理3D渲染和实时视频合成。推荐配置：

CPU：Intel i7或AMD Ryzen 7以上，多核性能强的CPU。 显卡：NVIDIA GTX 1060以上，推荐RTX 3060以上，显存至少6GB。如果是开发Vision Pro，因为用的是Metal，Mac电脑也可以，但Mac的显卡性能一般，复杂场景可能会卡。 内存：至少16GB，推荐32GB。MR开发的Unity项目比较吃内存。 硬盘：至少256GB空闲空间，推荐SSD，Unity项目和构建产物很占空间。 系统：Windows 10/11（64位），或者macOS 13+（开发Vision Pro需要）。

除了开发电脑，还需要MR设备。如果是开发HoloLens，需要HoloLens 2设备。如果是开发Quest，需要Quest 2/3设备。如果是开发Vision Pro，需要Vision Pro设备，或者至少有一台Mac来做模拟器开发。

如果没有设备，也可以用模拟器开发，但模拟器的体验和真机差很多，很多功能（比如手势追踪、空间映射）在模拟器上无法测试，最终还是需要真机验证。

软件安装

需要安装的软件：

  1. Unity Hub和Unity编辑器。MR开发推荐用Unity 2022 LTS或者2021 LTS版本，不要用太新的版本，因为MRTK和各种插件可能还不支持。安装Unity的时候，要勾选对应的构建模块：

- 开发HoloLens：勾选Universal Windows Platform Build Support。 - 开发Quest：勾选Android Build Support（包括Android SDK & NDK Tools、OpenJDK）。 - 开发Vision Pro：需要Unity 2022.3.7以上版本，勾选visionOS Build Support（需要单独安装）。

  1. Visual Studio 2022。用来写C#脚本和调试UWP应用。安装的时候要勾选"使用Unity的游戏开发"工作负载，以及"通用Windows平台开发"工作负载（开发HoloLens需要）。
  1. 设备对应的SDK和工具：

- HoloLens：需要Windows 10/11 SDK，Visual Studio会自动安装。 - Quest：需要Meta Quest Developer Hub，用来管理设备、安装应用、调试。Android SDK和NDK在安装Unity的时候会一起安装。 - Vision Pro：需要Xcode 15+（Mac上），以及Apple Developer账号。

  1. 版本控制工具：Git，用来管理项目代码。

安装完这些基础软件之后，就可以开始创建MR项目了。

基础配置：创建Unity项目

打开Unity Hub，创建一个新的3D项目。注意不要用URP或者HDRP模板，MRTK对内置渲染管线的支持最好，URP支持也可以但配置更复杂，HDRP在MR设备上性能太差不推荐。

创建好项目之后，需要导入MRTK工具包。

MRTK（Mixed Reality Toolkit）是微软开源的MR开发工具包，提供了大量的预制件、脚本、交互组件，能大大简化MR开发。MRTK有两个版本：MRTK 2（稳定版，支持HoloLens、Quest等）和MRTK 3（新版，架构更现代，但还在快速迭代中）。初学者推荐用MRTK 2，文档更完善，教程更多，稳定性更好。

导入MRTK的方法：

  1. 在Unity的Package Manager里，添加MRTK的包。可以用Git URL添加，也可以下载Unity包手动导入。
  2. 导入MRTK Foundation、MRTK Standard Assets、MRTK Examples等核心包。
  3. 导入之后，Unity会弹出MRTK的配置窗口，引导你完成项目配置。

MRTK配置窗口会帮你做这些事情：

  • 切换项目的构建平台（UWP/Android/visionOS）。
  • 配置XR插件管理。
  • 设置相机和输入系统。
  • 配置空间感知、手势交互等功能。

按照配置窗口的引导，一步步完成配置。配置完成之后，项目就具备了MR开发的基础环境。

基础配置：相机和输入系统

MR项目中，相机和输入系统是最基础的配置。

相机配置

MR设备的相机和普通的3D相机不一样，它需要处理立体渲染（左右眼分别渲染）、头部追踪、透视合成等。MRTK会自动帮你配置好相机，但你需要了解一些关键参数。

MRTK的相机预制件是MixedRealityCameraParent，里面包含了相机、头部追踪、位移等组件。把这个预制件拖到场景里，替换掉默认的Main Camera。

相机的关键参数：

  • 近裁剪面（Near Clip）：MR设备的近裁剪面要设置得比较近，一般0.1米左右，这样虚拟物体离得近的时候不会被裁掉。
  • 远裁剪面（Far Clip）：根据场景需要设置，一般不要太远，否则影响性能。
  • 清除标志（Clear Flags）：透视式MR设备（Quest、Vision Pro）用Solid Color，背景设为黑色，这样真实世界的视频会透过来。光学透视式设备（HoloLens）也是黑色背景。
  • 立体渲染模式：根据设备设置，Single Pass Instanced是性能最好的模式，推荐使用。

输入系统

MR设备的输入方式很多，包括手势追踪、手柄、眼动追踪、语音输入等。MRTK提供了统一的输入系统，能屏蔽不同设备的差异，用一套代码支持多种输入方式。

MRTK的输入系统配置：

  • 输入提供者（Input Data Providers）：在MRTK配置文件里，添加对应的输入提供者。比如HoloLens的手势输入、Quest的手柄输入、OpenXR的标准输入等。
  • 手势配置：配置支持的手势类型，比如捏合（Pinch）、手掌（Palm）、握拳（Fist）等。MRTK提供了手势预制件，可以可视化手势。
  • 指针配置：配置指针类型，比如手部射线指针（Hand Ray）、视线指针（Gaze Pointer）、鼠标指针等。指针是用户和UI交互的主要方式。
  • 输入动作映射：把输入映射到具体的动作，比如选择、导航、菜单等。

配置好输入系统之后，就可以在场景里添加可交互的物体了。MRTK提供了很多交互组件，比如Button、Slider、Manipulator（可拖拽物体）、Bounding Box（物体边界框）等，这些组件都支持手势和手柄交互，不需要写太多代码。

基础配置：空间感知

空间感知（Spatial Awareness）是MR的核心功能之一，它让设备能够感知真实世界的环境，包括平面、网格、物体等，这样虚拟物体才能和真实世界正确地交互，比如放在桌面上、被墙挡住等。

MRTK的空间感知配置：

  1. 在MRTK配置文件里，启用Spatial Awareness功能。
  2. 配置空间感知提供者：根据设备选择对应的提供者，比如HoloLens的Spatial Mesh Observer、OpenXR的平面检测等。
  3. 配置观察参数：

- 观察范围（Observation Extents）：设备周围多大范围内的空间会被感知，一般5米左右。 - 更新间隔（Update Interval）：空间网格多久更新一次，更新太频繁影响性能，太慢则不够实时。 - 网格精度（Mesh LOD）：空间网格的精度，高精度网格更准确但性能差，低精度网格性能好但不够准确。

  1. 配置平面检测：检测真实世界中的平面，比如地面、桌面、墙面，用来放置虚拟物体。可以配置平面的大小阈值、法线方向等。
  1. 配置网格显示：可以选择是否显示空间网格，调试的时候显示网格方便查看空间感知的效果，发布的时候一般隐藏网格。

配置好空间感知之后，就可以在场景里使用空间数据了。比如用平面检测找到桌面，然后把虚拟物体放在桌面上；用空间网格做碰撞检测，让虚拟物体不会穿过真实的墙。

基础配置：UI和交互

MR应用的UI和传统的2D UI不一样，它是3D空间中的UI，用户需要用手势或视线来交互。MRTK提供了一套完整的UI组件，能快速搭建MR界面。

常用的MRTK UI组件：

  1. Button（按钮）：MRTK的按钮支持按压、悬停、选中状态，有3D按压效果。可以绑定点击事件，响应用户操作。按钮有很多样式，比如圆形按钮、方形按钮、图标按钮等。
  1. Slider（滑块）：用来调节数值，比如音量、亮度等。支持手势拖拽。
  1. Toggle（开关）：用来切换状态，比如开关某个功能。
  1. 面板（Panel）：用来组织UI元素，可以是固定在空间中的面板，也可以是跟随用户的面板。MRTK提供了近距交互面板和远距交互面板。
  1. 手菜单（Hand Menu）：跟随手掌的菜单，用户抬起手掌就能看到菜单，方便快捷操作。
  1. 跟随菜单（Follow Menu）：始终跟随用户视线的菜单，用户转头它也跟着转，始终在用户视野内。
  1. 可交互物体（Manipulator）：给3D物体添加交互组件，用户可以用手势拖拽、旋转、缩放物体。有Object Manipulator和Bounds Control两种常用组件。
  1. 语音输入（Speech Input）：MRTK支持语音命令，用户可以用语音来操作应用。配置关键词和对应的动作，用户说出关键词就会触发对应的动作。

配置UI的注意事项：

  • UI的大小和距离要合适，太远太小用户看不清，太近太大用户看不全。一般UI放在用户前方1-2米处，大小根据内容调整。
  • 交互区域要足够大，方便用户点击，太小的按钮用户很难准确点击。
  • 提供视觉反馈，按钮按下的时候要有效果，让用户知道操作成功了。
  • 考虑单手操作和双手操作，尽量支持单手操作，方便用户使用。

高级配置：性能优化

MR应用对性能要求很高，因为要实时渲染左右眼两个画面，还要处理空间感知、手势追踪、视频合成等。性能不好的话，会出现卡顿、延迟，导致用户眩晕，体验很差。

MR应用的性能优化是一个大话题，这里讲几个关键的优化点。

渲染优化

  1. 控制Draw Call：Draw Call太多会导致CPU瓶颈。用批处理（Batching）减少Draw Call，静态物体用Static Batching，动态物体用GPU Instancing。合并材质，减少材质数量。
  1. 控制多边形数量：MR设备的GPU性能有限，场景的多边形总数要控制。一般建议每个眼睛的多边形不超过10万。用LOD（Level of Detail）技术，远处的物体用低精度模型。合并网格，减少物体数量。
  1. 控制纹理大小：纹理太大会占用显存和带宽。用合适大小的纹理，不要用比需要大的纹理。用纹理压缩，比如ASTC格式。开启mipmap，远处的物体用小纹理。
  1. 用简单的着色器：复杂的着色器（比如PBR、多光源）会增加GPU负担。MR应用推荐用简单的着色器，比如MRTK提供的标准着色器，支持光照但性能较好。尽量减少实时光源，用光照贴图（Lightmap）代替。
  1. 控制填充率：避免大量的透明物体重叠，导致过度绘制（Overdraw）。透明物体的渲染开销很大，尽量少用。

应用优化

  1. 控制帧率：MR应用的目标帧率是设备的刷新率，HoloLens是60fps，Quest是72/90/120fps，Vision Pro是90fps。帧率不够会导致眩晕。用固定帧率模式，不要用垂直同步。
  1. 优化脚本性能：避免在Update里做耗时操作，比如大量的计算、字符串拼接、GC分配。用对象池减少GC。用事件驱动代替轮询。
  1. 异步加载：场景切换、资源加载用异步方式，不要阻塞主线程，避免卡顿。
  1. 合理使用空间感知：空间网格的更新和渲染很耗性能，不需要的时候关闭空间感知，或者降低更新频率和网格精度。
  1. 优化物理：物理模拟很耗性能，尽量减少刚体和碰撞体的数量。不需要物理的物体不要加刚体。用层碰撞矩阵，减少不必要的碰撞检测。

特定设备优化

不同的MR设备，性能特点不一样，需要针对性优化。

HoloLens 2：性能相对较弱，特别要注意多边形数量和Draw Call。HoloLens是光学透视，黑色是透明的，所以尽量用深色背景，不要用大面积的白色，否则会显得很亮，不真实。

Quest 3：性能比HoloLens好，但还是要注意。Quest是透视式，用视频透视，需要处理摄像头视频。Quest的手柄追踪比手势追踪更稳定，优先支持手柄。

Vision Pro：性能最强，支持眼动追踪和手势追踪。Vision Pro的显示分辨率很高，要注意纹理质量。眼动追踪可以用来做注视点渲染（Foveated Rendering），只在用户注视的区域渲染高精度，其他区域低精度，大大提升性能。

高级配置：眼动追踪

眼动追踪（Eye Tracking）是高端MR设备的特色功能，HoloLens 2和Vision Pro都支持。眼动追踪可以知道用户在看什么，用来做交互和优化。

眼动追踪的配置：

  1. 在MRTK配置文件里，启用Eye Tracking功能。
  2. 配置眼动追踪数据提供者，根据设备选择对应的提供者。
  3. 在Player Settings里，启用眼动追踪权限。HoloLens需要在Package.appxmanifest里声明眼动追踪权限。Vision Pro需要在Info.plist里声明。
  4. 用户第一次使用的时候，需要做眼动校准，设备会引导用户完成校准。

眼动追踪的应用场景：

  1. 注视点交互：用户看着某个物体，然后用手势或语音确认，就可以选中这个物体。这种交互方式比用手射线更自然，更省力。
  1. 注视点渲染（Foveated Rendering）：只在用户注视的中心区域渲染高精度，周边区域渲染低精度，大大提升渲染性能。这是高端MR设备常用的优化技术。
  1. 注意力分析：分析用户的注视点，知道用户对什么内容感兴趣，用来优化UI布局和内容设计。比如用户长时间看某个按钮，说明这个按钮可能有问题，或者用户感兴趣。
  1. 自动隐藏UI：用户看着UI的时候UI显示，不看的时候UI自动隐藏，减少干扰。

眼动追踪的注意事项：

  • 眼动追踪有精度限制，不是100%准确，不要用来做精确的选择操作。
  • 要考虑没有眼动追踪的设备，提供降级方案，比如用手射线代替。
  • 注意隐私，眼动数据是敏感数据，要明确告知用户，不要未经允许收集和上传。

高级配置：空间音频

空间音频（Spatial Audio）是MR体验的重要组成部分，它让声音有空间感，用户能听出声音来自哪个方向、多远，大大增强沉浸感。

Unity的空间音频配置：

  1. 在Audio Settings里，把空间音频插件设置为设备对应的插件。HoloLens用MS HRTF，Quest用Oculus Spatializer，Vision Pro用Apple Spatial Audio。
  1. 给Audio Source组件启用Spatialize选项，把3D Sound Settings设置好，包括体积曲线、衰减模式、多普勒等级等。
  1. 用Audio Mixer管理音频，把不同类型的声音（语音、音效、背景音乐）分到不同的组，方便控制音量和效果。

空间音频的注意事项：

  • 不是所有声音都需要空间音频，UI提示音、背景音乐可以用2D音频。
  • 空间音频的计算有性能开销，不要同时播放太多空间音频。
  • 不同设备的空间音频效果不一样，要在真机上测试调整。

高级配置：多平台支持

如果你的MR应用需要支持多个平台（HoloLens、Quest、Vision Pro），需要做一些配置来支持多平台。

多平台支持的策略：

  1. 用抽象层隔离平台差异：定义一套统一的接口，每个平台实现自己的版本。比如空间感知接口、手势接口、眼动追踪接口，不同平台有不同的实现，但上层代码调用统一的接口。
  1. 用条件编译：用C#的预处理指令，根据平台编译不同的代码。比如#if WINDOWSUWP里写HoloLens特有的代码，#if UNITYANDROID里写Quest特有的代码。
  1. 用Assembly Definition：把不同平台的代码分到不同的程序集里，根据平台引用对应的程序集，避免编译错误。
  1. 场景分离：不同平台的场景差异大的话，可以做多个场景，每个平台一个场景，共享核心逻辑。
  1. 构建配置：用Unity的Build Profiles或者CI/CD工具，自动化不同平台的构建流程。

多平台支持会增加开发和测试的复杂度，要根据实际需求决定是否需要。如果只是针对一个平台开发，就不需要做这些复杂的配置。

常见问题和坑

MR开发中，有一些常见的问题和坑，提前提醒一下。

第一个坑：性能问题导致眩晕。MR应用最忌讳的就是卡顿和延迟，会导致用户眩晕。一定要重视性能优化，在真机上测试帧率，确保达到目标帧率。不要只在编辑器里测试，编辑器的性能和真机差很多。

第二个坑：空间感知不准确。不同环境下，空间感知的效果不一样，光线暗、反光表面、空旷房间等情况下，空间感知可能不准确。要在各种环境下测试，做好容错处理，空间感知失败的时候要有降级方案。

第三个坑：手势识别不稳定。手势追踪受光线、手部遮挡、背景等因素影响，可能不稳定。不要设计需要精确手势的操作，提供手柄、语音等替代交互方式。给用户清晰的视觉反馈，让用户知道手势是否被识别。

第四个坑：UI位置和大小不合适。UI放得太远太小，用户看不清；放得太近太大，用户看不全；放的位置不对，用户找不到。要在真机上反复测试UI的位置和大小，确保用户能方便地看到和操作。

第五个坑：忽略用户舒适度。MR应用要考虑用户的舒适度，不要设计需要用户长时间抬头、低头、转身的操作，不要设计快速移动的画面（会导致眩晕），不要设计太亮太闪的画面。要让用户舒适地使用应用。

第六个坑：没有做好错误处理。MR设备的各种传感器可能会失效，比如追踪丢失、空间感知失败、手势识别失败。要做好错误处理，在传感器失效的时候给用户提示，提供恢复方法，不要让应用崩溃或者无响应。

写在最后

MR混合现实开发是一个很有前景的方向，随着设备的普及和性能的提升，MR应用会越来越多。但MR开发也确实比较复杂，涉及到很多特殊的技术和配置，需要花时间学习和实践。

这篇文章从基础的环境搭建，到高级的性能优化、眼动追踪、空间音频，讲解了MR开发的主要配置点。希望能帮你快速入门MR开发，少走弯路。

但MR技术发展很快，新的设备、新的工具、新的API不断出现，这篇文章里的内容可能会随着版本更新而变化。最重要的是掌握核心概念和方法，然后在实践中不断学习和更新。

如果你对MR开发感兴趣，建议先从一个简单的小项目开始，比如在场景里放一个可交互的3D物体，能拖拽、能点击，然后逐步增加功能。在实践中学习，比单纯看文档和教程效果好得多。

MR是一个充满想象力的领域，它能把数字世界和真实世界融合在一起，创造出很多全新的体验。希望这篇文章能帮你打开MR开发的大门，创造出有趣的MR应用。

有什么问题欢迎交流，一起学习进步。