rustum 发表于 2023-3-7 18:40

HoloLens 2 应用开发流程笔记

笔者在 2020 年首次接触到 HoloLens 2 应用的开发,直到 2021 年开发出一个简单的 AR 程序,并作为一个会议论文的演示部分,着实为论文的成功接收立下了汗马功劳。若干年后的今天需要对会议论文进行扩刊,然而再次想要设计一个新的 HoloLens 2 应用时却发现此前的程序已荡然无存。蓦然回首,是似曾相似的陌生,是无可奈何,又要从头再来。因此,下决心把开发的细节记录下来,以备不时之需。在此分享给诸君,欢迎在留言区交流和讨论!
本文主要参考混合现实文档,使用 HoloLens 2 开发一个简单的 AR 应用。本文旨在通过一个简单的开发案例演示 HoloLens 2 应用的详细的开发流程,是开发复杂应用的基石。



Microsoft Hololens 2

安装工具

除了选择 Unity 游戏引擎进行开发,除此之外,用户还可以选择其它游戏引擎进行开发。
选择 Unity 开发项目,可以使用 Unity 的混合现实工具包的输入模拟来测试各种类型的输入交互,例如手势跟踪和眼动跟踪输入。 混合现实工具包 (MRTK) 是用于构建虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 的混合现实体验的跨平台工具包。
需要安装:
工具注释安装最新版本的 Windows 10 或 11通过 设置 > 更新&安全 > 对于开发人员` 在电脑上启用开发人员模式。安装 Visual Studio 集成开发环境安装 Visual Studio 2022 请确保安装以下工作负载:.NET 桌面开发 / 使用 C++ 的桌面开发 / 通用 Windows 平台 (UWP) 开发 / 使用 Unity 进行游戏开发HoloLens 2 仿真器使用可选仿真器可在没有 HoloLens 的情况下在 HoloLens 虚拟机映像上运行应用程序。应用开发举例

开发流程包括:

[*]为 Windows Mixed Reality 配置 Unity
[*]导入和配置资源
配置 Unity

首先,我们将新建 Unity 项目,并为该项目配置 Windows Mixed Reality 开发。 Unity 提供了一些特定于混合现实的行为,这些行为可以通过项目设置进行修改。
创建新的 Unity 项目


[*]启动 Unity Hub。



[*]在 项目 选项卡中,单击 新建项目。



[*]单击 新建项目 下面的下拉列表,然后选择你需要的编辑器版本。如下图所示,所使用的版本是 2021.3.16f1c1:



[*]确保所选模板为 3D Core。
[*]在 项目名称 框中,输入项目的名称,例如 stgae。
[*]在 位置 框中,单击文件夹图标,然后导航到要在其中保存项目的文件夹,然后选择它。 也可以新建一个文件夹。



[*]单击 创建项目,会在 Unity 中打开项目。




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切换生成平台


[*]在菜单栏中,选择 文件 > 生成设置。



[*]在 生成设置 窗口中选择 通用 Windows 平台。
确保以下设置处于以下选项:
设置选项体系结构ARM 64 位生成类型D3D 项目目标 SDK 版本已安装最新版本最低平台版本10.0.19041.0Visual Studio 版本已安装最新版本生成和运行位置本地设备生成配置发布(调试存在已知性能问题)选择后,如下图所示:



[*]单击 切换平台 按钮,Unity 在切换平台时会显示进度栏。



[*]切换平台过程完成后,关闭 生成设置 窗口。
导入和配置资源

混合现实工具包是一个开源的跨平台开发工具包,可将其导入 Unity 混合现实项目中。 尽管可以在不使用该包的情况下创建 Windows Mixed Reality 应用,但建议利用它的组件和功能来加速开发。
导入 MRTK Unity 基础包

使用混合现实功能工具 (Mixed Reality Feature Tool) 将混合现实工具包导入项目:

[*]请从 Microsoft 下载中心下载混合现实功能工具 的最新版本。








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[*]下载完成可执行文件 MixedRealityFeatureTool.exe 后,然后使用它启动混合现实功能工具。
[*]在混合现实功能工具中,选择 启动。




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[*]选择 浏览 按钮(它是下图中的 三个点 按钮),导航到你的项目,然后将其打开。



[*]选择 发现功能。
注意:工具刷新源中的包时可能需要等待几秒钟。



[*]在 发现功能 页上,请注意有可用包组的列表。
[*]单击 混合现实工具包(0/10) 左侧的 + 按钮,然后选择 混合现实工具包基础 的最新版本。



[*]单击 平台支持(0/5) 左侧的 + 按钮,然后选择 混合现实 OpenXR 插件 的最新版本。


注意:Unity 2019 及之前的版本,其配置稍有不同,详见。


[*]点击 获取功能 后选择 验证 以验证所选的包。 系统应显示 未检测到任何验证问题。




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[*]选择 确定 关闭对话框,然后选择 导入。



[*]出现提示时,选择 批准 以将混合现实工具包添加到项目中。






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配置 Unity 项目

导入包后,系统将显示 MRTK 项目配置器。
如果未显示,可从 混合现实 > 工具包 > 实用程序 > 为 MRTK 配置项目 手动打开该配置器。



[*]在 编辑 >项目设置 > XR 插件管理 下:


首先,安装插件管理程序:


然后,确保位于 通用 Windows 平台 设置中,并且已选中 启动时初始化 XR 和 Windows Mixed Reality。


为 XR SDK 配置项目设置


[*]在 Unity 菜单中选择 编辑 > 项目设置,打开 项目设置 窗口,在窗口中,选择 XR 插件管理 > Windows Mixed Reality > 运行时设置,然后在 深度缓冲区格式 下拉列表中,选择 16 位深度:



[*]在 项目设置 窗口中,选择 播放机 > 发布设置,然后在 包名称字段中输入合适的名称;例如 stgae-hand。


创建场景并配置 MRTK


[*]在菜单栏中,选择 文件 > 新建场景。
[*]在 新建场景 窗口中,选择 基本(内置),然后单击 创建。



[*]在菜单栏中,依次选择 混合现实 > 工具包 > 添加到场景并配置。


混合现实工具包 设置会显示在检查器中。


在将 MRTK 添加到场景并对其进行配置后,以下两个新对象会被添加到 层次结构 窗口中:MixedRealityToolkit 和 MixedRealityPlayspace。


MixedRealityToolkit 对象包含工具包本身。 MixedRealityPlayspace 对象可确保在场景中正确管理头戴显示设备/控制器和其他必需系统。
主摄像机 对象成为 MixedRealityPlayspace 对象的子对象。 这使得游戏区域能够与 SDK 同时管理摄像头。

[*]在检查器中,验证配置文件下拉列表是否显示 DefaultMixedRealityToolkitConfigurationProfile:


然而,在 DefalutMixedRealityTookitConfigurationProfile 中会自动识别空间场景,绘制三角面片,同时也有手部渲染;而在 DefaultHoloLens2ConfigurationProfile 中无三角面片,但是也没有手部渲染。
下面通过新建 Profile 并进行配置来实现既渲染手,又不渲染空间面片。

[*]点击 复制并自定义配置。






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[*]Spatial Awareness 是空间扫描和生成三角面片,因此不用打开。



[*]Input 选择 DefaultMixedRealityInputSystemProfile,并克隆以便自定义手部骨架。

[*]复制 铰接手部跟踪 的配置可以设置手部的现实方式









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交互例子

ObjectManipulator 和 NearInteractionGrabbable 脚本支持 手部和运动控制器 输入模型的 直接操作 模态。 向对象附加脚本后,用户可以手来移动、缩放或旋转该对象。在本例中,我们将创建两个立方体,向它们附加必要的脚本,然后四处移动它们。
添加并调整第一个立方体


[*]右击场景名,选择 GameObject > 3D 对象 > 立方体。


立方体的默认大小为 1 m^2,这对我们来说太大了。 我们将它缩小到 20\times20\times20 cm^3。



[*]选择该立方体,然后在 Inspector 中将立方体的 Tranform/Scale 值更改为 X = 0.2, Y = 0.2, Z = 0.2。
立方体在场景中的默认位置为 (0,0,0)。 这意味着立方体与用户的头戴显示设备位于同一位置,用户无法看到立方体,直到他们向后移动。 我们将更改立方体的位置值,使它位于更便于查看的位置。


[*]在 Inspector 中,将立方体的 Tranform/Position 值更改为 X = -0.2, Y = 0.1, Z = 0.5。
我们希望能看到立方体的三个面,因此还会更改立方体的旋转。


[*]在 Inspector 中,将立方体的 Tranform/Rotation 值更改为 X = 9, Y = 14, Z = 0。


向立方体添加脚本

若要使对象在使用跟踪手时可抓取,必须附加三个组件:

[*]碰撞体组件(无需在此执行任何操作 - Unity 立方体默认已附加盒型碰撞体)
[*]对象操控器(脚本) 组件
[*]NearInteractionGrabbable(脚本)组件


[*]立方体仍然处于选定状态时,在 Inspector 窗口中,单击 Add Component 按钮,然后搜索并选择 Object Manipulator 脚本。


ObjectManipulator 脚本能够让对象变得可移动、可缩放和可旋转,这些操作可通过一只或两只手来实现。 添加 Object Manipulator 脚本时,系统会自动添加 Constraint Manager 脚本,因为前者依赖于后者。



[*]重复相同的步骤,向立方体添加 NearInteractionGrabbable 脚本。


通过 NearInteractionGrabbable 脚本,用户能使用模拟手来触碰和抓取附近的对象。
添加第二个立方体


[*]在 Hierarchy 中,右键单击立方体,然后选择 Duplicate。 系统显示复制的立方体,名称为 Cube (1)。




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[*]右键单击原始立方体,选择 Rename,然后将其命名为 NearCube。
[*]右键单击复制的立方体,选择 Rename,然后将其命名为 FarCube。


目前,Scene 视图中似乎只有一个立方体。 这是因为 NearCube 和 FarCube 的位置完全相同。 我们可以更改 FarCube 的位置和旋转。

[*]使 FarCube 仍处于选定状态,将其 Transform 组件中的值更改为:

[*]位置:X = 0.6, Y = 0.1, Z = 1.1
[*]旋转:X = 27, Y = 0, Z = 0



现在,摄像机能看到 NearCube 位于左侧,FarCube 位于右侧稍远处。 要确认这一点,请在 Hierarchy 中选择 Main Camera,然后在 Scene 窗口中查看 Main Camera 窗口。


在播放模式下抓取和移动立方体


[*]单击播放按钮。 项目开始播放时,视图切换到 Game 窗口。
[*]按空格键,使模拟右手显示在视图中。
[*]将模拟手朝 NearCube 移动,直到它触碰到立方体的一面或底部。
[*]单击鼠标左键(这会使手抓取立方体),然后在场景中拖动立方体。
[*]要抓取和移动 FarCube,我们将使用模拟手附带的远指针。


在 Unity 中生成应用程序


[*]在菜单栏中,选择 File > Build Settings...。



[*]在 生成设置 窗口中,单击 添加打开的场景 按钮,将当前场景添加到 生成中的场景 列表中 。
[*]单击 生成 按钮。
[*]在 Build Universal Windows Platform 窗口中,导航到希望用于存储生成的文件夹,或者新建一个文件夹并导航到它,然后单击 选择文件夹 按钮开始生成过程。


屏幕上将显示一个进度栏,表明生成的进展情况。


生成并部署应用程序

笔者在生成时遇到了一个问题 error MSB3774: 找不到 SDK“WindowsMobile, Version=10.0.19041.0”,通过该方法得到解决。


[*]生成过程完成后,Windows 文件资源管理器打开并显示该生成文件夹。 在文件夹内浏览并双击解决方案文件,这可在 Visual Studio 中将它打开:




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[*]为 HoloLens 配置 Visual Studio - 选择 Master 或 Release 配置以及 ARM64 体系结构:
[*]单击部署目标下拉菜单,然后执行下列操作之一:


如果要通过 Wi-Fi 进行生成和部署,请选择 远程计算机。

[*]设置远程连接:在菜单栏上,选择 项目 > 属性。



[*]在项目的 属性页 窗口中,选择 配置属性 > 调试。



[*]单击 要启动的调试器 下拉菜单,然后选择 远程计算机(如果尚未选择)。
[*]在 计算机名 字段中输入设备的 IP 地址。




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注意:需要在 HoloLens 中的 Holographic Remoting 远程连接调试程序查看 HoloLens 在局域网中的 IP 地址。

[*]将 身份验证模式 设置为 通用(未加密协议)。
[*]将 HoloLens 连接到计算机,然后在 Visual Studio 中执行以下操作之一:
[*]若要部署 HoloLens 并自动启用为附加 Visual Studio 调试程序的应用,选择 调试 > 开始执行(不调试)。 要部署 HoloLens,而不自动启动应用,选择 生成 > 部署解决方案。


配对设备


[*]首次将应用从电脑部署到 HoloLens 时,系统会提示输入 PIN。 创建 PIN:



[*]在 HoloLens 中,转到 设置 > 更新&安全 > 针对开发人员。
[*]选择 配对。这会显示 HoloLens 中的 PIN。



[*]在 Visual Studio 的对话框中输入该 PIN。
[*]完成配对后,在 HoloLens 中,选择 完成。
现在,你的电脑已与 HoloLens 配对,你可以自动部署应用。






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在 HoloLens 上运行应用

应用完成生成后,在 HoloLens 的 开始 菜单中找到你的应用的应用磁贴,然后选中它。




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完整演示视频见:HoloLens 2 应用演示
参考资料


混合现实文档: https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/mixed-reality/

选择引擎: https://learn.microsoft.com/zh-cn/windows/mixed-reality/develop/choosing-an-engine?tabs=unity

混合现实工具包简介 - 设置项目并使用手势交互: https://learn.microsoft.com/zh-cn/training/modules/learn-mrtk-tutorials/1-1-introduction

为 Windows Mixed Reality 配置 Unity: https://learn.microsoft.com/zh-cn/training/modules/learn-mrtk-tutorials/1-3-exercise-configure-unity-for-windows-mixed-reality

导入和配置资源: https://learn.microsoft.com/zh-cn/training/modules/learn-mrtk-tutorials/1-5-exercise-configure-resources?tabs=openxr

下载混合现实功能工具: https://aka.ms/MRFeatureTool

Unity 2019/2020 + windows xr 插件: https://learn.microsoft.com/zh-cn/training/modules/learn-mrtk-tutorials/1-5-exercise-configure-resources?tabs=winxr

Hololens 2直接获取并渲染手部位置(不渲染默认面片): https://blog.csdn.net/weixin_44510411/article/details/118051327

练习 - 向对象添加手部交互脚本: https://learn.microsoft.com/zh-cn/training/modules/learn-mrtk-tutorials/1-7-exercise-hand-interaction-with-objectmanipulator

打包Hololens2 VS error MSB3774: 找不到 SDK“WindowsMobile, Version=10.0.19041.0”解决办法: https://blog.csdn.net/Xiao_Chen____/article/details/121972547
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查看完整版本: HoloLens 2 应用开发流程笔记