使用Unity在HoloLens中实现《终结者》视觉HUD

詹姆斯·卡梅隆1984年的电影《终结者》引入了我们现在认为理所当然的许多科幻风格。其中最为持久的是热成像平视显示器（HUD），能让观众通过阿诺德斯瓦辛格的T-800角色看到世界。在设计圈里，它是被频繁用于学习借鉴及重制的经典用户界面设计之一。

本文将介绍如何使用Unity在HoloLens中重制这样的界面。您还可以将这个界面连接到微软认知服务，以对房间中的对象进行分析，加入面部识别，甚至是一些光学字符识别（OCR），来让这个教程更加有趣。您可以点击【阅读原文】查看本文中所有源代码并下载资源包。

重制UI

第一步要了解的是如何重制T-800热成像HUD显示器。首先在Unity中新建3D项目命名为“Terminator Vision”。新建“main”场景，添加HoloToolkit Unity包到项目中。本教程使用了HoloToolkit-Unity-v1.5.5.0.unitypackage。将该资源包导入Unity场景，在Unity编辑器菜单上依次点击HoloToolkit -> Configure，设置项目目标平台为HoloLens。

正确配置好Unity项目和场景后，下面为场景添加一个Canvas对象作为显示文本的界面。在层级视图中选中“main”场景点击右键，在弹出菜单中选择GameObject -> UI -> Canvas添加Canvas，重命名为“HUD”。

这个HUD还需要一些文本，所以下一步为HUD添加文本。在层级视图中，右键点击HUD对象，在弹出菜单中依次选择UI -> Text添加4个Text对象，分别命名为BottomCenterText、MiddleRightText、MiddleLeftText和MiddleCenterText。添加一些文本让UI风格与《终结者》电影中的UI更匹配，如上图所示的文字内容，MiddleRightText、MiddleLeftText和BottomCenterText的内容分别在HUD的右侧、左侧和下侧居中位置。

在场景视图中调整HUD周围的文本对象，直到与《终结者》电影的截图大体一致。MiddleCenterText暂时留空，稍后将用于显示调试信息。

为文本设置正确的字体和颜色也很重要，HUD中的大部分文字字体可能是Helvetica。默认情况下，Unity在Windows平台默认使用Arial字体，很接近Helvetica。将字体颜色设置为灰白色（236, 236, 236, 255），字体样式为粗体，大小为20。

HUD底部显示的“MATCH”字体为Heinlein，这也是电影中使用的字体。也可以使用另一种字体Modern Vision来模拟Heinlein。在Assets文件夹下新建文件夹Fonts，将所有自定义TTF字体文件拖拽到Fonts文件夹中。然后将字体赋给BottomCenterText的Font字段，或单击字体字段旁边的目标符号显示选择界面。此外，将“MATCH”的字体大小增加到32，比HUD中的其他文本稍大一点。

上图中”MATCH“的右侧显示了一个白色方块。要模拟此正方形，需要在HUD对象下新建一个InputFiled（UI -> Input Field），并将其命名为“Square“。删除默认文字，调整其大小和位置，直到与截图相匹配。

固定HUD位置

默认情况下，画布将被锁定在世界空间。但这里我们希望它可以像《终结者》电影中那样固定在屏幕空间。

在检视面板选择HUD画布查看其属性，来配置摄像机锁定视图。将画布的Render Mode字段值设为Screen Space - Camera。然后将Main Camera从层级视图拖至画布的Render Camera字段中，作为画布被锁定的相机视图。

HUD的Plane Distance初始设为1米。这是混合现实应用中HUD与脸部的距离。因为HoloLens是立体的，调整每个眼睛的视野直到视觉舒适。目前HoloLens的焦距是2米，所以平面距离（Plane Distance）至少应该设置为焦距大小。

为了方便起见，将平面距离（Plane Distance）设置为100。HUD对象上的所有内容将按照视野大小进行自动缩放。

请注意，将视觉内容锁定到相机视图的做法被称为“头锁”，通常在混合现实设计中不建议采用，因为可能导致视觉不舒适。相反，推荐做法是使用与玩家一起标记的“身体锁定”来创建混合现实中的HUD和菜单。本教程为了实现与电影一致的效果，暂且忽视该规则。

粉红世界

终结者视图应该是热成像视图，整个场景色调为热情的红色，下面使用着色器来实现该特效。

着色器可以用于改变图片效果，是一种高度优化的算法。可以添加一个带有红色畸变透明通道的着色器到场景，来创建这里的热视觉着色效果。

在虚拟现实应用中，虚拟环境是封闭的，所以可以使用RenderWithShader方法将着色器应用到摄像机上。该方法会将着色器应用到所有可见的游戏对象上。然而，在全息体验中不适用RenderWithShader方法，因为现实中的对象也需要进行畸变。

依次点击Unity编辑器菜单Assets -> Create -> Material新建材质。在着色器字段中，单击下拉菜单，找到HoloToolkit - > Lambertian Configurable Transparent。HoloLens应用首选着色器就是HoloToolkit附带的着色器。Lambertian Configurable Transparent着色器可选择红色，这里设为（200,43,38）。

为HUD对象新增Plane（3D Object -> Plane）命名为“Thermal”。然后将之前设置的Lambertian着色器拖至“Thermal”对象上。将平面旋转设置为270，并设置缩放为（100,1,100），以填满整个视图。

最后，如果不希望红色的着色影响文本，请将各Text对象的Z坐标设为-10。 这会将文本拉至HUD前方一点，所以它不受热视觉效果影响。

将项目部署到设备或模拟器，以查看Terminator Vision的效果。

让文本动起来

为了将HUD连接到认知服务（Cognitive Services），首先要策划一种使文本动态化的方式。本节含有大量代码，建议点击【阅读原文】查看代码进行学习。

选择HUD对象，然后在检视面板中，单击Add Component -> New Script新建脚本命名为“Hud”。双击Hud.cs在Visual Studio中编辑脚本。在脚本的顶部，创建四个公共变量：InfoPanel、AnalysisPanel、ThreatAssessPanel和DiagnosticPanel。它们将用于保存对项目中的Text对象的引用。

查看检视面板中的Hud组件，可以看到四个可以设置的新字段。将HUD文本对象拖到这些字段中，如下图：

在Start方法中，添加一些默认文本，以检测动态文本是否正常运行。

部署和运行Terminator Vision应用程序时，应该在Start函数中指定的新文本替代默认文本。现在设置System.Threading.Timer来确定扫描房间进行分析的频率。Timer类测量时间（以毫秒为单位）。它的第一个参数是回调方法。下面的代码将每30秒钟调用一次Tick方法。Tick方法又将调用AnalyzeScene，AnalyzeScene将使用内置的彩色摄像机（称为可定位摄像头）来拍摄终结者眼前的景象，并将其发送到认知服务进一步分析。

Unity访问定位摄像机的方式与访问任意网络摄像机相同。这涉及到创建照片捕捉实例的一系列调用，配置摄像机，拍照并将其保存到设备。在该过程中还可以加入终结者风格的消息，发送到HUD以指示进度。

如果成功拍摄并保存了照片，就可以获取该照片，将其序列化为字节数组，并发送到Cognitive Services以检索描述房间的标签数组。最后，处理照片捕捉对象。

为了进行REST调用，要使用Unity WWW对象。还需通过Unity协同程序进行调用，以免阻塞调用。 可以通过注册获得免费的订阅密钥来使用Microsoft Cognitive Services API。

计算机视觉标记功能是检测照片中对象的一种方法。 它也可以用在像这样的应用程序中进行即时对象识别。

当调用认知服务返回JSON数据时，可以使用JsonUtility将数据反序列化为名为AnalysisResult的对象。使用JsonUtility时需要注意，它只适用于字段，而不适用于属性。如果对象类有getter和setter，JsonUtility将不会对其进行处理。

现在运行应用程序，它会每30秒更新一次HUD，并显示关于您房间的信息。

为了让应用程序更加功能化，还可以添加OCR功能。该服务将挑选它所发现的任何单词，并为终结者更新显示。它还会尝试确定其找到的任何单词的原文，以用于进一步分析。

总结

这篇文章讲解了如何利用Unity在HoloLens中重现标志性科幻电影中的炫酷视觉效果。并介绍了如何从Unity调用Microsoft Cognitive Services，以进一步接近电影效果。

您可以使用通过OCR找到的文本以及Translator API，调用Cognitive Services将其翻译为另一种语言，进一步扩展Terminator Vision应用的功能。还可以使用Bing Speech API以原始语言和翻译语言两种方式朗读文本。

请点击【阅读原文】访问Unity官方中文社区(forum.china.unity3d.com）查看Terminator Vision的源代码。

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