摘 要

虚拟现实、增强现实等介导现实技术一直以来就是业界研究的重点。近些年来虚拟现实、增强现实技术都有了长足的进步，微软发布的HoloLens设备是对传统的VR、AR技术的一次重大突破，并在此基础上提出了混合现实(MR)技术。通过HoloLens，开发人员可以开发出完全脱离现实的VR应用，也可以开发为真实场景添加数字内容的AR应用或者根据识别的用户真实环境构造MR应用。

本文以微软最新的HoloLens混合现实穿戴式设备作为研究对象，以Unity软件和HoloLens模拟器为主要研究工具，对当今前沿的虚拟现实、增强现实和混合现实技术进行比较探究，并且设计了演示程序。本文做了以下工作：

1. 分析HoloLens的技术特点，研究分析了HoloLens的软硬件平台。
2. 针对三维模型的建立，研究了Kinect三维建模和HoloLens的三维重建原理，并且对比了各种三维建模软件的优劣。
3. 最后结合Unity三维建模软件进行建模和脚本设计，设计出适合教室学习的全息显示方案和增强现实教学系统。

关键词：混合现实；HoloLens；Unity；教学系统

Abstract

Virtual reality,augmented reality and other mediate reality have always been the focus of industry research.In recent years,virtual reality and augmented reality have made great progress,and HoloLens,the equipment of Microsoft has been released is a great breakthrough in terms of traditional VR and AR technology.On this basis,Microsoft puts forward the concept of mixed reality(MR).With HoloLens, developers can develop out-of-the-box VR applications, develop AR applications that add digital content to real scenes, or construct MR applications based on the authenticated user's real environment.

In this paper,Microsoft Hololens mixed reality device is chosen to be the research object,with Unity software and HoloLens Emulator as the main research tool to explore the forefront of the current augmented reality and mixed reality,and design the demo.The works of the paper are follows:

1. Analyze the technical characteristics of HoloLens, and study the software and hardware platform of HoloLens.
2. In view of the establishment of three-dimensional model, the three-dimensional modeling of Kinect, the three-dimensional reconstruction principle of HoloLens, and the optimization of various 3D modeling software are studied.
3. Finally, combined with Unity three-dimensional modeling software, designed for the classroom learning holographic display program and the augmented reality of teaching system.

Keywords: mixed reality；HoloLens；Unity；teaching system

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的背景及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 本论文的主要工作 2

第2章 HoloLens介绍 3

2.1 HoloLens硬件组成 3

2.2 HoloLens MR技术 5

2.2.1 增强现实应用程序 6

2.2.2 虚拟现实应用程序 7

2.2.3 混合现实应用程序 8

2.3 HoloLens应用前景 9

第3章 三维模型开发 10

3.1 三维建模技术研究 10

3.1.1 Kinect三维建模 10

3.1.2 HoloLens三维场景重建 11

3.1.3 三维建模软件建模 14

3.2 Unity的应用 16

3.2.1 Unity软件介绍 16

3.2.2 Unity制作全息课本 16

第4章 HoloLens应用程序开发 20

4.1 HoloLens人机交互 20

4.1.1 凝视 20

4.1.2 手势 21

4.2 HoloLens Emulator 21

4.3 课本功能实现 22

4.4 全息模型展示 23

第5章 课题总结及展望 25

5.1 课题的总结 25

5.2 今后工作的展望 25

参考文献 26

致 谢 27

第1章 绪论

1.1 引言

VR、AR曾经一度是科幻小说中的事物，随着科技的发展，科幻渐渐成为了现实。过去的一年被称为虚拟现实的“元年”，谷歌在这一年推出了小巧廉价的虚拟现实玩具Cardboard，其他许多厂家也纷纷发布了诸如Oculus、Vive等虚拟现实设备。但是这些虚拟现实设备通过将人与真实世界隔离带来沉浸式体验，且只能用于影音娱乐领域，有很大的局限性。微软发布的混合显示设备HoloLens很好的解决了上述问题，通过将虚拟世界和现实世界连接起来，以进行许多便于教育、设计及影音方面的实践。利用HoloLens设备，很多科幻小说中的事物会逐渐成为现实，在HoloLens的介绍中，就明确提出了将这款混合现实设备应用于教育领域的设想，并且已经有人开始将其应用于教学。

1.2 课题研究的背景及意义