VRIK+Unity XR Interaction Toolkit 实现VR上半身的追踪（附带VRM模型导入Unity方法和手腕扭曲的解决方法）

IK（反向动力学）有利于提升 VR 应用中的沉浸感，我们可以通过 IK 实现 VR 中全身模型的追踪。本篇教程将基于 Unity 的 XR Interaction Toolkit 和 Final IK 插件中的 VRIK 功能介绍如何模拟 VR 中人物上半身的运动，特别是手臂和手肘的姿态。

XR Interaction Toolkit 是 Unity 一款实用的 VR 开发工具包，具体的环境配置方法和使用方法可以参考我往期的教程。

Final IK 是 Unity 一款功能强大的 IK 插件，其中拥有适用于 VR 的 IK 功能（称为 VRIK，Asset Store 链接：https://assetstore.unity.com/packages/tools/animation/final-ik-14290）
注：这个插件是付费的，但是 VRIK 的配置方法是非常简单的。

本篇教程使用的 Unity 版本：2021.3.5
XR Interaction Toolkit 版本：2.3.0
Final IK 版本：2.2
（以上的版本其实无所谓，基本上都适用）
使用的 VR 设备：Meta Quest 2 （只要你的设备能支持 Open XR 的运行环境就行）

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📕第一步：配置 OpenXR + XR Interaction Toolkit 的开发环境

这一步参考我之前的安装配置教程 Unity VR开发教程 OpenXR+XR Interaction Toolkit (一) 安装和配置

最终场景中有配置好的 XR Origin 就行：

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📕第二步：导入人物模型

推荐 Humanoid 的模型，这样 VRIK 能够自动配置骨骼，否则需要手动配置骨骼，会比较麻烦。

⭐VRM 模型导入 Unity 的方法

有些小伙伴可能想使用 VRoid 制作的 VRM 模型。一种方法是将 VRM 模型先导入建模软件，通过插件转换成 Fbx 文件，再导入 Unity。这种方法我不怎么熟练，就不介绍了。另一种方法是通过 Unity 的插件，直接将 VRM 格式的文件转换成 Prefab，我将介绍这种方法。

使用到的插件：
UniVRM https://github.com/vrm-c/UniVRM
SimpleURPToonLitOutlineExample(这是一个 URP Shader，如果你是 URP 项目，需要配合这个插件来转换 VRM 文件，因为 UniVRM 没有 URP Shader) https://github.com/simplestargame/SimpleURPToonLitOutlineExample

首先打开 UniVRM 的 Github 页面，打开 Release 可以找到插件的包。

我这里选的是 VRM 1.0 的版本：

下载过后导入 Unity，导入成功后可以看到 Unity 上方的菜单栏多了这两个东西：

项目文件夹会多出这三个文件夹：

如果你是 URP 项目，我们需要打开 URP Shader 的网址，同样在 Releases 下载后导入 Unity。
导入成功后可以在项目文件夹找到这个文件夹：

找到 SimplestarGame/SimpleURPToonLitOutlineExample/Scripts/MaterialFactory.cs 这个脚本，用它来替换先前导入 UniVRM 中的 VRMShaders/GLTF/IO/Runtime/Material/Importer/MaterialFactory.cs 脚本。

现在，我们就可以将 VRM 文件复制到 Unity 项目文件夹：

然后在 Inspector 面板中勾选 Migrate To Vrm1，点击 Apply

这时候模型就转化成了 Prefab，上面附带了一些 UniVRM 的脚本。

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📕第三步：配置 VRIK

⭐给模型加上 VRIK 组件

首先我们将人物模型拖至场景，给模型添加 VRIK 组件：

可以看到 VRIK 组件中的 Reference 已经自动帮我们引用好了人物的骨骼，这是因为我们的模型是 Humanoid 的。如果不是 Humanoid 就需要自己绑定了。

⭐将模型的头部和手部的位置作为 VR 追踪目标的子物体

VR 追踪目标为现实中的头显和两个 VR 手柄。在 XR Interaction Toolkit 中的 XR Origin 对应的就是 Camera Offset 下的这三个物体。

然后，我们回到人物模型上 VRIK 组件，锁定头部，左手，右手这三个物体：

这三个物体对应着 VR 追踪的三个目标：头显，左手柄，右手柄。
我们找到这三个物体在人物模型中的位置，分别复制头部，左手，右手的游戏物体：

复制后：

最后，我们先将这几个复制体的 position 设为 0，再把头部复制体，左手复制体，右手复制体分别作为 XR Origin 中的 Main Camera, LeftHand Controller 和 RightHand Controller 的子物体：

⭐添加 VRIK 的 IK Target

接下来，我们回到 VRIK 组件，找到 Sovler 中的 Head Target, Left Arm Target 和 Right Arm Target，把刚刚复制的头部，左手，右手复制体拖过去：

这三个 Target 作为 IK Target，用于解算人物上半身的姿态。
现在，我们已经成功配置好了 VRIK。
理论上，其他的 VR SDK 也是类似的配置方法，需要将头部，双手的复制体作为该 SDK 中 头部，双手追踪位置的子物体。

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📕调整 IK 位置

这个时候如果运行程序，会发现双手的位置可能并不是我们想要的，而且可能摄像机的位置会被模型的脸或者头发挡住。这时候我们就需要调整刚刚复制的头部，左手，右手的 IK Target，使上半身的 IK 达到我们想要的效果。我们可以在游戏运行的时候动态调整这三个 Target 的 position 和 rotation，达到满意的效果后复制 Component, 退出运行模式后再粘贴复制的 Component Values

VRIK 上其实也有很多参数可以微调，大家可以自行尝试，调整出自己满意的 IK 效果，每个参数是什么意思可以参考这篇博客：
https://blog.csdn.net/love_c_s/article/details/123351153?spm=1001.2014.3001.5501

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📕使用 Twist Relaxer 缓解手腕扭曲的问题

配置好 VRIK 后，大家可能会遇到这个问题：手腕的转动无法带动前臂的转动，手腕和前臂有点断层的样子，于是手腕稍微转过一定角度后（比如将手腕面向自己），前臂基本不转，导致手腕处的模型扭曲得很厉害。

这个时候，我们可以用 Final IK 中的 Twist Relaxer 组件来缓解这个问题。

首先找到人物模型中前臂的位置：

在前臂物体上添加 Twist Relaxer 组件，并且像下图所示赋好值，将 VRIK 组件赋给 IK，前臂物体赋给 Transform 和 Parent，手的物体赋给 Children：

现在运行程序，手腕严重扭曲的问题可以得到一定缓解：

虽然手腕转过很大角度后还是会有一点扭曲现象，但是相比添加前已经缓解了许多，我们也可以微调下图中的这三个参数，达到自己满意的效果：