Unity 和 OpenCV：结合计算机视觉和游戏开发

前言

Unity 和 OpenCV 是两个强大的开发工具，分别用于游戏开发和计算机视觉。结合它们可以实现一些有趣和创新的项目。本篇博客将介绍如何在 Unity 中集成 OpenCV，以及如何利用它们的结合来创建令人惊叹的应用程序。

一、Unity 中集成 OpenCV

1. 安装OpenCV plus Unity 插件

首先，我们需要在 Unity 中安装 OpenCV plus Unity插件。这个插件提供了与 OpenCV 库集成的功能，使我们能够在 Unity 中使用 OpenCV 的强大功能。

2. 导入 OpenCV 包

在安装插件后，我们需要导入 OpenCV 包到 Unity 项目中。这将包括所需的库文件和相关的脚本文件，以便我们可以开始在 Unity 中使用 OpenCV。

二、图像处理应用程序的创建

1. 实时轮廓检测

我们将使用 OpenCV 在 Unity 中实现实时轮廓检测。CountourFinder.cs将捕获摄像头输入，并使用 OpenCV 查找图像中的轮廓。检测到的轮廓将被用于在 Unity 中绘制形状，并且可以与游戏对象进行交互。

// CountourFinder.cs 脚本
// 使用 OpenCV 在 Unity 中实现实时轮廓检测
using System.Collections; 
using System.Collections.Generic; 
using System.IO; 
using OpenCvSharp;
using OpenCvSharp.Demo; 
using UnityEngine; 
using UnityEngine.UI; 

//继承 WebCamera 类
public class CountourFinder : WebCamera
{
    // 图像翻转模式
    [SerializeField] private FlipMode imageFlip;
    // 阈值
    [SerializeField] private float threshold = 96.4f;
    // 曲线精度
    [SerializeField] private float curveAccuracy = 10f;
    // 最小区域
    [SerializeField] private float minArea = 5000f; 
    // 多边形碰撞器
    [SerializeField] private PolygonCollider2D polygonCollider; 
    // 切换按钮
    [SerializeField] private Toggle toggle;
    
    private Mat _image; // 图像
    private Mat _processImage = new(); // 处理后的图像
    private Point[][] contours; // 轮廓
    private HierarchyIndex[] _hierarchy; // 层级
    private Vector2[] vertorList; // 点的列表

    // 重写 ProcessTexture 方法，处理图像纹理
    protected override bool ProcessTexture(WebCamTexture input, ref Texture2D output)
    {
        // 将输入的图像纹理转换为 Mat 类型
        _image = OpenCvSharp.Unity.TextureToMat(input); 

        // 翻转图像
        Cv2.Flip(_image, _image, imageFlip); 
        // 转换为灰度图
        Cv2.CvtColor(_image, _processImage, ColorConversionCodes.RGB2GRAY); 
        // 阈值化
        Cv2.Threshold(_processImage, _processImage, threshold, 255, ThresholdTypes.BinaryInv); 
        // 查找图像中的轮廓
        Cv2.FindContours(_processImage, out contours, out _hierarchy, RetrievalModes.Tree, 
            ContourApproximationModes.ApproxSimple, null); 

        // 重置碰撞器路径数
        polygonCollider.pathCount = 0; 
        // 遍历每个轮廓
        foreach (Point[] contour in contours)
        {
            // 近似多边形
            Point[] points = Cv2.ApproxPolyDP(contour, curveAccuracy, true); 
            // 计算轮廓面积
            var area = Cv2.ContourArea(contour); 
            // 如果面积大于最小面积
            if (area > minArea) 
            {
                // 绘制轮廓
                DrwaContour(_processImage, new Scalar(127, 1271, 127), 2, points); 
                // 增加碰撞器路径数
                polygonCollider.pathCount++; 
                // 设置碰撞路径
                polygonCollider.SetPath(polygonCollider.pathCount - 1, ToVertor2(points)); 
            }
        }

        if (output == null)
        {
            // 将图像转换为纹理
            output = OpenCvSharp.Unity.MatToTexture(toggle.isOn ? _processImage : _image); 
        }
        else
        {
            // 将图像转换为纹理
            OpenCvSharp.Unity.MatToTexture(toggle.isOn ? _processImage : _image, output); 
        }

        return true; // 返回 true
    }

    // 将 Point 数组转换为 Vector2 数组
    private Vector2[] ToVertor2(Point[] points)
    {
        vertorList = new Vector2[points.Length]; 
        for (int i = 0; i < points.Length; i++) 
        {
            // 将点转换为 Vector2
            vertorList[i] = new Vector2(points[i].X, points[i].Y); 
        }

        return vertorList; 
    }

    // 绘制轮廓
    private void DrwaContour(Mat image, Scalar color, int thickeness, Point[] points)
    {
        for (int i = 1; i < points.Length; i++) 
        {
            // 绘制线段
            Cv2.Line(image, points[i - 1], points[i], color, thickeness); 
        }

        // 绘制最后一条线段
        Cv2.Line(image, points[^1], points[0], color, thickeness); 
    }
}

2. 粒子发射器

在 Unity 中，我们可以创建一个粒子发射器，用于在场景中生成粒子效果。这个发射器可以与 OpenCV 实现的图像处理功能结合，根据检测到的图像特征来控制粒子的生成和运动。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Emitter : MonoBehaviour
{
    [SerializeField] private GameObject spawnPrefab; // 生成的预制体
    [SerializeField] private float spawnRate = 0.1f; // 生成速率
    [SerializeField] private int maxParticles = 3; // 最大粒子数量
    [SerializeField] private Vector2 sizeRange; // 大小范围

    private GameObject[] _pool; // 对象池

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        InitializePool(); // 初始化对象池
        Spawn(); // 开始生成粒子
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
       
    }

    // 初始化对象池
    private void InitializePool()
    {
        _pool = new GameObject[maxParticles]; // 根据最大粒子数量创建对象池
        for (int i = 0; i < maxParticles; i++)
        {
            var particle = Instantiate(spawnPrefab); // 实例化预制体
            particle.SetActive(false); // 初始时将粒子设置为不激活状态
            _pool[i] = particle; // 将粒子添加到对象池中
        }
    }

    // 生成粒子
    private void Spawn()
    {
        foreach (var particle in _pool)
        {
            if (!particle.activeSelf) // 如果粒子不是激活状态
            {
                // 随机生成粒子位置，并转换为世界坐标系下的位置
                particle.transform.position = transform.TransformPoint(Random.insideUnitSphere * 0.5f);
                // 随机设置粒子大小
                particle.transform.localScale = Random.Range(sizeRange.x, sizeRange.y) * Vector3.one;
                particle.SetActive(true); // 激活粒子
                break; // 结束循环
            }
        }

        Invoke("Spawn", spawnRate); // 延迟 spawnRate 时间后再次调用 Spawn 方法
    }
}

3. 碰撞区域

最后，我们将在 Unity 中创建一个碰撞区域，用于检测粒子与特定区域的碰撞。当粒子进入碰撞区域时，将触发特定的事件，例如使粒子消失或触发特效。

// KillZone.cs 脚本
// 在 Unity 中创建碰撞区域，用于检测粒子与特定区域的碰撞

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class KillZone : MonoBehaviour
{
    private void OnTriggerEnter2D(Collider2D col)
    {
        col.gameObject.SetActive(false);
    }
}

三、效果

四、总结

结合 OpenCV 和 Unity 可以实现许多有趣和创新的项目。通过利用 OpenCV 在 Unity 中的集成，我们可以创建出令人惊叹的图像处理和游戏开发应用程序。无论是学习者还是专业开发者，都可以从这种结合中受益，并创造出令人印象深刻的作品。