Einführung in die VR-Entwicklung mit Unity

Die Programmierung einer Virtual Reality (VR) Welt mit Unity ist ein faszinierendes und umfangreiches Thema. In diesem kurzen Überblick werden die grundlegenden Schritte und Überlegungen skizziert, die für die Erstellung einer VR-Umgebung in Unity erforderlich sind. Unity ist eine der beliebtesten Game Engines für die Entwicklung von VR-Inhalten. Sie zeichnet sich besonders durch die Flexibilität, Benutzerfreundlichkeit und breite Unterstützung für verschiedene VR-Plattformen aus. Mit ein paar Vorkenntnissen lässt sich Unity gut erlernen.

Schritt 1: Einrichtung der Entwicklungsumgebung

Die Einrichtung einer Entwicklerumgebung bei Unity beginnt mit dem Herunterladen und Installieren des Unity Hub. Über diesen können Sie verschiedene Versionen der Unity-Engine installieren und verwalten. Es empfiehlt sich aber, immer die aktuelle LTS-Version (Long Term Support) zu verwenden.

Herunterladen können Sie Unity hier: Download Unity here.

Hier gibt es sowohl den Download-Link für Windows als auch für Mac und Linux.

Zusätzlich ist es ratsam, Visual Studio (Eine Entwicklungsumgebung, mit der Sie in verschiedenen Programmiersprachen programmieren können, in abgespeckter Version kostenlos) als integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) zu installieren, da sie optimal mit Unity zusammenarbeitet. Nach der Installation legt man ein neues Projekt an und wählt die gewünschte Vorlage, z. B. 2D oder 3D. Im Anschluss kann man über den „Package Manager“ wichtige Zusatzpakete wie „Input System“ (Zum schnellen Einführen von Steuerelementen für mehrere Plattformen) oder „Cinemachine“ (Virtuelles Kamerasystem, das weiß, wo es zielen und fokussieren muss) hinzufügen.

Auch das Einrichten der Projektstruktur (z. B. Ordner für Scripts, Prefabs, Scenes) ist ein wichtiger Schritt. Schließlich sollte man die Einstellungen für Plattform, Auflösung und Qualität im “Build Settings”-Menü anpassen. 

Ein gutes Video zu diesem Schritt ist das Video hier:

Schritt 2: Auswahl und Einrichtung der VR-Plattform

Die Auswahl und Einrichtung der VR-Plattform in Unity beginnt mit der Entscheidung für ein Zielsystem, z. B. Meta Quest, HTC Vive oder Windows Mixed Reality. Anschließend sollte die passende Unity-Version installiert werden, die mit der gewünschten VR-Plattform kompatibel ist. Bei der Auswahl der Unity Version kann man anstelle der 2D oder 3D Vorlage auch ein VR-Template (Design- oder Layoutvorlage) nehmen. Dort sind die wichtigsten Pakete  Bei Open XR ist es meist der XR Origin XR schon installiert und man muss nur noch die Pakete für das Headset installieren.

Über den Unity Package Manager fügt man das “XR Plugin Management”-Paket hinzu, das die Verwaltung verschiedener VR-Plattformen erleichtert. Nach der Installation aktiviert man das entsprechende Plugin (z. B. Oculus oder OpenXR, dort ist es meist der XR Origin.) für die Zielplattform.

Für viele Geräte ist es notwendig, zusätzlich das SDK (Software Development Kit) des Herstellers herunterzuladen und in Unity zu integrieren. In den Projekteinstellungen konfiguriert man dann die VR-spezifischen Optionen wie Tracking-Methode und Eingabesystem. Auch die Kamera muss angepasst oder durch eine XR Rig  bzw. bei Open-XR  in der Regel durch den XR-Origin ersetzt werden, um die VR-Funktionalität zu gewährleisten. Ein erster Test im Play-Modus oder direkt auf dem Headset hilft, die korrekte Einrichtung zu überprüfen.

Sehr wichtig ist außerdem am Anfang bei der Einrichtung zu wissen, welche Renderpipline man verwendet.

Hier gibt es 3 Möglichkeiten:

• URP (Universal Render Pipeline):
  • Leistungsoptimiert für viele Plattformen (Mobile, VR, PC).
  • Gute Balance zwischen Performance und Grafikqualität.
• HDRP (High Definition Render Pipeline):
  • Für High-End-PCs und Konsolen.
  • Bietet realistische Beleuchtung und Effekte (z. B. Raytracing, was die Darstellung von Licht, Schatten und Reflexionen perfektioniert, indem sichtbare und nicht sichtbare Lichtstrahlen realistisch berechnet werden).
• Built-in (Standard Render Pipeline):
  • Klassische Pipeline, vor URP/HDRP.
  • Weniger effizient, weniger flexibel, wird nicht mehr aktiv weiterentwickelt.

Empfohlen wird für VR Anwendungen in der Regel die URP, da sie wesentlich Performance-optimierter ist.

Das englischsprachige Video hier zeigt Ihnen die ersten Schritte beim Einrichten einer VR-Plattform:

Schritt 3: Erstellen der VR-Welt

Beim Erstellen einer VR-Welt in Unity beginnt man mit dem Anlegen einer neuen Szene oder der Anpassung einer vorhandenen. Wichtig ist eine sinnvolle Strukturierung der Umgebung mit Boden, Wänden und Objekten, die eine immersive Welt ergeben. Unity bietet dabei eine umfangreiche Asset-Bibliothek, aus der Sie Ressourcen beziehen können, sowie die Möglichkeit, eigene Modelle und Texturen zu importieren.

Für einfache 3D-Strukturen oder rudimenteres 3D-Modelling bietet Unity auch ein kostenloses Paket, den Unity ProBuilder.

Lichtquellen, wie u.a. Directional Light oder Spotlights, sorgen für realistische Beleuchtung. Um Performance zu sichern, sollte man auf optimierte 3D-Modelle und Texturen achten.

Die Platzierung interaktiver Elemente wie Türen oder Schalter erfordert präzise Positionierung und Collider (-> bringt Teilchen sinnvoll zusammen).

Für die Navigation innerhalb der VR-Welt verwendet man eine XR Rig, die dem Nutzer erlaubt, sich umzusehen und zu bewegen. Sounds und Umgebungsgeräusche verstärken das Gefühl der Präsenz. Schließlich testet man regelmäßig die Welt im Headset, um Skalierung, Komfort und Benutzerführung zu optimieren.

Dieses Video hier beleuchtet diesen Schritt:

Schritt 4: Implementierung der VR-Bewegungssteuerung

Die Interaktion in VR erfolgt hauptsächlich über Bewegungscontroller. Sie müssen Skripte schreiben, die die Eingaben der Controller erfassen und in Aktionen innerhalb der VR-Welt umsetzen. Dies kann das Greifen von Objekten, das Drücken von Knöpfen oder komplexere Interaktionen umfassen. Mit den Open XR Toolkit sind oft auch keine eigenen Skripte für die Grundfunktionen mehr nötig, außer es benötigt spezifische Anpassungen und mehr individueller Steuerungen.

Die Implementierung der VR-Bewegungssteuerung in Unity beginnt mit dem Einbinden des XR Interaction Toolkits. Damit erhält man Zugriff auf vorgefertigte Komponenten für Bewegung und Interaktion.

Für die Fortbewegung kann man zwischen Teleportation und kontinuierlicher Bewegung wählen. Teleportation wird meist über Eingabetasten der Controller gesteuert und benötigt spezielle Teleportation Areas.

Kontinuierliche Bewegung erfordert ein Character Controller Setup und die Konfiguration der Eingaben über das Input System.

Wichtig ist dabei, Komfortfunktionen wie Blenden oder sanftes Drehen zu integrieren, um Motion Sickness zu vermeiden. Die Hände oder Controller-Modelle sollten synchron zur Eingabe bewegt werden. Testläufe im Headset helfen dabei, die Steuerung fein abzustimmen und benutzerfreundlich zu gestalten.

Im weiteren Developmentverlauf macht es außerdem Sinn, den XR Divece Simulator zu benutzen. So kann die VR-Steuerung über den flat Screen getestet werden ohne jedes Mal das Headset aufzusetzen, was vieles vereinfacht.

Das englischsprachige Video hier zeigt, wie man VR-Kontroller-Eingaben mit dem neuen Input-System verbindet:

Schritt 5: Hinzufügen von Audio

Das Hinzufügen von Audio in Unity gehört auch zu einem umfassenden Immersionserlebnis und beginnt mit dem Importieren von Audiodateien in das Projekt, idealerweise im .wav- oder .mp3-Format.

Danach können SIe ein AudioSource-Element zu einem GameObject hinzufügen, das den Sound abspielen soll.

Über die Einstellungen der AudioSource lassen sich Lautstärke, Abspielmodus und 3D-Soundeffekte konfigurieren.

Für Hintergrundmusik verwendet man meist eine Loop-Einstellung, während Soundeffekte gezielt per Skript ausgelöst werden.

Durch das Aktivieren von „Spatial Blend“ lässt sich der Ton räumlich positionieren, was besonders in VR wichtig ist.

Mit einem AudioListener, der meist an der Kamera sitzt, wird die Perspektive des Spielers berücksichtigt. Zusätzliche AudioMixer ermöglichen die Steuerung von Lautstärkegruppen oder das Hinzufügen von Effekten.

Gute Planung und gezielter Einsatz von Audio erhöhen die Immersion und verbessern das Nutzererlebnis.

Dieses Video zeigt Ihnen, wie man in Unity Audio-Quellen einbindet und in der Szene abspielt:

Schritt 6: Optimierung und Testing

Optimierung und Testing sind entscheidend, um eine stabile und performante Anwendung in Unity zu gewährleisten.

Zunächst sollte man überflüssige Objekte und ungenutzte Assets entfernen, um die Projektgröße zu verringern. Die Verwendung von Level of Detail (LOD) und Batching (Zusammenfassung mehrerer Grafikobjekte zu einer Einheit) reduziert die Kosten für Renderings (Erstellung realistischer digitalen Darstellungen).

Performance-Tools wie der Profiler und das Frame Debugger helfen dabei, Engpässe zu identifizieren. Außerdem hilft die Optimierungsmethode des Occlusion Culling dabei, die Performence zu Optimieren

Besonders in VR ist eine hohe Bildrate wichtig, um Motion Sickness zu vermeiden.

Tests sollten regelmäßig auf den Zielplattformen durchgeführt werden, um hardwarebedingte Unterschiede zu erkennen. Automatisierte Tests und Logging erleichtern das Finden von Fehlern im Code.

Abschließend prüft man die Benutzerfreundlichkeit und reagiert auf Rückmeldungen aus Usability-Tests.

Wenn Sie Genaueres zur Analyse von Performance-Problemen wissen wollen, finden Sie in diesem Video einige Ansätze:

Außerdem bietet das Video hier einen Einstieg zum Thema “Profiling bei Unity”:

Schritt 7: User Interface und Benutzererfahrung

Das Design der Benutzeroberfläche oder auch englisch des User Interfaces (UI) in VR bei Unity unterscheidet sich erheblich von traditionellen Spielen oder Anwendungen. Das UI sollte bei Unity intuitiv und leicht zugänglich sein, ohne die Immersion zu stören. Ebenso ist die Benutzererfahrung (UX) entscheidend, da sie bestimmt, wie der Benutzer mit der VR-Welt interagiert und sie wahrnimmt.

Mit dem UI-System von Unity lassen sich Elemente wie Buttons, Panels und Texte einfach erstellen und anpassen.

Für VR sollten UI-Elemente dreidimensional im Raum platziert werden, um sie intuitiv erreichbar zu machen. Die Größe und Position der Bedienelemente müssen an die Sehgewohnheiten in der VR angepasst sein.

Feedback wie Animationen, akustische Signale oder visuelle Effekte verbessern die Interaktion. Eine klare, reduzierte Gestaltung sorgt dafür, dass Nutzer sich gut zurechtfinden. Auch die Navigation sollte logisch aufgebaut und leicht verständlich sein. Usability-Tests helfen, Schwachstellen im Interface zu erkennen und gezielt zu verbessern.

Dieses Video zeigt, wie man bei Unity eine Benutzeroberfläche (UI genannt) erstellt:

Schritt 8: Abschluss und Veröffentlichung

Der Abschluss eines Unity-Projekts beginnt mit der finalen Überprüfung aller Funktionen, Szenen und Einstellungen.

Danach stellt man sicher, dass alle Assets korrekt eingebunden und unnötige Dateien entfernt sind.

In den “Build Settings” wählt man die Zielplattform und optimiert die Einstellungen für Leistung und Kompatibilität. Vor dem Build sollte man das Projekt mit einem Versionskontrollsystem wie Git sichern.

Nach erfolgreichem Build kann die Anwendung getestet und auf Stabilität geprüft werden.

Für die Veröffentlichung auf Plattformen wie Steam, Meta Quest oder Android müssen spezielle Anforderungen beachtet werden. Dazu gehören Plattform-Zertifikate, Icon-Vorgaben und ggf. Datenschutzrichtlinien. Eine gute Dokumentation und ein ansprechender Auftritt im Store runden das Projekt ab und stellen den Erfolg des Projektes sicher.

Dieses Video zeigt Ihnen, wie Sie ein Unity-Projekt (z. B. wie hier gezeigt ein Spiel) veröffentlichen:

Fazit:

Die Entwicklung einer VR-Welt in Unity ist ein kreativer und technischer Prozess, der Planung, Design, Programmierung und Testing umfasst.

Durch die Nutzung der leistungsstarken Tools und Funktionen von Unity können Entwickler beeindruckende und immersive VR-Erlebnisse schaffen.

Wichtig ist dabei, stets den Benutzer im Blick zu haben und eine intuitive, ansprechende und performante VR-Umgebung zu gestalten.

Weiterführende Literatur

Fachbücher

• Goldstone, W. (2021). Unity 2021 By Example: Learn about game and virtual reality development by creating five engaging projects. Packt Publishing.
  • Praxisorientierter Einstieg mit konkreten Projekten (u.a. VR, 2D/3D-Spiele).
• Hocking, J. (2018). Unity in Action: Multiplatform Game Development in C# with Unity. Manning.
  • Sehr gutes Buch zur Entwicklung plattformübergreifender Spiele mit vielen Codebeispielen.
• Norton, A. (2021). Learning C# by Developing Games with Unity 2021. Packt Publishing.
  • Eignet sich besonders für Anfänger mit wenig Programmiererfahrung.
• Lengyel, E. (2022). Foundations of Game Engine Development, Volume 2: Rendering. Terathon Software.
  • Für technisch versierte Leser, speziell im Bereich der Engine-Architektur.
• Palamar, T. (2021). Unity 2021 Cookbook. Packt Publishing.
  • Über 140 „Rezepte“ für typische Herausforderungen bei der Arbeit mit Unity.

Wissenschaftliche Artikel / Konferenzbeiträge

• Anthes, C., García-Hernández, R. J., Wiedemann, M., & Kranzlmüller, D. (2016). State of the art of virtual reality technology. In Aerospace Conference (IEEE).
  • Überblick zu VR-Technologien, inkl. Unity-basierter Anwendungen.
• Farias, P., & Albuquerque, V. H. C. (2020). Virtual reality and Unity: Development of educational simulations. In Procedia Computer Science.
  • Anwendung von Unity in der Hochschulbildung.
• Lee, K., & Wong, K. W. (2021). Game-based learning using Unity 3D in higher education. In Education and Information Technologies, Springer.
  • Einsatz von Unity zur Förderung des Lernens.

Offizielle Ressourcen / Online-Dokumentation:

• Unity Learn (Learn Unity | Tutorials)
  • Offizielle Lernplattform mit kostenlosen Tutorials, Projekten und Kursen.
• Unity Manual (Documentation) (Unity | Manual)
  • Vollständige technische Dokumentation zu allen Features der Unity-Engine.
• Unity Scripting API (Unity | Script)
  • Übersicht und Erklärung aller Funktionen der Unity-Skriptschnittstelle (C#).

Lernvideos:

Dieses Video erklärt Ihnen:

• Erstellung eines neuen Unity‑Projekts mit den richtigen Einstellungen
• Installation und Konfiguration des XR‑Plug‑in‑Managements
• Einbindung von VR‑Headsets (z. B. Meta Quest, HTC Vive)
• Aufbau der ersten VR‑Szene mit Kamera- und Controller-Setup

Sie lernen hier das Wichtigste über:

• Installation von Unity über den Unity Hub
• Anlegen eines neuen Projekts mit dem VR/3D‑Template
• Aktivierung des XR Plug‑in Managements (z. B. OpenXR und Oculus)
• Import von Starter‑Assets, inklusive XR Origin (Kamera & Controller Setup)
• Test im Play‑Modus, verbunden mit einem VR‑Headset

Weitere Videos: