在讲“互动开发”前，我们先聊聊大众更能直观感受的“数字互动”。关于“数字互动”这个话题的讨论，其实从互联网时代开启的那天起就已经不绝于耳了。那时网友们在论坛里互相留言、评论、点赞，朋友间相互发送电子邮件嘘寒问暖，这些便是数字互动的早期雏形。紧随而至出现了移动互联网，数字互动从PC席卷到了手机等移动设备上。于是走在路上的人们可以拿出手机与坐在办公室电脑桌前的的亲友通信了。这样的互动让人与人之间建立起了一种连接，但这类互动却不是实时发生的，例如发送邮件后可能过了半小时才收到回信，评论留言可能在五分钟之后才得到回复，电子订单提交一天后商家可能才开始通知发货。那么数字互动该如何定义呢？

“数字互动”的含义

而“数字互动”对用户更具吸引力，数字互动应具备实时交互性、软硬件互通性、虚实互动性：

1.实时交互性要求被连接的双方可以在同一瞬间就完成信号的发送与接收，并能够立即做出交互动作上的反馈。

2. 更为大众所青睐、更加新颖的数字互动形式是发生在不同设备上的软件或是硬件间的交互，这就是所说的软硬件互通性，具体而言就是指分布在两台设备甚至多台设备上的软件或硬件的通信互控，例如用手机来控制电脑屏幕里的数字视听效果的变化，同时对电脑屏幕的触控也可以影响手机设备的运行。

3.数字互动最后需要满足的一个特征就是虚实互动性，即虚拟的数字画面内容（包括视听效果）与外部真实存在的软硬件之间发生的互动，并且是在人的操控下触发的数字互动。

数字互动的应用场景

在2001年网络游戏的热潮下，人们感受到了联机游戏、手柄游戏、激光射击游戏等数字互动形式带来的愉悦体验，体感游戏、VR游戏更是把数字互动玩出了一波高潮。伴随着时代的发展，早期的消费互联网、娱乐互联网，正在逐步拓展到金融、零售、产业、工业、企业协同、AIoT、智能家庭，智能汽车等各方面。互动技术的运用不再局限在游戏娱乐中，而是开始逐渐侧重于设备之间的连接互动，尤其是存在行业跨度的软硬件设备之间。将虚拟数字内容的变化与外部软硬件的功能融为一体，带给用户前所未有的沉浸式体验。在大型晚会活动现场这类互动技术已经开始崭露头角，现场的超级大屏幕与现场炫酷的光电设备交相呼应，为现场人群气氛的推动起到至关重要的作用。

在2016年，说唱歌手幼稚冈比诺以他的“灯塔”演唱会震惊了观众，该演唱会在巨大的穹顶会场中进行，自始至终都有未来派的影像和动画投影环绕在观众和艺人周围。为了配合这种科技体验，演唱会推出了周边产品，包括一个360度视频和一款VR伴侣应用。由于演唱会大获成功，幼稚冈比诺决定在2018年11月再搞一次，这一回他使用了一套采用虚幻引擎的全交互式实时系统（如图所示），创造了定制灯光、烟雾、激光表演和实时投影到穹顶会场内部的迷人视觉体验，不仅让歌迷如痴如醉，还为该团队在2019年2月赢得了著名的VES特别会场项目杰出视觉效果奖。

 时下，各类大型展会上已经可以看到不同形式的数字互动开始展露头角，身在现场的参观者可以利用现场的器械设备或是随身的手机来控制展厅大屏幕里的视听效果，这给参与者和周边的围观者都留下了深刻的印象。

在当下火热的直播行业里，主办方可以通过遥控OBS Studio直播软件实现摄影机位的自动切换，可以把主播与逼真的虚拟美景融合，还能让虚拟环境（包括前景和背景）随时按照主办方意图与主播互动起来，从而打造出高端的富有吸引力的直播栏目。数字互动开发的应用场景正变得越来越丰富，所涉及的行业也日趋多元化。

 

互动开发涉及的技术

 

这里将实现数字互动效果的开发过程称为互动开发。为了发掘更新颖的互动形式，各类技术都被尝试着运用到了互动开发上。在物联网技术的推动下，互动开发可以更加便捷地利用包括Web前端技术、各类通信协议，将各类硬件设备联系起来。用于互动开发的工具和开发语言不一而足。例如，通过Arduino IDE工具用C语言进行物联网硬件相关的开发，使用Visual Studio基于C++语言进行Unreal Engine 5（UE5）开发，使用Python、JavaScript、PHP、ASP.NET等语言进行Web互动开发。在有些互动开发项目中，这些技术甚至可能被整合起来一起用。针对不同的数字互动方案，需要灵活选择合适的开发工具与开发语言，没有某一个工具是可以满足所有的互动创意的。

本书主要介绍外部软硬件与UE5数字视听内容的互动，毕竟这类互动在国外很多知名的大型现场活动中都有不俗的表现与口碑。虚幻引擎UE5具备强大的实时三维渲染能力，可将画面投射到各类屏幕（例如穹顶屏幕、球面屏），并且其MetaSound系统对音频有很好的控制力，这些都将屏幕设备上呈现的视听效果推向了一个全新的高度。如果再结合各类性能丰富的智能传感器硬件，让大屏幕中的数字内容与现实空间里的器械设备能互动起来，就能带给体验者一种普通浏览无法相比的感受。

本书选择让UE5借助Arduino来连接各类装置实现互动。Arduino IDE和UE5都可以很稳定地在Windows、Mac OS、Linux三大主流操作系统上运行，本书以Windows 10为例讲解各章细节，大部分章节都采用了当下最新的UE5版本创建UE项目。具体来讲，本书涉及的软硬件技术如下：

（1）UE5技术。

l 本书使用UE5来呈现互动开发最终实现的视觉效果和听觉效果，UE5在其中主要起到了展现互动开发结果的作用，同时也扮演了互动控制界面的角色。这就需要读者理解相关的通信协议以及如何使用插件与外部进行通信。本书侧重介绍UE5支持的多个通信协议，包括HTTP、UDP、DMX、OSC、MIDI等。

1.详细讲解使用UE5插件与外部软硬件通信的方法，UE5的插件很多，有些是用C++开发的，有些是用Java开发的，还有的是基于Node.js开发的。本书讲解的插件都是笔者经过反复实践、深入测试后择取出来的，这些插件均具有很高的可用性和易用性，同时这些插件都能应用于时下最新的UE5版本中。笔者把这些插件推荐给读者，期望这些工具能帮助读者在实现自己的互动创意之路上走得步履轻快！

2.书中与UE5相关的内容离不开蓝图设计的初级知识，所以也会讲UE5蓝图设计的内容。

（2）物联网开发环境、前端知识。

本书涉及的物联网部分均采用Arduino IED开发，所以会涉及C/C++编写的初级知识，笔者在代码中都做了详细的中文注释，便于读者理解代码含义。

为了能与Web通信交互，书中涉及了一些Web前端的知识，包括AJAX、HTML和PHP。

当然，本书适合对这些领域具备基础的开发知识的读者来阅读和学习。如果具备比较强的开发能力，也可以将本书作为一本开发知识笔记或者备忘录，方便随时查阅相关的知识点。

（3）硬件选择。

在硬件设备上，笔者选择了三种Arduino开发板。用Arduino进行开发上简单易上手，使得开发者能够更关注于创意的实现，更快地完成自己的项目部署，大大降低学习的成本，缩短开发周期。越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域；大学课题，自动化、软件，甚至艺术专业，也纷纷开展了Arduino相关课程。

具体来说，笔者选择了物联网业内耳熟能详的Arduino UNO、Arduino ESP8266开发板和Arduino ESP32板，因为它们都是非常适合入门且功能齐全、物美价廉的电子开发板，均能通过各种各样的传感器来感知环境，包括通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。Arduino UNO板是最廉价、最易于入门学习的开发板，而ESP8266在UNO板的基础上增加了WIFI功能，ESP32板则进一步增加了触摸引脚以及蓝牙功能并大大增强了运算能力。

（4）直播软件OBS Studio。

电子商务已经与我们的生活息息相关，而如今的电商基本已离不开直播，还有很多商务需求也非常倚重直播能力。在直播中加入虚实互动（不是指看直播的用户触摸手机屏上的图标来点赞或连麦、刷礼物那样的互动），让直播工作人员可以实时遥控直播画面中的人与景，可以营造较为高端的主播与虚拟布景互动的视听效果，为业务增色，为直播带来更大的流量和吸引力。

在直播展示过程中，针对商品本身的展示是核心需求，而利用周围的环境来作为商品的陪衬、烘托购物氛围则是重要的营销手段。UE5能完美地利用全景展示技术来为商品快速构建环绕式三维背景，通过周围环境的光影渲染任你所想地打造以商品为中心的360度景观。了解了UE5的全景使用技巧，对有兴趣做在线商品展示或是在展会现场进行商品互动展示的读者大有裨益。

为此，本书专门用第5章来讲述如何将互动开发带入到直播领域，以主流直播推流软件OBS Studio结合UE5的互动通信技术，为直播行业带来全新的、高端的解决方案。 

读完本书，读者应该可以感受到实时数字互动提供了巨大的便利性和参与机会，让生产效率和生活、工作便利性得到巨大提高，对一些行业领域颇具颠覆力。互动开发技术将会成为一种连接不同行业的能力，实时互动技术的开发将有着越来越广阔的市场前景。互动、交互是互联网的精髓，很多高端展示场景包括直播都可以借助互动通信、远程通信技术，让虚拟环境、数字内容与现实物体融为一体并互通有无，达到真正的数实共生、虚实互动。

让UE5里的三维渲染能力与互动开发技术珠联璧合，可以让互动创意方案变得更具吸引力、更有商业价值。本书讲解的内容侧重于在UE5中与互动展示、互动通信联系较为密切的部分，让读者可以利用Arduino智能硬件与UE5互控，可以让全景展示以及三维展示都能借助OBS Studio直播软件为直播业务助力。具备了本书这些知识后，理解数字孪生、大数据可视化、包括元宇宙这些概念性的技术话题就都容易了。

本书各章的内容安排

本书共分为7章，从多个角度围绕UE5讲述互动开发技术。

第1章重点讲解UE5与外界远程通信的技术基础，也就是UE5与外界的通信桥梁，这包括WebSocket、Remote Control API、OSC、DMX和MIDI等技术。人们可以根据自己实际的交互场景灵活选择这些通信技术，从而让外部的移动设备（诸如平板电脑、手机或电脑）上的软件与UE5进行通信，让远程操控UE5的需求得以轻松满足。

数字交互是双向的，外部软硬件可以遥控UE5里的内容，而UE5里的虚拟物件也是可以遥控现实中的硬件对象的，包括真实的风扇、电机、继电器开关、灯具、音响等。所以第2章讲解如何利用串口连接或UDP协议，让智能硬件可以直接与UE5通信，还有MQTT技术可以成为UE5与物联网之间的桥梁，让UE5可以方便地与外部硬件交流，从而实现对外部硬件的控制。

如果要让互动变得富有吸引力，就需要逻辑合理而且有趣味性，这些离不开数学计算，否则互动会变得没有真实性甚至逻辑错乱，最终导致用户失去兴致。因此第3章选取了互动开发中一些比较重要的几何知识，讲解如何将它们应用到UE5的具体操作中。

UE5支持连接先进的外部跟踪设备（tracker），例如HTC头盔和OCULUS 穿戴设备，通过它们来准确地获知外部设备在现实世界空间里的位置变化、角度变化等信息，这种跟踪数据或者说动画数据的传递依托的是什么技术呢？在第4章里笔者给出了答案，那就是Live Link Data技术。

第5章谈及如火如荼的直播业务，让直播变得更加高质量，通过虚拟互动让直播变得更加高端，笔者可以借助UE5的互动能力以及OBS Studio的互动技术，来打造属于自己的更富吸引力的直播画面。本章重点突显的是软件之间的融合，让多种软件融合后发挥更大的业务推动力。

如果把全景展示引入直播业务里，直播背景或产品展示的背景都将变得更加生动华丽。时下很多展示场景都需要全景展示来让用户能全方位观察整体空间，如果还能让用户能远程控制全景的切换或是与全景中的某些道具互动，那将更能调动用户的参与热情。笔者在第6章里就细说了UE5如何构建互动全景的方案，包括全景制作与直播软件的联动技术。

UE5的虚拟数字内容应该包括视觉和音效，所以第7章讲解UE5如何使用MetaSound系统播放声音、让音效也能与外界进行互动的技术细节。

本书围绕UE5，并加入Arduino硬件以及OBS Studio直播工具的技术，为大家诠释当下各类常见互动方式的技术实现原理和思路，籍此希望能对读者朋友们有所助益，重点是能为大家点燃灵感有助于激发更多的有关创意互动的思路。

如何使用本书

学习本书知识，读者需要具备UE基础以及Web前端的一些基础知识，因为本书没有赘述有关UE5的下载安装、Node.js下载安装的过程，也没有细说如何编辑一个HTML网页的基础知识。

如果读者对UE5还处于非常陌生的阶段，建议先阅读第3章，因为UE5的互动离不开数学，第3章的知识可以帮助你先一步了解UE5的一些基础常识。如果读者已经具备一定的UE基础和Web开发能力，则可以按照本书的编排循序阅读。

本书提及一些Arduino板和传感器，如果读者想加以实践，则需要自行购置相关电子器件，这些部件的价格都相当便宜，例如Arduino UNO板的价格低于60元，而电动陀机、超声波传感器等电子器件都是几十元的价格。如果你完全没有接触过这些电子器件，则需要在实践之前先上网搜索学习资料，来了解一些Arduino板的基础知识，例如如何将其连接至电脑、如何读取各类传感器的数据以及基础的C/C++编程知识。正常情况下，学习这些周边的基础知识可能会花费一周的时间，整体难度不会太大。本书的各个实践案例都是从基础部分入手，如果你拥有一颗崇尚互动的心，真切地想让你周遭的软件和硬件能彼此握手互动起来，那么本书是一定值得你细细品读的！

本书所有章节都有对应的项目文件源代码并附带了百度网盘下载链接地址，所有的实践案例都有对应的视频讲解并提供了视频浏览链接地址。我们建立了QQ群742541372，方便有疑问的读者后续深入交流。

读者对象

本书面向的读者对象主要是对虚实结合的数字互动技术感兴趣的朋友，包括展览展会设计领域的从业人员、展览展示专业的学生、文创行业和影视行业从事虚拟制片的相关人员、涉及直播业务的工作人员，以及在业务中想引入创意互动展示来为现场吸引流量的极客。本书也可以作为打算投身数字孪生开发、大数据可视化开发领域的计算机专业学生的基础读物。

另外，由于本书涉及Web前端的基础知识和Arduino开发的基础知识，所以比较适合已具备了一定的基础编程能力的读者加以阅读。 

内容简介

本书从虚实互动的角度详细介绍了如何通过外部软硬件来控制UE5的内容呈现，以及如何让UE5来控制外部软硬件设备。这种双向的控制可以借助WebSocket、Remote Control API, DMX、MIDI和OSC等技术来完成。本书第1章介绍这些技术原理，第2章介绍UE5借助Arduino连接物联网硬件的方法。为了让UE5与外部设备之间的互动变得更加生动而富有吸引力，第3章介绍如何在UE5中使用必备的数学几何知识。在第4章讲解利用Live link技术让UE5获取精确的外部设备的空间位置数据流，来实现更高级的互动。第5章讲解UE5如何利用NDI技术助力OBS实现互动直播的技巧。第6章和第7章涉及全景互动和音频互动，属于进阶内容，UE5的全景技术可以让全景展示的构建效率倍增，而出色的音频互动则可以让视听效果相得益彰。

利用各类技术手段高效便捷地完成与UE5相关的虚实互动创意、让互动作品变得更加炫酷出彩，是本书教程内容的核心。依次展开的多个章节的技术介绍以及书中所含的多个实践案例，相信一定可以让读者掌握好扎实的UE5互动技术基础，从而轻松实现自己在业务上的创意互动构想。