Mixed Reality Toolkit（MRTK）是微软推出的面向 Windows Mixed Reality、HoloLens 开发的 MR 开源工具。它可以帮助开发者轻松利用 Unity 开发跨平台的混合现实应用，允许开发者通过编辑器模拟轻松进行原型设计，并能立即查看相应的改动。利用 MRTK 开发的应用程序可支持 HoloLens、Windows Mixed Reality 头显等设备，具有丰富的功能模块，如手部操控、眼动追踪等交互功能。
帮助开发者轻松利用游戏引擎（如Unity或Unreal Engine）开发跨平台的混合现实（MR）应用程序。它为开发者提供了一套丰富的组件、插件、示例和文档，降低了开发混合现实应用的门槛和难度。无论是初学者还是经验丰富的开发者，都能借助 MRTK 快速上手 MR 应用开发。
广泛应用于教育、培训、建筑设计、医疗保健、娱乐等多个领域。例如，在教育领域，可用于创建沉浸式的学习环境，让学生更直观地理解知识；在建筑设计领域，设计师可以在虚拟空间中展示和修改建筑模型。
一、特点
1.跨平台输入系统：支持多种输入方式，如 6 自由度（6DoF）控制器、手部关节追踪、语音等，开发者可以根据不同的应用场景和用户需求选择合适的输入方式。这使得应用能够在不同的硬件设备上运行，包括微软的 HoloLens、HoloLens 2、Windows Mixed Reality 头显、Oculus（现在的 Meta）Quest、HTC Vive、Oculus Rift 等。
2.配置文件管理：将尽可能多的设置整合在一起，默认锁定设置页面，以确保项目有一个一致的起始点。随着项目的进展，开发者可以根据需要自定义设置。配置文件包括边界系统、相机设置、瞬移、空间感知等常见的设置选项，方便开发者快速进行项目配置和优化。
3.UI 控件：提供了一系列用于构建用户界面的基础组件，如支持多种输入模态的按钮、用于单手或双手操控对象的脚本、具有主题支持和视觉状态的交互脚本等。这些组件可以帮助开发者快速构建出直观、易用的用户界面，提升用户体验。
4.快速原型设计：通过在编辑器中的模拟，开发者可以立即查看对应用程序所做的改动，极大地提高了开发效率。开发者可以在开发过程中快速验证想法和功能，减少开发周期和成本。
二、架构
1. 服务层（Service Layer）：
核心作用：这是MRTK架构的关键部分，它将所有需要共享运行的组件改成了服务，负责向上层提供各种功能服务，同时对下解耦具体实现。这种设计方式使得不同模块之间的依赖关系被解耦，特定的模块只处理特定的任务，提高了系统的可维护性和可扩展性。
服务内容：例如输入服务，负责处理来自不同输入设备（如6DoF控制器、手部关节追踪、语音等）的输入信息，并将其转化为统一的格式供上层应用使用；空间感知服务，提供对现实世界环境的几何形状感知，以便在全息图像和现实世界之间进行交互；还有UI交互服务，处理用户与界面元素的交互操作等。
2. 服务定位器（Service Locator）：
功能定位：起到动态连接器的作用，负责查询并向上层模块提供所需要的服务。它了解所有注册的服务及其类型，能够在运行时根据需求动态地确定并连接上层模块所需的服务。
重要意义：通过服务定位器，上层模块不需要关心服务的具体实现细节和位置，只需要向服务定位器请求所需的服务即可，进一步降低了模块之间的耦合度，使得系统更加灵活和易于扩展。
3. 事件系统（Event System）：
事件驱动：MRTK采用了事件驱动的编程思想，在场景中的`MixedRealityToolkit`游戏对象上挂载继承自`MonoBehaviour`的脚本，利用该脚本中的事件处理接口处理来自Unity分发的事件消息。这样可以高效地分发和处理各种类型的事件消息，确保数据从底层向高层的流通。
解耦通信：事件系统使得模块之间的通信通过事件进行，相互之间不存在紧密耦合，全部通过接口实现。例如，当输入设备产生输入事件时，会触发相应的事件，上层应用可以通过订阅这些事件来获取输入信息并进行处理。
4. 配置文件管理（Configuration Files Management）：
配置定义：在MRTK中，配置文件是一个非常重要的概念，它是一个功能清单，定义了MR应用可以使用的功能及使用这些功能的方式。配置文件整合了尽可能多的设置，为开发者提供了统一的配置管理方式。
定制与优化：开发者可以根据不同的应用需求，选择默认的通用配置文件，也可以针对特定的硬件平台选择优化的配置文件，甚至可以定制所有的功能特性以满足特定应用的需求。例如，可以配置输入系统的响应方式、UI的显示风格、空间感知的精度等。
5. 数据层（Data Layer）：
数据提供：为上层的服务和功能提供数据支持。不同的硬件平台和功能模块需要的数据可能各不相同，数据层负责收集、处理和提供这些数据。例如，手部关节追踪模块需要的数据来自于传感器的输入，数据层会对这些原始数据进行处理和转换，以便上层的手部交互服务能够使用。
与服务层的交互：数据层与服务层通过统一的接口进行交互，服务层可以根据需要向数据层请求特定的数据，数据层则将处理后的数据返回给服务层。这种分层的设计使得数据的管理和使用更加清晰和高效。
6. 交互层（Interaction Layer）：
交互定义：基于Unity的XR Interaction Toolkit构建，提供了一系列的交互器（Interactors）和可交互对象（Interactables），定义了用户与虚拟对象之间的交互方式。
交互功能：例如，支持用户通过手部动作、目光注视、手势操作等方式与虚拟对象进行交互，实现抓取、移动、旋转等操作。同时，还提供了对交互过程的反馈机制，如视觉反馈、声音反馈等，增强用户的交互体验。
三、不足
1. 学习成本较高：
复杂的架构和概念：MRTK 本身的架构相对复杂，对于初学者来说，理解其各种组件、功能模块以及它们之间的交互关系需要花费较多的时间和精力。例如，其涉及到的空间映射、手势识别、眼动追踪等技术概念，对于没有相关经验的开发者来说较为抽象和难以理解。
缺乏完善的中文文档：虽然有官方的英文文档，但对于很多国内开发者来说，英文文档的阅读和理解存在一定的障碍，而中文文档的更新速度和完善程度往往不够，这使得开发者在学习和使用过程中遇到问题时难以快速找到准确的解决方案。
2. 性能优化挑战：
资源占用较大：在一些复杂的 MR 场景中，MRTK 可能会占用较多的系统资源，导致应用的运行性能受到影响。例如，在处理大量的 3D 模型、高分辨率的纹理以及实时的交互计算时，可能会出现卡顿、延迟等现象，影响用户的体验。
跨平台性能差异：尽管 MRTK 旨在实现跨平台开发，但在不同的硬件平台和操作系统上，其性能表现可能会存在差异。开发者需要针对不同的平台进行性能优化和调试，这增加了开发的难度和工作量。
3. 依赖特定硬件和软件环境：
对微软生态的依赖：MRTK 在一定程度上依赖于微软的 HoloLens 等硬件设备以及相关的软件环境，这限制了它在其他非微软生态系统中的应用和推广。对于那些想要在多种不同品牌的 MR 设备上使用 MRTK 的开发者来说，可能需要进行额外的适配和修改。
对 Unity 版本的依赖：MRTK 与 Unity 游戏引擎紧密结合，不同版本的 MRTK 对 Unity 的版本有一定的要求。当 Unity 引擎进行更新时，可能会导致 MRTK 与之出现兼容性问题，开发者需要花费时间和精力来解决这些兼容性问题。
4. 功能的局限性和不完善性：
手势识别的准确性：尽管 MRTK 提供了手势识别功能，但在实际应用中，手势识别的准确性和稳定性可能会受到环境因素、用户手势的多样性以及设备传感器精度等因素的影响。例如，在光线较暗的环境下或者用户的手势动作较为复杂时，手势识别可能会出现误判或识别不及时的情况。
缺乏高级的场景管理功能：在处理大规模的 MR 场景时，MRTK 的场景管理功能可能显得不够完善。例如，对于复杂场景的加载、卸载、优化以及场景切换的流畅性等方面，还需要开发者进行额外的开发和优化。
四、应用
1. 教育领域：
沉浸式学习：可以创建虚拟实验室、历史场景重现、地理环境模拟等学习场景，让学生身临其境地学习知识。例如，学生可以在虚拟的化学实验室中进行实验操作，直观地理解化学反应的过程；或者在虚拟的历史场景中，亲身体验历史事件的发生，增强对历史知识的理解和记忆。
远程教学：通过 MRTK 开发的应用程序，教师和学生可以在不同地点进行互动教学。教师可以在虚拟空间中展示教学内容，学生可以通过虚拟现实设备进行学习和提问，打破了地域限制，提高了教学的灵活性和效率。
技能培训：适用于各种职业技能培训，如医学手术模拟、机械维修培训、建筑施工安全培训等。学员可以在虚拟环境中进行实际操作，熟悉操作流程和技能，减少实际操作中的错误和风险。
2. 建筑与设计领域：
建筑设计与展示：建筑师和设计师可以使用 MRTK 创建虚拟的建筑模型，在设计过程中更加直观地展示建筑的外观、内部结构和空间布局。客户可以通过虚拟现实设备进入虚拟建筑中，感受建筑的设计效果，提出修改意见，提高设计的质量和客户满意度。
室内设计：帮助室内设计师在虚拟空间中进行家具摆放、色彩搭配、材质选择等设计工作。设计师可以根据客户的需求，快速地创建不同的设计方案，并在虚拟环境中展示给客户，让客户更好地理解设计意图。
城市规划：用于城市规划的模拟和展示，规划者可以在虚拟的城市环境中展示规划方案，包括建筑物的分布、道路的布局、公共设施的设置等。公众可以通过虚拟现实设备参与城市规划的讨论，提供意见和建议，增强公众对城市规划的参与度和认同感。
3. 医疗保健领域：
医学教育与培训：医学生可以通过 MRTK 开发的虚拟手术模拟器进行手术训练，熟悉手术操作流程和技巧。模拟器可以模拟真实的手术场景，包括人体器官的结构、手术器械的使用、手术过程中的各种情况等，提高医学生的实践能力和应对突发情况的能力。
远程医疗：医生可以使用 MRTK 技术与患者进行远程会诊，通过虚拟现实设备观察患者的病情，进行诊断和治疗。患者也可以在家中使用虚拟现实设备与医生进行沟通，提高医疗服务的可及性和便利性。
康复治疗：用于康复治疗的辅助工具，帮助患者进行身体功能的恢复训练。例如，通过创建虚拟的运动场景，让患者在虚拟环境中进行运动训练，提高患者的运动能力和协调性。
4. 娱乐领域：
虚拟现实游戏：MRTK 为虚拟现实游戏的开发提供了强大的支持，开发者可以利用其丰富的功能和组件，创建出更加逼真、有趣的虚拟现实游戏。例如，玩家可以在虚拟的游戏世界中进行探索、战斗、解谜等活动，享受沉浸式的游戏体验。
主题公园和体验馆：在主题公园和体验馆中，MRTK 可以用于创建各种虚拟现实体验项目，如虚拟过山车、虚拟飞行、虚拟探险等。游客可以通过佩戴虚拟现实设备，感受刺激的娱乐体验，增加主题公园和体验馆的吸引力和趣味性。
5. 工业领域：
产品设计与研发：工程师可以使用 MRTK 创建虚拟的产品模型，在设计阶段对产品的外观、结构、功能等进行验证和优化。通过虚拟现实设备，工程师可以更加直观地观察产品的设计效果，发现潜在的问题和不足，提高产品的设计质量和研发效率。
工业培训与维护：用于工业培训和设备维护的教学工具，员工可以在虚拟环境中学习设备的操作方法、维护技巧等。通过模拟设备的故障和维修过程，员工可以提高应对设备故障的能力，减少实际操作中的错误和损失。
远程协作与指导：在工业生产中，MRTK 可以实现远程协作和指导。专家可以通过虚拟现实设备远程观察生产现场的情况，对工人进行指导和培训，提高生产效率和质量。
6. 军事领域：
模拟训练：用于军事模拟训练，如战斗模拟、飞行模拟、战术演练等。士兵可以在虚拟的战场环境中进行训练，提高战斗技能和战术水平。模拟训练可以减少实际训练的成本和风险，同时提高训练的效果和效率。
战场指挥与决策：帮助指挥官在虚拟的战场环境中进行指挥和决策，通过虚拟现实设备观察战场的情况，获取实时的情报信息，制定作战计划和决策。战场指挥与决策系统可以提高指挥官的决策能力和指挥效率，增强军队的战斗力。
总体而言，MRTK的架构设计符合主流的软件工程思想，具有模块化、面向接口、松耦合等特点，这种架构使得开发者能够快速、高效地开发出跨平台的混合现实应用程序。
未来，MRTK 可能会继续加强与其他技术的集成，如人工智能、机器学习等，以提供更智能、更个性化的混合现实体验。同时，随着混合现实市场的不断扩大，MRTK 也将不断优化性能和功能，提高开发效率和应用质量。
