前言歡迎閱讀本書(shū)！它融我們兩大摯愛(ài)于一體：電子游戲引擎和人工智能。寫(xiě)作過(guò)程，我們自是非常享受。閱讀過(guò)程，希望你也能收獲同樣快樂(lè)。確切來(lái)講，本書(shū)將探討Unity 的用法。過(guò)去，人常稱(chēng)其為游戲引擎，但如今又傾向改稱(chēng)創(chuàng)造和運(yùn)營(yíng)交互式實(shí)時(shí)3D 內(nèi)容的平臺(tái)。這一串詞語(yǔ)可真不少，但基本可歸結(jié)為：Unity 是3D 內(nèi)容開(kāi)發(fā)平臺(tái)。盡管過(guò)去它一直用于電子游戲開(kāi)發(fā)，但綜合利用3D 圖像、物理仿真和某種輸入，它也可用于開(kāi)發(fā)任何可用3D 表示的內(nèi)容。你若有平臺(tái)創(chuàng)造和運(yùn)營(yíng)交互式實(shí)時(shí)3D 內(nèi)容，再借助機(jī)器學(xué)習(xí)工具，就可利用跟真實(shí)世界有幾分相像的自創(chuàng)3D 世界，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型。盡管它跟真實(shí)世界并非一模一樣，但自己發(fā)揮想象，腦補(bǔ)其區(qū)別，不也很有趣嗎，而且該種3D 世界跟真實(shí)世界確有某些合理的有用聯(lián)系（如它既可為真實(shí)世界機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用生成數(shù)據(jù)，又可生成可遷移到機(jī)器人等真實(shí)世界物體的模型）。本書(shū)所言真實(shí)世界是指物理世界。Unity 和機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合，是創(chuàng)建仿真體（simulation）和合成數(shù)據(jù)（synthetic data）的好方法。兩者正是本書(shū)的兩大不同主題。本書(shū)所用資源我們建議你在閱讀本書(shū)各章過(guò)程，最好邊讀邊自己敲代碼。寫(xiě)代碼如遇難題解決不了，又或只想保存一份我們的代碼，你可從我們網(wǎng)站（http://wwwsecretlabcomau/books/practical-simulations）找到所需內(nèi)容。本書(shū)我們要做的某些項(xiàng)目，需使用特定資源。這些資源我們已放到上述網(wǎng)站，建議下到本地，以便查找、使用。本書(shū)讀者和讀法本書(shū)是為對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)感興趣的程序員和軟件工程師而寫(xiě)，只要從事相關(guān)領(lǐng)域就可以，并非一定要做機(jī)器學(xué)習(xí)工程師才能讀。你對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)產(chǎn)生過(guò)興趣，或正要在機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域做更多工作，那么本書(shū)就是為你而寫(xiě)。你是游戲開(kāi)發(fā)者，現(xiàn)已多少了解Unity 或其他游戲引擎，正打算學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)（用于游戲或其他應(yīng)用），那么本書(shū)也適合你。你即使已成為機(jī)器學(xué)習(xí)專(zhuān)家，仍是本書(shū)目標(biāo)讀者，但不妨換種讀法。毋庸擔(dān)心，我們不會(huì)太過(guò)深入解釋機(jī)器學(xué)習(xí)的原理和方法。因此，即使你已掌握PyTorch 和類(lèi)似框架的內(nèi)部工作原理，本書(shū)仍適合你。倘若你對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的了解還不夠深入，你也不必?fù)?dān)心。本書(shū)可讀性強(qiáng)，你讀起來(lái)不會(huì)有困難。Unity 仿真和合成，屬于那種你無(wú)需理解其復(fù)雜細(xì)節(jié)就能跑起來(lái)的技術(shù)。真好用啊�。ㄟ�記得前人這句著名的話吧譯注1）用在這里也十分貼切。因此，只要你從事軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)或游戲開(kāi)發(fā)，本書(shū)就是為你而寫(xiě)。你都能從本書(shū)找到適合自己的內(nèi)容。我們將教你足夠的Unity 和機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)。你可以此為起點(diǎn)，沿自己感興趣的技術(shù)路線繼續(xù)學(xué)習(xí)。內(nèi)容編排本書(shū)包括三部分。第一部分仿真和合成基礎(chǔ)介紹仿真和合成兩大主題，并通過(guò)一個(gè)基于兩者的項(xiàng)目帶你逐漸熟悉它們。第二部分為樂(lè)趣和收益而模擬世界專(zhuān)講仿真。仿真主題遠(yuǎn)比合成主題宏大，因此這是本書(shū)的重頭戲。這一部分，我們將做一系列仿真項(xiàng)目。做的過(guò)程，幾乎逐步講解，期間捎帶補(bǔ)充概念，介紹方法。等到這一部分結(jié)束，仿真的多種不同路徑，你已了然于胸，可按需選擇。第三部分用合成數(shù)據(jù)獲得真實(shí)結(jié)果專(zhuān)講合成。這一部分雖比仿真短得多，但仍極為關(guān)鍵。你將學(xué)到用Unity 合成數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。學(xué)完這一部分，你基本就能按需合成數(shù)據(jù)。本書(shū)用法我們用一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目來(lái)組織本書(shū)內(nèi)容。希望你能跟我們一道完成。期間如癡迷于自己的想法，你還可將其加到項(xiàng)目中來(lái)（視自己情況而定，并非一定要這么做）。我們采用基于項(xiàng)目的方法，是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為該方法最適合學(xué)習(xí)你需要的Unity 游戲引擎和機(jī)器學(xué)習(xí)知識(shí)。我們不打算教你掌握Unity 的一切，而且本書(shū)限于篇幅，也不可能放下機(jī)器學(xué)習(xí)所有細(xì)節(jié)。而我們通過(guò)一個(gè)個(gè)項(xiàng)目，就可以做到按需引入或排除內(nèi)容。這些項(xiàng)目系我們精心挑選，希望你也能喜歡！我們的任務(wù)仿真部分的任務(wù)如下：? 第2 章開(kāi)發(fā)一個(gè)能自己滾向目標(biāo)的小球（你可能覺(jué)得很神奇，不過(guò)確實(shí)如此）。? 第4 章開(kāi)發(fā)一個(gè)能自己推方塊的立方體。它能將方塊推入目標(biāo)區(qū)域。? 第5 章開(kāi)發(fā)一輛簡(jiǎn)易自動(dòng)駕駛小車(chē)。它能沿軌道行駛。? 第6 章開(kāi)發(fā)一個(gè)撿幣小球。它經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，學(xué)習(xí)我們示范的撿幣方法后，能學(xué)會(huì)自己撿。? 第8 章采用課程學(xué)習(xí)技術(shù)開(kāi)發(fā)一個(gè)拋物智能體。它能向目標(biāo)拋石塊。? 第9 章開(kāi)發(fā)一群立方體。它們能一起將方塊推向目標(biāo)。? 第10 章開(kāi)發(fā)一個(gè)顛球智能體。它能利用視覺(jué)輸入（如攝像機(jī)）而非準(zhǔn)確度量值，使其頂部小球保持平衡。? 第11 章介紹一種用Python 連接和操縱仿真體的方法。合成部分的任務(wù)如下：? 第3 章隨機(jī)擲骰子并為其生成其圖像。? 第13 章改變地板和骰子顏色，改進(jìn)骰子圖像生成器。? 第14 章生成背景復(fù)雜且位置多樣的超市商品圖像。這些圖像可脫離Unity，訓(xùn)練智能體。排版約定本書(shū)排版遵循以下約定：斜體表示新術(shù)語(yǔ)、URL、郵件地址、文件名和文件擴(kuò)展名。等寬字體（Constant width）表示程序片段和正文出現(xiàn)的編程元素，如變量、函數(shù)名、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、環(huán)境變量、聲明和關(guān)鍵字。也用于命令和命令行輸出。加粗等寬字體（Constant width bold）表示應(yīng)由用戶原封不動(dòng)輸入的命令或其他文本。等寬斜體（Constant with italic）表示應(yīng)該使用用戶輸入的值或根據(jù)上下文確定的值替換的文本。使用代碼示例本書(shū)配套材料（代碼示例、練習(xí)和勘誤等）請(qǐng)從http://secretlabcomau/books/practical-simulations 下載。本書(shū)是為幫你完成工作而寫(xiě)。一般來(lái)講，書(shū)中示例代碼，你用于自己項(xiàng)目和文檔，無(wú)需聯(lián)系并征得我們?cè)S可，但大量復(fù)制代碼另議。例如，你編寫(xiě)的程序使用書(shū)中多處代碼，無(wú)需我們授權(quán)，但出售或分發(fā) OReilly 圖書(shū)示例代碼，則需我們授權(quán)。引用本書(shū)內(nèi)容或示例代碼回答問(wèn)題，無(wú)需授權(quán)。但在你的產(chǎn)品文檔大量使用本書(shū)示例代碼，則需我們授權(quán)。引用時(shí)如能添加內(nèi)容出處，我們非常感激，當(dāng)然這并非必須。出處通常要標(biāo)明書(shū)名、作者、出版社和ISBN。例如：Practical Simulations for Machine Learning,by Paris and Mars Buttfield-Addison, Tim Nugent, and Jon Manning Copyright 2022 Secret Lab, 978-1-492-08992-6。如果你覺(jué)得示例代碼的使用方式可能不當(dāng)或超出上述許可范圍，請(qǐng)聯(lián)系我們加以確認(rèn)，郵箱是 permissions@oreillycom。OReilly 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)（OReilly Online Learning）近40 年來(lái)，OReilly Media 致力于提供技術(shù)和商業(yè)培訓(xùn)、知識(shí)和卓越見(jiàn)解，來(lái)幫助眾多公司取得成功。公司獨(dú)有的專(zhuān)家和改革創(chuàng)新者網(wǎng)絡(luò)通過(guò)OReilly 書(shū)籍、文章以及在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，分享他們的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。OReilly 在線學(xué)習(xí)平臺(tái)按照您的需要提供實(shí)時(shí)培訓(xùn)課程、深入學(xué)習(xí)渠道、交互式編程環(huán)境以及來(lái)自O(shè)Reilly 和其他200 多家出版商的大量書(shū)籍與視頻資料。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)網(wǎng)站：https://wwworeillycom/。聯(lián)系我們?nèi)魏斡嘘P(guān)本書(shū)的意見(jiàn)或疑問(wèn)，請(qǐng)按照以下地址聯(lián)系出版社。美國(guó)：OReilly Media, Inc1005 Gravenstein Highway NorthSebastopol, CA 95472中國(guó)：北京市西城區(qū)西直門(mén)南大街2 號(hào)成銘大廈C 座807 室（100035）奧萊利技術(shù)咨詢（北京）有限公司我們?yōu)楸緯?shū)做了一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，將勘誤信息、示例和其他附加信息列在上面。其地址是https://oreilly/practical-sims-for-ML。對(duì)本書(shū)的評(píng)論或技術(shù)性問(wèn)題，請(qǐng)發(fā)電子郵件至：errata@oreillycomcn。如欲了解OReilly 圖書(shū)、培訓(xùn)課程、會(huì)議和新聞的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)網(wǎng)站：http://wwworeillycom。我們的Facebook：http://facebookcom/oreilly。我們的Twitter：http://twittercom/oreillymedia。我們的YouTube：http://youtubecom/oreillymedia。致謝Mars 想感謝家人和本書(shū)其他幾位作者的支持。她還想感謝塔斯馬尼亞大學(xué)信息與通信技術(shù)學(xué)院的同仁和澳大利亞技術(shù)社區(qū)所給予的所有機(jī)會(huì)。Jon 感謝父母和日益壯大的大家族其他成員的大力支持。Paris 想把感謝送給母親，沒(méi)有她，他幾乎不可能做任何趣事，更不必說(shuō)寫(xiě)書(shū)。他還想感謝妻子Mars（同為本書(shū)作者）和所有朋友（他有幸跟其中幾位共同寫(xiě)作本書(shū)�。�。Tim 感謝父母和其他家人坦然接受自己相當(dāng)平凡的人生。我們幾位作者一致感謝人中翹楚Michele Cronin，其技能和建議對(duì)本書(shū)成書(shū)極其寶貴。Paris 為自己在我們會(huì)議期間經(jīng)常帶偏話題而抱歉，但大家能聊得投機(jī)，其實(shí)很有意思！我們真心期盼未來(lái)跟你做更多項(xiàng)目！我們特別感謝友人 O Reilly Media 前編輯Rachel Roumeliotis。開(kāi)會(huì)間隙，我們一起喝咖啡的時(shí)光令人懷念。寫(xiě)作過(guò)程，我們跟OReilly Media 多位員工打過(guò)交道，真心謝謝他們。我們特別感謝Chris Faucher，其團(tuán)隊(duì)不僅工作出色，而且對(duì)我們有驚人的耐心。我們還想把感謝送給優(yōu)秀的文字編輯Elizabeth Oliver。你專(zhuān)業(yè)、有趣、才華橫溢。寫(xiě)書(shū)真令人恐懼。我們要深深感謝Tony Gray 和Apple University Consortium（http://wwwauceduau）使勁推了我們和本頁(yè)提及的其他同仁一把。若不是他們，我們就不會(huì)寫(xiě)這本書(shū)。而且，Tony，你現(xiàn)在也投身寫(xiě)作，真對(duì)不��！我們還想感謝Neal Goldstein。寫(xiě)書(shū)過(guò)程興奮又辛酸，皆拜其所賜。我們非常感激MacLab 伙計(jì)們（他們頗有自知之明，并一如既往監(jiān)督Admiral Dolphin 團(tuán)隊(duì)那不可避免的自我封神行徑） 的大力支持。我們還想感謝Christopher Lueg 教授、Leonie Ellis 博士以及塔斯馬尼亞大學(xué)的新老員工對(duì)我們的百般寬容。我們還要感謝 Dave J、Jason I、Adam B、Josh D、Andrew B 和Jess L 等給予我們靈感和幫助的所有人。我們特別感謝蘋(píng)果公司團(tuán)隊(duì)，沒(méi)有其工程師、作者和藝術(shù)師等員工的辛勤工作，本書(shū)（和大量同類(lèi)書(shū)籍）就不可能問(wèn)世。我們還想感謝技術(shù)審校！他們把關(guān)徹底，反饋專(zhuān)業(yè)，對(duì)我們工作充滿熱情。本書(shū)問(wèn)世，也離不開(kāi)他們。他們那極其挑剔的態(tài)度，我們很欣賞！真心話！最后，非常感謝你購(gòu)買(mǎi)本書(shū)，我們很感激！期待你的反饋！