VR进化论|教你搭建通用的WebVR工程

作者: YoneChen | 来源:发表于2017-05-14 15:08 被阅读932次

本文旨在介绍如何搭建WebVR单页面工程以支持多场景开发。

首先，作为一个基本的前端工程来说，我们需要让代码“工程化”，不仅要提供编译构建、压缩打包功能，还要让每个页面模块化；
延伸到WebVR工程，我们也需要考虑就必须考虑“多页面”模块化，即提供多个场景模块化开发，因为一个完整的WebVR App不仅仅只有一个场景。这里可以参考google的WebVR多场景示例：https://vr.chromeexperiments.com/

webvr多场景应用

多场景开发，最简单的方式就是，一个场景对应一份html、css、js，多个页面需要多个html，每次页面跳转需要重新进行VR渲染进行初始化。
实际上我们在多场景中，场景初始化只需要执行一次（比如，创建一个场景->创建相机->创建渲染器），我们只需要一个index.html作为入口页面，将VR场景初始化、创建、回收、切换封装成公用组件。

WebVR场景切换，用户的耐心是有限的

在首次进入场景时进行初始化，在需要场景切换时进行场景回收和按需加载，这样一来，用户切换场景时，不用把时间浪费在等待html和初始化场景上。基于以上思路，本人总结的一套WebVR工程搭建方案，供各位参考。

项目地址：https://github.com/YoneChen/webvr-webpack2-boilerplate
Demo：https://YoneChen.github.io/webvr-webpack2-boilerplate/dist/
相关技术栈：three.js、webpack2、es6/7
想详细了解WebVR开发步骤，也欢迎参考我的文章《VR大潮来袭——前端开发能做些什么》

实现功能

VR多场景模块化开发
支持VR场景创建、回收、切换
项目自动化构建与压缩打包

WebVR相关库

three.js
tween.js
webvr-polyfill.js

主要目录结构

webpack
|-- webpack.config.js       # 公共配置
|-- webpack.dev.js          # 开发配置
|-- webpack.prod.js         # 生产配置
src                         # 项目源码
|-- views                   # WebVR场景目录                
|   |-- page1.js
|   |-- page2.js                                            
|-- core                  # 核心目录，包括webvr封装类和polyfill
|   |-- VRCore.js
|   |-- VRPage.js
|   |-- vendor.js
|-- assets                  # 素材目录，包括3d模型、纹理、音频等
|   |-- audio                      
|   |-- model
|   |-- texture
|-- index.js              # WebVR启动页
|-- index.html              # WebVR公用页面
package.json                        
READNE.md

我们先来看看index.html，其实整个body就只有一个dom，用来append我们的canvas，毕竟所以场景都在canvas里运行。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, user-scalable=no, minimum-scale=1.0, maximum-scale=1.0, shrink-to-fit=no">
    <title>webVR-INDEX</title>
</head>
<body>
  <section class="webvr-container"></section>
</body>
</html>

有了公用html，我们希望这样开发WebVR应用，配置一个入口路由列表，一个场景对应一个js脚本。
首先是index.js入口，以配置场景的路由跳转并传入欲渲染的dom。

// src/index.js
const routes = [
    {
        route: '', // e.g http://127.0.1:9000/
        path: 'page1.js'
    },
    {
        route: '2', // e.g http://127.0.1:9000/2
        path: 'page2.js'
    }
];
WebVR.init(routes, document.querySelector('.webvr-container'));

单个场景的页面实例：

// src/views/page1.js
// 继承VRPage父类，开发每一个场景
import VRPage from 'core/js/VRPage';

class Index extends VRPage {
  assets() {
    return {
      TEXTURE_SKYBOX: 'texture/360bg.jpg'
    }
  }
  start() {
     // 启动渲染前，创建添加3d模型，比如天空、地面、灯光、背景音等
    const { TEXTURE_SKYBOX } = this.assets;
    const geometry = new THREE.SphereGeometry(radius,50,50);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { map: new THREE.TextureLoader().load(TEXTURE_SKYBOX),side:THREE.BackSide } );
    const panorama = new THREE.Mesh(geometry,material);
    WebVR.Scene.add(panorama);
  }
  loaded() { // 资源加载后钩子函数
    console.log(`page has been loaded.`);
  }
  update(delta) { // 动画渲染钩子函数
    // animate
  }
}
export default Index;

这里参照了类似Unity3d和React的开发模式，在start方法里创建3d模型，在update方法里处理3d动画，这样的好处在于：

每一个场景都可以进行独立开发而互不影响；
一旦VR环境初始化之后，不需要在每次场景跳转切换时重新初始化一遍。

WebVR多场景运行机制

VRCore.js作为公用模块管理整个webvr应用的所有子场景，包括场景初始化、VR相机渲染、场景切换、场景回收等静态函数。
VRPage.js作为每个场景的工厂类，支持不同3d页面（场景）之间的代码独立。
每一个VR页面的生命周期都是：创建物体->加载模型->启动渲染的过程，因此，需要创建一个基类，来实现每一个VR场景实例的生命周期。

//common/VRPage.js
import * as WebVR from 'VRCore.js' //管理所有场景的公用模块
// VR场景工厂
export default class VRPage {
    constructor(options={}) {
        // 创建场景，如果场景已初始化
        WebVR.createScene(options);
        this.start();
        this.loadPage();
    }
    loadPage() {
        THREE.DefaultLoadingManager.onLoad = () => {
            // 模型加载完毕，即开启渲染
            WebVR.renderStart(this.update);
            this.loaded(); 
        }
    }
    start() { 
         // 实例的start方法将在启动渲染之前，场景相机初始化后执行。
    }
    loaded() {
        // 实例的loaded方法将在场景资源加载后执行。
    }
    update(delta) { 
        // 实例的update方法将在渲染器每一次渲染时执行。
    }
}

这里使用THREE.DefaultLoadingManager.onLoad方法监听场景是否加载完毕，一旦加载完毕，便启动渲染。

WebVR场景首次渲染

主要包括四个步骤

新建场景

创建VR相机
加载场景脚本与资源
开启动画渲染

VR环境初始化

function init(routers, container, fov, far) {
  createScene(...Array.prototype.slice.call(arguments,1));
  Router.createRouter(routers); // 创建路由管理器
}
function createScene({domContainer=document.body,fov=70,far=4000}) {
    // 创建场景
    Scene = new THREE.Scene();
    // 创建相机
    Camera = new THREE.PerspectiveCamera(fov,window.innerWidth/window.innerHeight,0.1,far);
    Camera.position.set( 0, 0, 0 );
    Scene.add(Camera);
    // 创建渲染器
    Renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true } );
    Renderer.setSize(window.innerWidth,window.innerHeight);
    Renderer.shadowMapEnabled = true;
    Renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
    domContainer.appendChild(Renderer.domElement);
    initVR();
    resize();
}

首先是three.js开发三部曲，创建场景、相机、渲染器，接着调用initVR函数来完成VR场景分屏和陀螺仪控制，WebVR基本开发步骤可以参考。

let Display;
function initVR() {
  // 获取VR设备，通知渲染器启动VR渲染模式
  Renderer.vr.enabled = true;
  // 获取VR头显实例
  navigator.getVRDisplays().then( display => {
    Display = display[0];
    Renderer.vr.setDevice(Display);
    // 初始化控制VR渲染模式的控制按钮
    VRButton.init(Renderer.domElement.parentNode,Display,Renderer);
     }).catch(err => console.warn(err));
}

开启动画渲染

// VRCore.js
function renderStart(callback) {
  Renderer.animate(function() {
    callback();
    TWEEN.update();
    Renderer.render(Scene, Camera);
  });
}

这里动画渲染主要封装了three.js的renderer.animate()方法，入参作传入一个callback回调方法，这个方法会在动画渲染的每一帧中执行。

WebVR场景切换

主要包括四个步骤

暂停渲染

清空当前场景物体
请求并加载目标场景脚本与资源
重启渲染

暂停动画渲染

function renderStop() {
  Renderer.dispose(); // 暂停渲染器渲染
  TWEEN.removeAll(); // 移除所有tween动画
}

回收当前场景

function clearScene() {
  for(let i = Scene.children.length - 1; i >= 0; i-- ) {
  if (Scene.children[i].type === 'PerspectiveCamera') continue; // 保留相机
    Scene.remove(Scene.children[i]); // 移除当前场景中的物体
  }
  Scene.fog = null; // 清除场景雾
}

按需加载

切换到下一场景，我们需要请求对应的场景脚本，这里使用webpack2的import函数进行代码分离，当然你也可以使用require.ensure(filename => {require(filename)})方法。

import(`views/${fileName}.js`);

最终将清空当前场景与请求加载目标场景功能封装为forward跳转方法，就可以在页面里直接调用了。

// src/core/VRCore.js
function forward(fileName) {
  renderStop();
  clearScene();
  import(`views/${fileName}.js`);
}
// src/views/page1.js
...
class Page1 extends VRPage {
  start() {
    const geometry = new THREE.CubeGeometry(5,5,5);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00aadd });
    const button = new THREE.Mesh(geometry,material);
    button.position.set(3,-2,-3);
    // 添加 gaze 监听事件
    WebVR.Gazer.on(button, 'gazeEnter',target => { // gazeIn trigger
      WebVR.forward('page2.js');
    });
    WebVR.Scene.add(box);
  }
}
export default Page1;

// src/views/page2.js
class Page2 extends VRPage {
...
}
export default Page2;

我们在page1场景里创建一个立方体，当凝视到该物体时，执行forward方法跳转至page2场景。

VR单页面路由管理

除了按需加载，考虑到是单页面应用，我们还需对页面的history堆栈进行管理，在实际的代码中，页面跳转和按需加载被封装成Router对象，管理页面路由跳转。

// src/core/VRCore.js
const Router = {
  // 路由管理器初始化
  createRouter(routes=[{'':'index.js'}]) { 
    this.routeObj = {};
    routes.forEach(route => {
      Object.defineProperty(this.routeObj,route.route,{ value:route.path }); 
    });
    this._proxyRouter();
    this._historyProxy();
  },
  // 跳转公用方法
  forward(routeName,newtarget = true) {
    cleanPage();
    const fileName = this._getFileName(routeName);
    if (newtarget) history.pushState({ routeName, fileName }, 0, routeName);
    this.fetchFile(fileName);
  },
  // 当在地址栏输入url，请求url路由对应的场景文件
  _proxyRouter() {
    const routeName = this._getCurrentRouteName();
    const fileName = this._getFileName(routeName);
    history.replaceState({ routeName, fileName }, 0, this._getCurrentRouteName());
    this.fetchFile(fileName);
  },
  // 监听history堆栈变化，跳转至对应场景
  _historyProxy() {
    window.addEventListener('popstate',e => {
      const routeName = e.state.routeName;
      this.forward(routeName,false);
    },false);
  },
  _getCurrentRouteName() { return location.pathname.split('/').pop(); },
  _getFileName(routeName) { return this.routeObj[routeName] || ''; },
     ...
};
Router.fetchFile = function(fileName) {
  import(`views/${fileName}`).then(page => {
    new page.default();
  });
};

至此，我们的WebVR工程已经完成了一半，接下来，我们使用Webpack2来构建我们的工程。

Webpack配置

开发环境和生产环境下webpack配置略有不同，这里主要给出webpack的基本配置，具体可参考项目地址。

const path = require('path');
const CommonsChunkPlugin = require('webpack/lib/optimize/CommonsChunkPlugin');
const HtmlWebpackPlugin = require('html-webpack-plugin');
const CopyWebpackPlugin = require('copy-webpack-plugin');
const ProvidePlugin = require('webpack/lib/ProvidePlugin');
module.exports = {
  entry: {
    'vendor': './src/core/js/vendor.js',
    'app': './src/index.js'
  },
  output: {
    path: path.resolve(__dirname, '../dist/'),
    filename: '[name].js',
    sourceMapFilename: '[name].map',
    chunkFilename: '[id]-chunk.js',
    publicPath: '/'
  },

这里我们将webvr首个场景src/page/index.js作为项目打包入口，同时将page目录下的文件也作为单独chunk，配合按需加载来支持场景切换。

module: {
  rules: [{
      test: /\.js/,
      use: "babel-loader",
    },
    {
      test: /\.css/,
      use: ['style-loader','css-loader']
    },
    {
      test: /\.(glsl|vs|fs)$/,
      loader: 'shader-loader',
    },
  },
  plugins: [
    new CommonsChunkPlugin({
      name: ['app', 'vendor'],
      minChunks: Infinity
    }),
    new CopyWebpackPlugin([{ from: path.resolve(__dirname,'../src/assets') }]),
    new ProvidePlugin({
      'THREE': 'three'，
      'WebVR': path.resolve(__dirname,'../src/core/VRCore.js')
    }),
    new HtmlWebpackPlugin({
      inject: true,
      template: path.resolve(__dirname, '../src/index.html'),
      favicon: path.resolve(__dirname, '../src/favicon.ico')
    })
  ]
};

使用ProvidePlugin将three.js作为公用模块输出，以省去在每个脚本import THREE from 'three'的重复工作，同时将管理所有场景的核心模块VRCore.js作为全局公用模块输出。
使用HtmlWebpackPlugin将公用的html打包到dist目录下。

polyfill配置

最后是polyfill配置，我们需要引入webvr-polyfill来支持webvr API，作为一个页面独立脚本。

// core/vendor.js
import 'webvr-polyfill';

小结

以上WebVR工程已经基本搭建完毕，其重点是如下：

根据场景设计了VR页面实例的渲染周期
WebVR单页面的路由管理和脚本动态请求

最后，欢迎关注专栏《WebVR技术庄园》，不定期更新，谢谢！

VR进化论|教你搭建通用的WebVR工程

实现功能

WebVR相关库

主要目录结构

WebVR场景首次渲染

VR环境初始化

开启动画渲染

WebVR场景切换

暂停动画渲染

回收当前场景

按需加载

VR单页面路由管理

Webpack配置

polyfill配置

小结

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