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元宇宙下的前端现状

资本热词：Metaverse

  • 7 月 28 日 扎克伯格表示，该公司正在组建一个产品团队，致力于元宇宙（Metaverse）的开发。“未来五年内，将 Facebook 从社交媒体网络转变为一个元宇宙公司。”
  • 英伟达通过一部纪录片自曝： “今年 4 月份那场发布会，全部是合成的”
  • 今年3月初，“元宇宙第一股” 的美国多人在线 3D 创意社区 Roblox（罗布乐思） 已在纽交所上市，而其当天股价暴涨 54.4%
    • 腾讯拿下了 Roblox 中国区代理
    • 2020 年 12 月，腾讯 CEO 马化腾表示，移动互联网时代已经过去，全真互联网时代才是未来。
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  • 游戏公司 Epic Games 在 4 月获得 10 亿美元投资用来构建元宇宙
  • 国内方面号称要打造全年龄段元宇宙世界的 MeteApp 公司，在 Roblox 上市后拿到了 SIG 海纳亚洲资本领投的 1 亿美元 C 轮融资
  • 字节跳动于 4 月被曝光已投资 “中国版 Roblox ” 代码乾坤近亿元
  • 陌陌王力表示，未来随着虚拟现实的进一步发展，VR/AR 硬件的不断成熟向家用普及以及人机交互模式的变化，必然会出现新的机会，也就是一种直接将人背后的生活串联起来的方式。
  • 阿里前端委员会互动技术方向重点也是“虚拟角色”和“ AR/VR ”

可以看到：“交互娱乐类资本瞄准的互联网未来 - 元宇宙”

何为元宇宙

  • 首次出现：1992 年尼尔·斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》当中，在这部小说中讲述了大量有关虚拟化身、赛博朋克等场景。

  • 维基百科：通过虚拟增强的物理现实，呈现收敛性和物理持久性特征，基于未来互联网，具有链接感知和共享特征的3D虚拟空间。

    • 简单点讲就是：我们在虚拟世界中与一个全新的身份一一对应，并且不会间断地“生活下去”

  • Roblox 提出一个真正的元宇宙产品应该具备八大要素，很容易就能让人联想到《头号玩家》这部电影：

    • 身份：拥有一个虚拟身份，无论与现实身份有没有相关性。

    • 朋友：在元宇宙当中拥有朋友，可以社交，无论在现实中是否认识。

    • 沉浸感：能够沉浸在元宇宙的体验当中，忽略其他的一切。

    • 低延迟：元宇宙中的一切都是同步发生的，没有异步性或延迟性。

    • 多元化：元宇宙提供多种丰富内容，包括玩法、道具、美术素材等。

    • 随地：可以使用任何设备登录元宇宙，随时随地沉浸其中。

    • 经济系统：与任何复杂的大型游戏一样，元宇宙应该有自己的经济系统。

    • 文明：元宇宙应该是一种虚拟的文明。

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作为大家口中的“互联网的最终形态”，需要如今大热的包括 AR、VR、5G、云计算、区块链等软硬件技术的成熟。才能构建出一个去中心化的、不受单一控制的、永续的、不会终止的世界。

上面提到的各项技术，和目前前端关联比较大的，便是 AR、VR。

AR 现状

有种新瓶装旧酒的感觉，VR、AR 概念大火的时候还是 17、18 年。几年来，AR 被用来创建虚拟的地方游览、设计和协作 3D 模型、游戏、娱乐、购物、营销、学习、可视化等等。从可用到易用，再到体验的升级，这是用户体验 UX 上一轮的主要革新命题，新一轮的用户体验革命会聚焦在如何真正提供体验的价值。目前 AR 在生活中发挥的就是这样的作用。

案例：

  • AR + 旅游：导航、门店提示、广告、优惠活动提示等等
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  • 购物：AR 试鞋、试衣、试妆
  • 游戏：

WebXR

WebXR 是标准也是概念，指的基于 Web 实现虚拟现实和增强现实的能力。

其实就是在 Web 上开发 AR（Augmented Reality）和 VR（Virtual Reality）应用的 API， “X”代表沉浸式体验中的任何事物。

API

  • API 演进：主要是 google 在推进，从 2016 年开始提出的 WebVR 标准，到由于缺了增强现实这一块，2018 年改为 WebXR
    • 相关 API 示例：immersive-web.github.io/webxr-sampl…
    • 最新动态：2021 年 4月13日 Chrome 的 90 版本增加新 WebXR API：
      • WebXR Depth API：获取用户的设备与现实环境中物体的距离
      • WebXR AR Lighting Estimation：获取环境的光线情况
  • 示例代码：
async function activateXR() {
// 创建 WebGL 上下文
const canvas = document.createElement("canvas");
document.body.appendChild(canvas);
const gl = canvas.getContext("webgl", { xrCompatible: true });

// 初始化three.js
const scene = new THREE.Scene();

// 创建一个有不同颜色面的立方体
const materials = [
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff0000 }),
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x0000ff }),
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 }),
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xff00ff }),
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ffff }),
new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0xffff00 })

  ];

// 将立方体添加到场景中
const cube = new THREE.Mesh(new THREE.BoxBufferGeometry(0.2, 0.2, 0.2), materials);

  cube.position.set(1, 1, 1);

  scene.add(cube);

// 使用three.js设置渲染：创建渲染器、挂载相机
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({

    alpha: true,

    preserveDrawingBuffer: true,

    canvas: canvas,

    context: gl

  });

  renderer.autoClear = false;

// API 直接更新相机矩阵
// 禁用矩阵自动更新
const camera = new THREE.PerspectiveCamera();

  camera.matrixAutoUpdate = false;


// 使用“immersive-ar”初始化 WebXR 会话
const session = await navigator.xr.requestSession("immersive-ar");

  session.updateRenderState({

    baseLayer: new XRWebGLLayer(session, gl)

  });

const referenceSpace = await session.requestReferenceSpace('local');

// 创建一个渲染循环，允许我们在 AR 视图上绘图
const onXRFrame = (time, frame) => {

    session.requestAnimationFrame(onXRFrame);

// 将图形帧缓冲区绑定到 baseLayer 的帧缓冲区

    gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, session.renderState.baseLayer.framebuffer)

// 检索设备的姿态
// XRFrame.getViewerPose 可以在会话尝试建立跟踪时返回 null
const pose = frame.getViewerPose(referenceSpace);
if (pose) {
// 在移动端 AR 中，只有一个视图
const view = pose.views[0];

const viewport = session.renderState.baseLayer.getViewport(view);

      renderer.setSize(viewport.width, viewport.height)

// 使用视图的变换矩阵和投影矩阵来配置 THREE.camera

      camera.matrix.fromArray(view.transform.matrix)

      camera.projectionMatrix.fromArray(view.projectionMatrix);

      camera.updateMatrixWorld(true);

// 使用 THREE.WebGLRenderer 渲染场景

      renderer.render(scene, camera)

    }

  }

  session.requestAnimationFrame(onXRFrame);

}


  • 09e9d0b2a0e741f19f2ba7409fc17faa~tplv-k3u1fbpfcp-watermark.awebp
  • 兼容性：作为 W3C 的前沿标准，目前主要是 Chrome 在推进。市面上浏览器对 WebXR 的支持整体较弱，后面会介绍相关的兼容库和现成的解决方案。

模型观察者：model-viewer

  • 谷歌实现的一个 web component，可用于查看 Web 上的 3D 模型并与之交互



  • 实际效果：

Unity

作为知名的 3d 游戏引擎，也有相应的 WebWR 支持库

社区生态

  • XR Swim：为开发者提供了一个发布 WebXR 内容的统一平台，相当于网页端 AR/VR 应用领域的 Steam 平台。

挑战

  • 如何保持低延迟、高精度的场景，以及快速处理数据进行渲染和展示动画的能力。
  • 传统的通信方法速度不够快。查看场景产生的大量数据可能超出渲染限制。

WebAR

优缺点

和 WebXR 有相似的优缺点。

  • 优点：跨平台、传播方便（ URL 的格式传播）
  • 缺点：
    • 各浏览器标准不统一
    • 3D 内容加载慢，无法实现复杂的内容
    • 渲染质量低
    • 无法实现复杂交互（受限于浏览器传统交互方式）

WebAr 框架及关键原理











  • 效果如下： codepen 地址、识别图片地址

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  • 还有一些独立功能的框架：

    • 识别与追踪：Tracking.js、JSFeat、ConvNetJS、deeplearn.js、keras.js 。获取到视频流之后的工作就是识别和追踪。不管是对于 native AR 还是 WebAR，目前的识别算法与框架已经非常成熟，难就难在识别之后如何跟踪，如何更好更稳定更高质量的跟踪。
      • 方式一：在前端直接处理视频流。在前端直接进行图像处理，可以用 Tracking.js 和 JSFeat。这两个库类似，都是在前端做计算机视觉的，包括提取特征点、人脸识别等。
      • 方式二：前端传输视频流给后端，后端处理完毕返回结果到前端，目前有一些云识别服务就是如此。
    • 渲染与交互：A-Frame、Three.js、Babylon.js、Pixi.js、WebGL
      • A-Frame：基于 Three.js 的开源框架，可以在 HTML 中直接配置场景，适用于简单的 3D 场景搭建

  • 框架库实现原理：上面提到的 AR 框架实现原理大都如下图所示：

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性能方案

  • 把纯计算的代码移到 WebGL 的 shader 或 Web Worker 里
    • WebGL 调用 GPU 加速
      • shader 可以用于加速只和渲染（重绘）有关的代码，无关渲染的代码放入 shader 中反而会造成重复计算
    • Web Worker
      • 适用于事先计算或实时性要求不高的代码，如布局算法
  • WebAssembly
  • gpu.js
    • 将简单的 JavaScript 函数转换为着色器语言并编译它们，以便它们在您的 GPU 上运行。如果 GPU 不可用，函数仍将在常规 JavaScript 中运行。
  • 用滤波算法（比如卡尔曼滤波）将卡顿降到更小，让用户从视觉感受上似乎更流畅

市场化解决方案

扩展

  • 企业 AR：2021 年的 7 个实际用例：arvrjourney.com/enterprise-…
    • 主流领域：远程协助、医疗诊断、销售、培训、物流、制造、原型设计

相关资料


作者：宫秋
链接：https://juejin.cn/post/7001419484376350727
来源：稀土掘金
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

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2021-11-11

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