JS `WebXR` (`AR/VR`) 应用中的性能与交互优化

嘿，各位XR探险家们！今天咱们来聊聊WebXR应用里那些让人头疼又兴奋的性能和交互优化。都说AR/VR是未来，但未来要是卡成PPT，那可就尴尬了。别怕，咱们一起把这些拦路虎给收拾了！

第一章：开胃小菜——性能优化基础篇

性能优化就像做菜，食材（代码）不好，厨艺再高也白搭。所以，咱们先从基础入手。

渲染预算：你的CPU和GPU也是要休息的！

WebXR应用最重要的是帧率。目标是稳定在60fps以上，掉帧会让人头晕想吐。所以，我们要了解渲染预算。

CPU预算： 每帧大概16.67毫秒。
GPU预算： 同上。

超过这个时间，你就等着掉帧吧！

检测工具： 浏览器的开发者工具（Performance面板）、WebXR API提供的性能信息。

// 获取WebXR会话
navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
    requiredFeatures: ['local'], // 或者 'immersive-vr'
}).then(session => {
    session.requestAnimationFrame(renderLoop);
});

function renderLoop(time, frame) {
    if (frame) {
        const pose = frame.getViewerPose(referenceSpace); // referenceSpace 是你的坐标系
        if (pose) {
            // 在这里进行渲染
            // 可以测量渲染时间，看看是否超过预算
            const startTime = performance.now();

            // ... 渲染代码 ...

            const endTime = performance.now();
            const renderTime = endTime - startTime;

            if (renderTime > 16.67) {
                console.warn("渲染时间超过预算：", renderTime, "ms");
            }
        }
    }
}

模型优化：瘦身是王道！

模型越复杂，渲染压力越大。所以，给你的模型减减肥吧！
- 减少多边形数量： 别用上百万面的模型，能省则省。
- 使用LOD（Level of Detail）： 远处的物体用低精度模型，近处的用高精度模型。
- 纹理优化： 纹理大小要适中，不要用4K纹理去渲染一个按钮。
```
// 伪代码示例：LOD实现
function renderObject(distance) {
    if (distance > 10) {
        // 渲染低精度模型
        renderLowPolyModel();
    } else {
        // 渲染高精度模型
        renderHighPolyModel();
    }
}
```
光照与阴影：炫酷但费电！

光照和阴影能让场景更真实，但也更耗性能。
- 烘焙光照： 把静态光照效果预先计算好，存成贴图。
- 减少实时光照数量： 一个场景里不要有太多实时光源。
- 使用简单的阴影： 比如Blob Shadow（圆形阴影）。
```
// 伪代码：烘焙光照贴图
material.aoMap = bakedAmbientOcclusionTexture; // 环境光遮蔽
material.lightMap = bakedLightMapTexture; // 光照贴图
```

Draw Call：能省就省！

Draw Call是CPU通知GPU渲染的指令。Draw Call越多，CPU压力越大。

合并几何体： 将多个小物体合并成一个大物体。
使用材质图集（Texture Atlas）： 将多个小纹理合并成一张大纹理。
使用Instancing： 渲染大量相同的物体，只需一次Draw Call。

// Three.js示例：Instancing
const geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 );
const material = new THREE.MeshBasicMaterial( {color: 0xff0000} );
const mesh = new THREE.InstancedMesh( geometry, material, 1000 ); // 创建1000个实例
scene.add( mesh );

// 设置每个实例的位置
const dummy = new THREE.Object3D();
for ( let i = 0; i < 1000; i ++ ) {
    dummy.position.set( Math.random() * 10, Math.random() * 10, Math.random() * 10 );
    dummy.updateMatrix();
    mesh.setMatrixAt( i, dummy.matrix );
}
mesh.instanceMatrix.needsUpdate = true;

第二章：进阶技巧——更上一层楼！

掌握了基础，咱们来点高级的。

WebAssembly：性能加速器！

WebAssembly是一种新的二进制格式，可以让你用C/C++等高性能语言编写代码，然后在浏览器里运行。

适用于计算密集型任务： 比如物理模拟、图像处理。

// C++ 代码 (example.cpp)
extern "C" {
    float add(float a, float b) {
        return a + b;
    }
}

// 编译成WebAssembly
// emcc example.cpp -s WASM=1 -s EXPORTED_FUNCTIONS="['_add']" -o example.js

// JavaScript 代码
fetch('example.wasm')
    .then(response => response.arrayBuffer())
    .then(bytes => WebAssembly.instantiate(bytes, {}))
    .then(results => {
        const instance = results.instance;
        const add = instance.exports._add;
        console.log(add(1.0, 2.0)); // 输出 3
    });

Worker线程：释放主线程的压力！

Worker线程可以在后台运行JavaScript代码，不会阻塞主线程。

适用于耗时操作： 比如加载模型、计算路径。

// 主线程
const worker = new Worker('worker.js');
worker.postMessage({ task: 'loadModel', url: 'model.glb' });

worker.onmessage = (event) => {
    if (event.data.type === 'modelLoaded') {
        // 模型加载完成
        const model = event.data.model;
        scene.add(model);
    }
};

// worker.js
self.onmessage = (event) => {
    if (event.data.task === 'loadModel') {
        const url = event.data.url;
        // 加载模型... (这里可以使用GLTFLoader等)
        loadGLTFModel(url).then(model => {
            self.postMessage({ type: 'modelLoaded', model: model });
        });
    }
};

XR Compositor：让系统帮你优化！

XR Compositor是WebXR API的一部分，它负责将你的场景渲染到设备上。利用它的特性可以提高性能。

使用requestAnimationFrame： 不要自己写渲染循环，交给系统管理。
利用XRFrame对象： 获取设备姿态、预测未来姿态。

function renderLoop(time, frame) {
    const session = frame.session;
    session.requestAnimationFrame(renderLoop);

    const pose = frame.getViewerPose(referenceSpace);
    if (pose) {
        const glLayer = session.renderState.baseLayer;
        gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, glLayer.framebuffer);
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

        // 渲染场景
        renderer.render(scene, camera);
    }
}

固定Foveated Rendering (FFR)：把好钢用在刀刃上！

这个技术允许你降低周边区域的渲染分辨率，只在高清晰度渲染用户眼睛注视的区域。想想看，周边模糊一点，谁会注意呢？
- 节省GPU资源： 显著提高性能。
- 需要硬件支持： 不是所有设备都支持。
```
//需要启用`'fixed-foveated-rendering'`特性
navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
    requiredFeatures: ['local', 'fixed-foveated-rendering'],
}).then(session => {
    // 设置固定焦点渲染
    session.updateRenderState({
        fixedFoveation: 1.0 // 值在0.0 (最低) 和 1.0 (最高) 之间
    });
});
```
这个值需要根据实际情况调整，太低了会影响用户体验。

第三章：交互优化——用户体验至上！

性能是基础，交互是灵魂。一个卡顿但操作流畅的应用，总比一个流畅但操作反人类的应用要好。

输入处理：响应要快！

AR/VR应用的输入方式很多，比如手柄、手势、语音。处理输入要快，才能让用户感觉流畅。

减少延迟： 尽量减少输入到反馈的延迟。
使用预测算法： 预测用户下一步的动作。
避免阻塞主线程： 输入处理放在Worker线程里。

// 获取手柄输入
session.addEventListener('inputsourceschange', (event) => {
    const inputSources = session.inputSources;
    for (const source of inputSources) {
        if (source.gamepad) {
            // 处理手柄输入
            const gamepad = source.gamepad;
            const axes = gamepad.axes; // 摇杆
            const buttons = gamepad.buttons; // 按钮
            // ...
        }
    }
});

UI设计：简单易懂！

AR/VR里的UI设计和传统的UI设计不一样。
- 简洁： 避免复杂的UI元素，信息越少越好。
- 可读性： 字体要大，颜色要对比鲜明。
- 位置： UI元素要放在用户容易看到的地方，但不要挡住视线。
- 使用3D UI： 让UI元素融入场景。
反馈：及时响应！

用户操作后，要及时给予反馈。
- 视觉反馈： 比如按钮按下时的颜色变化、动画效果。
- 听觉反馈： 比如点击时的音效、语音提示。
- 触觉反馈： 比如手柄震动。
```
// 手柄震动
if (gamepad.hapticActuators && gamepad.hapticActuators.length > 0) {
    gamepad.hapticActuators[0].pulse(0.5, 100); // 强度0.5，时长100毫秒
}
```

空间交互：充分利用空间！

AR/VR最大的优势就是可以和空间进行交互。

手势交互： 用手势来控制物体、导航。
语音交互： 用语音来控制应用。
物理交互： 让虚拟物体和真实世界互动。

// 射线投射（Raycasting）
const raycaster = new THREE.Raycaster();
raycaster.setFromCamera(new THREE.Vector2(), camera); // 从相机中心发射射线
const intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children); // 检测射线和物体的相交

if (intersects.length > 0) {
    // 射线和物体相交
    const intersectedObject = intersects[0].object;
    // ...
}

第四章：工具与实践——磨刀不误砍柴工！

光说不练假把式，咱们来推荐一些好用的工具，再分享一些实战经验。

常用工具：
- Three.js： WebGL库，简化3D开发。
- Babylon.js： 另一个WebGL库，功能强大。
- A-Frame： 基于HTML的WebXR框架，上手简单。
- React Three Fiber： 在React中使用Three.js。
- GLTF Viewer： 查看和优化GLTF模型。
- WebXR Emulator： 在电脑上模拟WebXR环境。
实战经验：
- 从小做起： 先做一个简单的Demo，再逐步增加功能。
- 多测试： 在不同的设备上测试，确保兼容性。
- 多学习： 关注WebXR的最新发展，学习新的技术。
- 社区交流： 和其他开发者交流经验，共同进步。

代码示例(Three.js)：优化版的点击交互

// 优化版的点击交互，避免每次都创建新的 Raycaster
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const pointer = new THREE.Vector2();

function onPointerMove( event ) {
    // 将鼠标位置归一化为设备坐标。x 和 y 方向的取值范围是 (-1 to +1)
    pointer.x = ( event.clientX / window.innerWidth ) * 2 - 1;
    pointer.y = - ( event.clientY / window.innerHeight ) * 2 + 1;
}

function render() {
    // 通过相机和鼠标位置更新射线
    raycaster.setFromCamera( pointer, camera );

    // 计算物体和射线的焦点
    const intersects = raycaster.intersectObjects( scene.children );

    if ( intersects.length > 0 ) {
        // 高亮显示
        intersects[ 0 ].object.material.color.set( 0xff0000 );
    } else {
        // 恢复原始颜色
        // 注意：需要保存原始颜色，或者使用状态管理
    }
    renderer.render( scene, camera );
}

window.addEventListener( 'pointermove', onPointerMove );
renderer.setAnimationLoop( render );

这个例子避免了每次渲染都创建新的Raycaster对象，减少了内存分配和垃圾回收的开销。

结尾语：

WebXR的性能和交互优化是一个持续学习的过程。希望今天的分享能帮助大家在XR的道路上少走弯路，做出更棒的应用！记住，代码可以重构，但用户体验不能妥协！下次再见，祝大家编码愉快！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复