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在 Vue 中，如何结合 `WebXR API`，实现一个沉浸式的 AR/VR 应用？

各位观众老爷，大家好！我是今天的主讲人，咱们今天聊点刺激的——如何在 Vue 里玩转 WebXR，打造沉浸式的 AR/VR 应用！准备好了吗？咱们发车咯！

一、WebXR 是个啥玩意？

首先，咱们得搞清楚 WebXR 到底是啥。简单来说，WebXR API 是一套浏览器提供的标准接口，专门用来创建增强现实 (AR) 和虚拟现实 (VR) 体验的。它让我们可以直接在浏览器里，利用各种 AR/VR 设备（比如 VR 头显、AR 眼镜，甚至是手机摄像头），构建各种酷炫的应用，而不用安装额外的插件或者软件。

二、Vue + WebXR：天作之合？

Vue 作为前端界的扛把子之一，以其组件化、易用性等特点深受大家喜爱。那么，Vue 和 WebXR 结合，能擦出怎样的火花呢？

  • 组件化开发： Vue 的组件化思想，可以很好地组织 WebXR 应用的代码，将复杂的场景拆分成一个个独立的组件，方便维护和复用。
  • 响应式数据： Vue 的响应式数据绑定，可以实时更新 AR/VR 场景中的元素，实现互动性强的体验。
  • 生态系统： Vue 拥有庞大的生态系统，可以利用各种第三方库，简化 WebXR 应用的开发。

三、准备工作：磨刀不误砍柴工

在开始之前，我们需要做一些准备工作：

  1. 一个现代浏览器： Chrome、Firefox、Edge 等浏览器都支持 WebXR API，但最好使用最新版本，以获得最佳的兼容性和性能。
  2. 一个支持 WebXR 的设备： 如果你有 VR 头显或 AR 眼镜，那就更好了。如果没有，也可以使用手机摄像头模拟 AR 体验。

  3. Vue 项目： 你需要先创建一个 Vue 项目。如果你还没有，可以使用 Vue CLI 快速创建一个：

    npm install -g @vue/cli
vue create my-xr-app
cd my-xr-app

四、核心代码：撸起袖子就是干

接下来，咱们就开始编写核心代码了。为了方便大家理解，我们以一个简单的 AR 应用为例：在手机摄像头拍摄的画面上，显示一个 3D 模型。

  1. 安装 Three.js： Three.js 是一个流行的 JavaScript 3D 库，可以简化 WebGL 的开发。我们将使用它来加载和渲染 3D 模型。

    npm install three

  2. 创建 XR 组件： 在 src/components 目录下，创建一个名为 XRScene.vue 的组件。

    <template>
  <div ref="container" style="width: 100%; height: 100%;"></div>
</template>

<script>
import * as THREE from 'three';
import { ARButton } from 'three/examples/jsm/webxr/ARButton.js';

export default {
  mounted() {
    this.init();
    this.animate();
  },
  beforeUnmount() {
      this.renderer.setAnimationLoop(null); // 停止动画循环
      this.renderer.dispose(); // 释放WebGL资源
      this.scene.dispose(); // 释放场景资源
      this.camera = null;
      this.scene = null;
      this.renderer = null;
      this.model = null;
      window.removeEventListener('resize', this.onWindowResize);
  },
  data() {
    return {
      camera: null,
      scene: null,
      renderer: null,
      model: null,
    };
  },
  methods: {
    init() {
      const container = this.$refs.container;

      this.scene = new THREE.Scene();

      this.camera = new THREE.PerspectiveCamera(
        70,
        window.innerWidth / window.innerHeight,
        0.01,
        20
      );

      this.renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
      this.renderer.setPixelRatio(window.devicePixelRatio);
      this.renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
      this.renderer.xr.enabled = true; // 启用 WebXR
      container.appendChild(this.renderer.domElement);

      // 添加 AR Button
      document.body.appendChild(ARButton.createButton(this.renderer, {
          requiredFeatures: ['hit-test'],
          optionalFeatures: ['dom-overlay'],
          domOverlay: { root: document.body }
      }));

      // 创建一个简单的 3D 模型 (这里使用一个立方体)
      const geometry = new THREE.BoxGeometry(0.1, 0.1, 0.1);
      const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
      this.model = new THREE.Mesh(geometry, material);
      this.model.position.set(0, 0, -0.5); // 稍微往前放一点
      this.scene.add(this.model);

      // 创建一个光线投射器，用于检测平面
      this.raycaster = new THREE.Raycaster();
      this.hitTestSource = null;
      this.hitTestSourceRequested = false;

      this.renderer.xr.addEventListener('sessionstart', () => {
        this.createHitTestSource();
      });
      this.renderer.xr.addEventListener('sessionend', () => {
          this.hitTestSourceRequested = false;
          this.hitTestSource = null;
      });

      // 监听窗口大小改变事件
      window.addEventListener('resize', this.onWindowResize);
    },
    onWindowResize() {
      this.camera.aspect = window.innerWidth / window.innerHeight;
      this.camera.updateProjectionMatrix();
      this.renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
    },
    animate() {
      this.renderer.setAnimationLoop(this.render);
    },
    render(timestamp, frame) {
      if (frame) {
        const referenceSpace = this.renderer.xr.getReferenceSpace();
        const session = this.renderer.xr.getSession();

        if (this.hitTestSourceRequested === false) {
          this.createHitTestSource();
          this.hitTestSourceRequested = true;
        }

        if (this.hitTestSource) {
          const hitTestResults = frame.getHitTestResults(this.hitTestSource);

          if (hitTestResults.length) {
            const hit = hitTestResults[0];

            const pose = hit.getPose(referenceSpace);

            this.model.position.set(pose.transform.position.x, pose.transform.position.y, pose.transform.position.z);
            this.model.quaternion.copy(pose.transform.orientation);

          }
        }
      }

      this.renderer.render(this.scene, this.camera);
    },
    createHitTestSource() {
      const session = this.renderer.xr.getSession();

      session.requestReferenceSpace('viewer').then((referenceSpace) => {
          session.requestHitTestSource({ space: referenceSpace }).then((source) => {
              this.hitTestSource = source;
          });
      });
    }
  },
};
</script>

<style scoped>
</style>

  3. 在 App.vue 中使用 XR 组件：

    <template>
  <div id="app">
    <XRScene />
  </div>
</template>

<script>
import XRScene from './components/XRScene.vue';

export default {
  components: {
    XRScene,
  },
};
</script>

<style>
body {
  margin: 0;
  overflow: hidden; /* 防止滚动条 */
}
</style>

代码解释：

  • *`import as THREE from ‘three’;`：** 导入 Three.js 库。
  • import { ARButton } from 'three/examples/jsm/webxr/ARButton.js';： 导入 Three.js 提供的 ARButton，用于方便用户启动 WebXR 会话。
  • init() 方法：
    • 初始化 Three.js 的场景、相机和渲染器。
    • 启用 WebXR 功能：this.renderer.xr.enabled = true;。
    • 创建一个简单的 3D 模型（立方体）。
    • 将 ARButton 添加到页面中，点击该按钮可启动AR会话
    • 监听窗口大小改变事件。
  • animate() 方法： 启动动画循环，不断渲染场景。
  • render() 方法：
    • 这个函数会在每一帧都执行。
    • 获取 WebXR 会话的引用空间。
    • 使用 frame.getHitTestResults() 方法，检测平面。
    • 如果检测到平面，则将 3D 模型放置在平面上。
    • 渲染场景。
  • createHitTestSource() 方法:
    • 创建hit-test source, 它用于持续地在场景中寻找平面。
  • beforeUnmount() 方法:
    • 组件卸载时，需要清理资源，防止内存泄漏。包括停止动画循环，释放WebGL资源，释放场景资源，将相关变量设置为null, 移除窗口大小改变事件监听器。

五、运行项目：见证奇迹的时刻

  1. 启动开发服务器：

    npm run serve

  2. 在支持 WebXR 的浏览器中打开项目：

    • 如果你的设备支持 WebXR，浏览器会提示你授权访问摄像头。
    • 授权后，你就可以在手机摄像头拍摄的画面上，看到一个 3D 立方体了。

六、进阶玩法：让你的应用更上一层楼

  • 加载更复杂的 3D 模型： Three.js 支持加载各种 3D 模型格式，比如 GLTF、OBJ 等。你可以从网上下载一些免费的 3D 模型，或者使用 3D 建模软件创建自己的模型。
  • 添加交互： 你可以使用 Three.js 的射线投射 (Raycasting) 功能，检测用户点击或触摸屏幕的位置，并与 3D 模型进行交互。
  • 使用 AR.js 或 A-Frame： AR.js 和 A-Frame 是两个流行的 Web AR 框架，可以简化 AR 应用的开发。
  • 优化性能： AR/VR 应用对性能要求很高，需要注意优化代码，减少资源消耗。可以使用 Three.js 的 LOD (Level of Detail) 功能，根据距离调整模型的细节程度。

七、常见问题：扫清障碍，一路畅通

  • WebXR 初始化失败： 可能是浏览器版本过低，或者设备不支持 WebXR。
  • 摄像头权限被拒绝： 确保你已经授权浏览器访问摄像头。
  • 3D 模型显示不出来： 检查模型路径是否正确，或者模型文件是否损坏。
  • 性能问题： 优化代码，减少资源消耗。

八、总结：WebXR 的未来

WebXR API 的出现，为 Web 带来了无限的可能性。随着 AR/VR 技术的不断发展，WebXR 将会在游戏、教育、电商等领域发挥越来越重要的作用。

九、实战案例

下面是一些使用 WebXR API 的实战案例，希望能给你带来一些灵感：

案例 描述 使用技术
AR 家具摆放 用户可以使用手机摄像头，在现实环境中预览家具的摆放效果。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 模型加载和渲染), Hit-test API (平面检测)
VR 虚拟旅游 用户可以使用 VR 头显，体验身临其境的虚拟旅游。 WebXR API (VR session), Three.js (3D 场景加载和渲染), WebGL (图形渲染)
AR 教育应用 学生可以使用 AR 应用，在现实环境中学习生物、化学等知识。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 模型加载和渲染), Hit-test API (平面检测), JavaScript (逻辑控制)
VR 游戏 用户可以使用 VR 头显，体验沉浸式的 VR 游戏。 WebXR API (VR session), Three.js (3D 场景加载和渲染), WebGL (图形渲染), Gamepad API (手柄控制)
AR 测量工具 用户可以使用手机摄像头，在现实环境中测量物体的大小和距离。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 渲染), Computer Vision (图像识别), JavaScript (数据处理)
AR 艺术创作 用户可以使用 AR 应用，在现实环境中创作 AR 艺术作品。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 渲染), Touch Events (用户交互), JavaScript (逻辑控制)
VR 社交应用 用户可以使用 VR 头显，在虚拟世界中与朋友进行社交。 WebXR API (VR session), Three.js (3D 场景加载和渲染), WebSockets (网络通信), Avatar Models (虚拟形象)
AR 购物体验 用户可以使用 AR 应用，在现实环境中试穿衣服或试戴眼镜。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 模型加载和渲染), Face Tracking (面部追踪), JavaScript (逻辑控制)
VR 培训模拟 员工可以使用 VR 头显，进行安全培训或技能培训。 WebXR API (VR session), Three.js (3D 场景加载和渲染), Physics Engines (物理引擎), Scenario Scripting (场景脚本)
AR 工业维护 工程师可以使用 AR 应用，在现实环境中查看设备的维护信息和操作指南。 WebXR API (AR session), Three.js (3D 模型加载和渲染), Object Recognition (物体识别), Data Overlay (数据叠加)

十、最后的叮嘱

WebXR 是一片充满机遇的蓝海，希望大家能够积极探索，创造出更多令人惊艳的 AR/VR 应用！ 今天的分享就到这里，感谢大家的观看！ 咱们下期再见！

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