元宇宙相关的前端技术
大家好，我是 漫步，今天带来一篇文章带你了解哪些跟元宇宙相关的前端技术。喜欢记得关注我并设为星标，方便及时收到更新。
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。
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。
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
image.png
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[1]
相关 API 示例：immersive-web.github.io/webxr-sampl…[2]
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);
}
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[3]
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
unity-webxr-export：github.com/De-Panther/…[4]
社区生态
XR Swim[5]：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
实现 AR 需要：识别、追踪和渲染
AR SDK：谷歌 AR 团队（Google AR[6]）提供 WebARonARKit, WebARonARCore。均具备运动追踪、环境感知和光线感应等功能。
苹果：WebARonARKit[7]（源自移动端 ARKit）
安卓：WebARonARCore[8]（源自移动端 ARCore）
主流AR 框架：目前维护和使用比较多的是 AR.js[9]，另外还有一些其他的：
three.ar.js：github.com/google-ar/t…[10]
ARToolKit：www.hitl.washington.edu/artoolkit/[11]
JSARToolKit：github.com/kig/JSARToo…[12]
argon.js：www.argonjs.io/[13]
awe.js：awe.media/#main[14]
tracking.js：github.com/eduardolund…[15]
AR.js：具备上述提到的从信息获取到处理、渲染绘制的能力。
主要是封装了：
WebRTC：获取视频流（最关键的 API 方法是 getUserMedia() ，实时获取摄像头的视频流）
JSARToolKit[16]：主要提供了识别和追踪 marker 的功能。（1999 年发布，一直更新至今）
Three.js、Babylon.js、A-Frame（这几个都是基于 WebGL 的渲染库）
用十行 HTML 就实现 AR[17]：
