隨着智能硬件的普及,手機,平板,PC甚至路邊的電子廣告牌,現代瀏覽器已經無處不在。在瀏覽器裏編織出咱們本身的一片天地已經輕車熟路,可是這還不夠,H5賦予了瀏覽器太多的新特性,等待咱們去使用。這篇文章介紹利用手機瀏覽器的羅盤API,在PC的瀏覽器實時地繪製一個3D盒模型。javascript
這種炫酷的玩法叫作「多屏互動」,就像是把手機當作遊戲手柄,PC顯示器當作電視機,不過這些都是在瀏覽器裏實現的。css
先上效果圖html
(測試機是刷了小米系統的裂了屏幕的HTC霹靂2+Chrome瀏覽器)前端
源碼請戳這裏:https://coding.net/u/OverTree...html5
本地測試過程:java
在PC上,使用命令 node index.js,自動打開項目主頁。(請關閉ADsafe,若有虛擬機,請停用虛擬網卡)node
建立一個「房間」並自動進入「房間」。jquery
用手機掃描「房間」內任意位置的二維碼。git
確保手機和PC能夠相互PING通github
ADsafe是個很好用的去廣告軟件,可是會阻止本機IP訪問,可能形成項目首頁打不開,因此請先暫時關閉
本程序會自動獲取本機IP,若是有虛擬網卡,IP地址可能獲取不正確
一個物體在空間內的旋轉體位,均可以用一個方向向量(x,y,z)和旋轉角度(angle)來表示。也就是CSS3transform
的rotate3d(x,y,z,angle)
這個函數的4個參數。
想要在瀏覽器裏方便的繪製一個立體模型的的旋轉,重點就是利用手機瀏覽器的H5新特性去獲取手機旋轉狀態的數據,而後轉化成這4個參數。
devicemotion
顧名思義設備運動
其實不只僅有重力感應的數據,還有移動加速度,擺動角度。
不過這個接口傾向於運動時瞬間的數據展現,靜止時,除了重力加速度,其餘數據(移動加速度,擺動角度)基本爲0。
window.addEventListener('devicemotion', deviceMotionHandler, true); function deviceMotionHandler(evt){ if(evt.accelerationIncludingGravity){ document.body.innerHTML = "x軸加速度: " + evt.accelerationIncludingGravity.x + "<br>" + "y軸加速度: " + evt.accelerationIncludingGravity.y + "<br>" + "z軸加速度: " + evt.accelerationIncludingGravity.z + "<br>" } if(evt.rotationRate ){ document.body.innerHTML += "x軸扭轉: " + evt.rotationRate.beta + "<br>" + "y軸扭轉: " + evt.rotationRate.gamma + "<br>" + "z軸扭轉: " + evt.rotationRate.alpha + "<br>" } }
(魅族老機型,安卓4.4.4的自帶瀏覽器對此API支持不徹底,請另外安裝QQ瀏覽器)
在手機瀏覽器裏運行以上代碼,並稍微晃動,會看到打印數據狂跳。
拿到了數據,接下來開始觀察規律。
手機屏幕朝上,水平靜止放置,Z軸重力加速度爲9.8,Y,X爲0。
手機屏幕朝下,水平靜止放置,Z軸重力加速度爲-9.8,Y,X爲0。
手機話筒朝下,豎直靜止放置,Y重力加速度爲9.8, X,Z爲0。
手機話筒朝上,豎直靜止放置,Y重力加速度爲-9.8, X,Z爲0。
手機右側朝上,豎直靜止放置,X重力加速度爲9.8, Y,Z爲0。
手機左側朝下,豎直靜止放置,X重力加速度爲-9.8, Y,Z爲0。
那麼手機的空間座標以下圖:
箭頭指向都是座標正方向。
當手機開始傾斜,X,Y,Z軸的加速度份量都有值,且絕對值都小於9.8。根據份量的數值,是能夠算出手機在三維空間的傾斜狀態,只不過這個計算過程複雜,並且在手機運動時,重力加速度的值並不許確表達當前傾斜。通常不用這個數據去計算手機在三維空間的傾斜。
當手機水平放置,撥動手機,使其慢慢旋轉,重力加速度的數據並無變化。
因此,重力感應的這個API,只能獲取設備當前的傾斜狀態,而沒法獲取設備的旋轉方向。而一些簡單的功能,好比搖一搖,晃一晃,就能夠用這個接口去實現。
利用重力感應的API,能夠輕鬆利用高中數學的反三角函數,實現XY二維平面的旋轉,效果以下:
代碼以下:
function deviceMotionHandler(evt){ var angle = Math.atan2( 0 - evt.accelerationIncludingGravity.x , evt.accelerationIncludingGravity.y ).toFixed(2) / Math.PI * 180 ; }
這個 angle 就能夠直接應用在DOM的CSS屬性transform:rotate(angle deg)
上。
window.addEventListener('deviceorientation', deviceOrientationHandler, true); function deviceMotionHandler(evt){ document.body.innerHTML = "z軸旋轉(羅盤方向) alpha: " + event.alpha + "<br>" + "y軸旋轉 gamma: " + event.gamma + "<br>" + "x軸旋轉 beta: " + event.beta }
重點來了,deviceorientation
可以很好的表現物體在空間中的狀態,旋轉方向,傾斜角度,不管是靜止仍是運動或者加速運動。
這裏要和devicemotion
的 evt.rotationRate
區分一下,雖然都有alpha,gamma,beta 可是 devicemotion
描述的是旋轉變化了的角度值,物體角度變化纔會有數據,靜止了以後就變爲0,而 deviceorientation
的是描述是靜止時的角度值。
這三個數值的單位都是deg,如何轉化爲CSS3 transform:rotate3d(x,y,z,angle)
的4個參數,對於沒有任何3D知識的前端狗來講是個挺麻煩的問題。
如今要引入一個概念:四元數
四元數是個高階複數 q = [w,x,y,z]。
四元數的基本數學方程爲 :
q = cos (a/2) + i(x sin(a/2)) + j(y sin(a/2)) + k(z * sin(a/2)) 其中a表示旋轉角度,(x,y,z)表示旋轉軸。
四元數表示一個完整的旋轉。
四元數能夠由各軸旋轉角(alpha,beta,gamma)求得。
四元數能夠轉換旋轉軸(x,y,z)和旋轉角度(angle)。
做爲初試,本篇並不深刻討論四元數的具體定義,難點是獲取四元數[w,x,y,z]。
好在官方提供了旋轉角(alpha,beta,gamma)轉換成四元數的方法
https://w3c.github.io/deviceo...
在這個頁面內搜索 getQuaternion
另外我根據數學公式反求,寫了一個四元數轉(x,y,z,angle) 的函數 getAcQuaternion
代碼以下:
var degtorad = Math.PI / 180; function getQuaternion( alpha, beta, gamma ) { //官方求四元數方法 var _x = beta ? beta * degtorad : 0; // beta value var _y = gamma ? gamma * degtorad : 0; // gamma value var _z = alpha ? alpha * degtorad : 0; // alpha value var cX = Math.cos( _x/2 ); var cY = Math.cos( _y/2 ); var cZ = Math.cos( _z/2 ); var sX = Math.sin( _x/2 ); var sY = Math.sin( _y/2 ); var sZ = Math.sin( _z/2 ); var w = cX * cY * cZ - sX * sY * sZ; var x = sX * cY * cZ - cX * sY * sZ; var y = cX * sY * cZ + sX * cY * sZ; var z = cX * cY * sZ + sX * sY * cZ; return [ w, x, y, z ]; } function getAcQuaternion( _w, _x, _y, _z ) { //個人四元數轉旋轉軸和旋轉角度方法 var rotate = 2 * Math.acos(_w)/degtorad ; var x = _x / Math.sin(degtorad * rotate/2) || 0; var y = _y / Math.sin(degtorad * rotate/2) || 0; var z = _z / Math.sin(degtorad * rotate/2) || 0; return {x:x,y:y,z:z,rotate:rotate}; } function deviceMotionHandler(evt){ // deviceorientation 事件處理函數 var qu = getQuaternion(evt.alpha,evt.beta,evt.gamma); var rotate3d = getAcQuaternion(qu[0],qu[1],qu[2],qu[3]); // rotate3d的參數已經有了,隨你處理咯。我是把他送給服務器,交給PC,在PC上顯示旋轉 }
這裏有個3D裏的概念,攝像機位置。咱們的PC顯示器就是一個攝像機。只能被動的從某一個角度展現拍攝的景象。正常狀況下,手機所在平面應該和顯示器所在平面平行,且垂直於地平面的角度。就比如是,攝像機正對着手機正面拍攝。
若是校準的時候手機並無垂直於地平面,攝像機的位置就不必定是正前方了。這時候展現的畫面並非水平同步的了。
以下圖所示,校準時,手機屏幕朝上。這時候攝像機位置就在天花板上了,你看到的成像就是俯視圖。
同理,校準時,手機屏幕朝下,這時候攝像機的位置就是在地上,往上拍攝,你看到的成像就是仰視圖。
總結起來就是:校準時,手機屏幕朝着哪裏,攝像機就在那裏拍攝着屏幕,一動不動。
demo的兼容性測試並不理想
在iOS平臺上測試良好,且流暢。
在安卓平臺上,除了chrome瀏覽器以外的瀏覽器,會出現各類問題,主要表如今羅盤數據不許確。
而chrome瀏覽器並無掃一掃功能,由於在國外並不流行這個玩意。因此在安卓平臺上就很蛋疼,還要多裝一個我查查,才能完總體驗。
(若是出現旋轉不許確的問題,能夠嘗試校準羅盤,大概就是拿着手機畫8。百度一下方法有不少)
代碼若是有兼容寫法,或者有其餘兼容問題請賜教,能夠在coding上私信我(OverTree ),不勝感激。
PC瀏覽器的做用就是可以顯示房間信息,建立房間。
顯示房間,建立時間,參與人數,點擊進入。
建立一個房間,成功後自動進入房間。
在房間內,接受服務器轉發的手機端的消息,並做出相應動做,包括上線,校準,旋轉,下線。
上線時,安排就坐(隱藏二維碼,顯示模型)
校準時,從新設置模型的顯示角度。
旋轉時,就旋轉咯。
下線時,從新顯示二維碼(顯示二維碼,隱藏模型)
重點是房間裏的事情。因此這裏就只介紹進入房間發生的事吧。
首先房間參數要正確,至少有房間編號。
房間路由:
/room/[roomNumber]
roomNumber是一串16位隨機字符串。
座位路由:
/room/[roomNumber]/[seatNumber]
var uri = win.location.pathname.split('/'),roomNumber; function initUrlData(){ if(uri.length>=3 && uri[1] == "room"){ roomNumber = uri[2]; document.title = "虛擬房間 "+ roomNumber + "號" return 1; }else{ window.location.href = "/index"; return 0; } } function initWebSocket(){ var wsUri = "ws://"+ window.location.hostname +":<%= config.wsport %>"+"/ws/room"; //這裏用了一個ejs的佔位符,已便在服務器更改websocket端口時能夠及時使用正確端口。 var websocket = new WebSocket(wsUri); websocket.onopen = function(evt) { websocket.send(JSON.stringify({room:roomNumber})); }; //連接創建後,發送一個消息,代表在哪一個房間 websocket.onclose = function(evt) { }; websocket.onmessage = function(evt) { parseMessage(evt.data) //解析數據 }; websocket.onerror = function(evt) { }; //綁定了這些處理函數以後,websocket開始創建連接,而不是 New 的時候開始創建 } $(".room-place .qrcode").each(function(index,item){ $(item).qrcode({ "size": 200, "color": "#3a3", "text": window.location.origin + "/room/" + roomNumber + "/" + (index+1) }); //這裏用jQuery的插件,jquery-qrcode 按照座位路由初始化二維碼 })
作爲一名普通的前端人員,想要畫一個3D的模型,按照最熟悉的方法就是用CSS3了。
(若是是用Three.js的大神請跳過本節)
不過要很快畫出一個六面體出來,仍是須要想想的,畢竟這個技能不多用。
畫一個長方體
<section class="container"> <div id="box" > <figure class="front"><span>前</span></figure> <figure class="back"><span>後</span></figure> <figure class="right"><span>右</span></figure> <figure class="left"><span>左</span></figure> <figure class="top"><span>頂</span></figure> <figure class="bottom"><span>底</span></figure> </div> </section> <style> *{ margin: 0; /*不加會歪*/ } .container { width: 300px; height: 200px; position: relative; perspective: 1200px; /*攝像機距離,設置小的的話,立方體顯示會變形*/ } #box figure { display: block; position: absolute; border: 2px solid black; line-height: 200px; font-size: 40px; text-align: center; font-weight: bold; color: white; box-sizing: border-box; /*由於有2px寬的border,若是不設置爲此值,那麼每一個面的寬高都要少設置4個像素,才能對齊*/ } #box { width: 100%; height: 100%; position: absolute; transform-style: preserve-3d;/*這個很重要,默認是平面變形flat*/ } #box .front, #box .back { width: 300px; height: 200px; } #box .right, #box .left { width: 100px; height: 200px; left:100px; /*調整*/ } #box .top, #box .bottom { width: 300px; height: 100px; top:50px; /*調整*/ line-height:100px; } /*給每一個面上半透明的顏色*/ #box .front { background: hsla( 000, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .back { background: hsla( 160, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .right { background: hsla( 120, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .left { background: hsla( 180, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .top { background: hsla( 240, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .bottom { background: hsla( 300, 100%, 50%, 0.7 ); } #box .front { /*這個距離乘以2爲先後面的距離*/ transform: translateZ( 50px ); } #box .back { /*front面沿着x軸旋轉180度,作後面*/ transform: rotateX( -180deg ) translateZ( 50px ); } #box .right { /*這個距離乘以2爲左右面的距離*/ transform: rotateY( 90deg ) translateZ( 150px ); } #box .left { /*front面沿着y軸旋轉90度,作側面*/ transform: rotateY( -90deg ) translateZ( 150px ); } #box .top { /*這個距離乘以2爲長方體高*/ transform: rotateX( 90deg ) translateZ( 100px ); } #box .bottom { /*front面沿着x軸旋轉90度,作底面*/ transform: rotateX( -90deg ) translateZ( 100px ); } </style>
對這樣的css有什麼要吐槽的麼?
這樣的stylesheet簡直是刀耕火種時期的
若是用sass寫法,那麼只須要寫一次#box和多層嵌套就能夠了。
效果以下:
若是咱們使用webGL去繪製的話,導入一些現成的3D模型,不管物體仍是人物,均可以360度無死角的玩弄於手掌了。
(若是有蒼老師的模型,想一想還有點小激動呢,VR的感受說來就來啊 - -)
接下來就是等待來自手機端的旋轉信息,x,y,z,angle,使#box進行transform旋轉就是了。
$seat.find("#box"). css("transform","rotate3d(" + (-parseFloat(content.x))+"," //取反 + (+parseFloat(content.y))+"," + (-parseFloat(content.z))+"," //取反 + content.rotate +"deg)");
不取反的話,旋轉是錯誤的。我曾屢次嘗試給不一樣的座標取反,最終得出這個取反方法,是惟一顯示正常的組合。
沒法理解這兩個取反,猜想是由於css的x,y,z的座標和物理設備x,y,z的座標方向有差別吧。畢竟顯示器是平面的,他的x,y,z的定義不能和手機傳感器一致。
PC端的校準就簡單多了,在#box外套一層div.adjust。
當接受來自手機端的校準信息 x,y,z,angle,設置外套的 div.adjust 的旋轉爲 x,y,z,-angle 就行了。
$seat.find(".adjust"). css("transform","rotate3d(" + (-parseFloat(content.x))+"," + (+parseFloat(content.y))+"," + (-parseFloat(content.z))+"," + (-parseFloat(content.rotate)) +"deg)"); //取反
固然,這個adjust的樣式至少包含如下樣式
.adjust{ position: absolute; transform-style:preserve-3d; }
PC端的兼容性就好多了,只要是現代H5瀏覽器基本上沒有兼容性問題。
這個服務只作臨時數據的保存和消息轉發。
臨時數據:好比,各端的webSocket鏈接句柄,房間信息等,我把它們放在global全局對象下,就比如是共享內存,訪問方便,速度快。
global.ShareMem = { rooms:{ "12345678":{ //房間號作爲key,方便查找 player:[{socket:connection,place:place}], //手機端數組:鏈接句柄,座位號 projector:[], //PC端數組 id:"12345678", startTime:Date.now(), maxplayer:2, //最多座位數 type:"ddd" //房間類型 } } };
若是您是nodejs的大神,或者在用koajs、express等nodejs框架,請跳過本大節。由於我用原生的nodejs寫了一遍webServer,雖然重複造輪子很差,可是複習複習webServer的基本知識,仍是不錯的,本節適合新手入門。
包含知識點:header解析,靜態文件查找,gzip,文件hash計算,狀態碼。
/API /funMap.js /*http功能函數集合*/ /xxx.js /socketAPI /funMap.js /*webSocket功能函數集合*/ /xxx.js /Util /*工具目錄,獲取本地IP,打開默認瀏覽器*/ /webRoot /common /*公共資源目錄*/ /js /lib /css /m /*移動端html,js,css等*/ /p /*PC端html,js,css等*/ /index.js /*入口文件*/ /config.js /*配置文件,端口號,ws最大數據包大小等*/ /socketServer.js /*webSocket處理函數*/ /webServer.js
基本規則是這樣的,搭建靜態服務器,靜態資源正常讀取返回,html文件用ejs渲染後返回。
因爲ejs的緣由,html文件並無被修改,可是渲染後的內容被修改,好比,更改了ws的端口,可是html文件沒有修改。因此不能使用Last-Modified
來判斷是文件是否最新,而是要根據返回內容有沒有被改變來判斷,因此要用Etag
。
Etag須要根據內容算出hash值,通常用md5計算。
返回內容以前,須要進行gzip壓縮,用來節省帶寬。90KB的jquery.min.js能夠被gzip到30KB,壓縮纔是王道。
由於手機端和PC端執行的是徹底不一樣的代碼,因此要判斷從客戶端傳過來的user-agent
是否包含Mobile
字符串,以來區分客戶端是PC仍是手機,以便返回正確的資源。
經過簡單的約定,來區分靜態文件和REST請求
if (libPath.extname(pathName) == "") { //若是路徑沒有擴展名 if(params.length<=2){ pathName += "/"; //訪問根目錄 }else if(params[1]=="api"){ //訪問以api開頭 parseAPI(params,req,res); //功能函數 return ; }else{ pathName = params[1]+".html"; } }
我在這裏作了一個簡單的框架,在API目錄或者socketAPI目錄下新增js文件,一個js文件對應一個處理函數,而後在funMap.js中聚合爲一個Map,方便查找函數,也容易隔離和修改函數名。
var funMap = { "room":require("./room"), "changeName":require("./xxx"), "changeName2":require("./xxxyyy") }; module.exports = funMap;
客戶端訪問時就能夠經過 /api/[functionName] 來訪問想要的服務了。
nodejs自己並無提供webSockerServer的模塊,因此須要另外安裝一個。
在npm install的時候會安裝一個ws模塊,require("ws") 就能夠用了。用法與http模塊類似,都用 createServer({options},MainHandlerFunction)
建立服務,只是ws多了幾個參數。
主要是port
,注意不要和webserver端口重複。
還有一個 maxPayload
就是單個ws數據包最大大小,單位是bytes,本身估計項目傳輸數據時候數據包大小。默認值是65535 即 64KB。通常webSocket用於小包傳輸,不用太大,我設置了1024 , 1KB。
主處理函數MainHandlerFunction
,在有客戶端鏈接進來時會傳入一個參數connection
,這個對象內容很是豐富,不看手冊,能夠打印出來也慢慢研究。
成功創建鏈接的方法就是要connection
綁定message
方法。
因爲wsSocket訪問是能夠帶着url的,因此咱們能夠用url隔離不一樣的功能函數,而不是去解析message主體。
var connectHandler = function(connection){ // :4002/api/Function1 var URIarray = connection.upgradeReq.url.split("/") if(funMap[URIarray[2]]){ funMap[URIarray[2]](connection); }else{ connection.send("{err:Function Not Found!!}"); } }
每當有ws鏈接進來,都有相似文件描述符的id來區分每一個不一樣的鏈接。connection._ultron.id
用它能夠區分本身與別人的鏈接,頗有用。
//消息格式 function msgPack(){ return JSON.stringify({ "who":arguments[0], // Mobile , PC "place":arguments[1], // 座位 "dowhat":arguments[2], // "connect","ready","message","lost" "content":arguments[3]||"" // 內容 }) } //以room爲單位廣播,廣播房間內全部角色 function boradCast(room,msg,ignore){ room.projector.forEach(function(item,index){ if(ignore&&ignore._ultron.id===item.socket._ultron.id){ // console.log("ignore!!!") // 忽略本身不發送給本身 } else{ try{ item.socket.send(msg); }catch(e){ console.log(e); } } }); room.player.forEach(function(item,index){ if(ignore&&ignore._ultron.id===item.socket._ultron.id){ // console.log("ignore!!!") // 忽略本身不發送給本身 } else{ try{ item.socket.send(msg); }catch(e){ console.log(e); } } }); }
爲了檢查客戶端是否掉線,在創建鏈接時手動加入保活機制,方法很簡單:
給客戶端發送空消息時lastkeeplife爲1,只要客戶端返回任意消息,那麼更新lastkeeplife爲0,若是5秒以內,沒有任何回覆斷定爲掉線。
若是客戶端掉線,那麼關閉鏈接,從鏈接池中移除。並廣播掉線消息給房間內其餘角色。
var keeplifeHandler = setInterval(function(){ if(lastkeeplife == 0){ connection.close(); connection.emit("close"); clearInterval(keeplifeHandler); } try{ lastkeeplife = 0; connection.send("{}"); }catch(e){ console.log("keep live error! "+ e +"\n\n"); connection.close(); connection.emit("close"); clearInterval(keeplifeHandler); } },5000) connection.on('close',function(msg){ if(keeplifeHandler){ //關閉保活循環 clearInterval(keeplifeHandler); } console.log("close!",roomid,place); var room = global.ShareMem.rooms[roomid]; if(!room) return; //從鏈接池移除鏈接句柄 if(platform === PC){ room.projector.forEach(function(item,index){ if(item.socket === connection){ room.projector.splice(index,1); return false; } }) }else{ room.player.forEach(function(item,index){ if(item.socket === connection){ room.player.splice(index,1); return false; } }) } //發送掉線消息 boradCast( room, msgPack(platform,place,"lost") , connection ); });
iOS設備若是鎖屏,會發送斷開信息給服務器,而安卓不會。想要斷開連接,必須等到默認120秒超時後關閉。
ws初始化時並無提供初始化timeout的配置。經過修改
ws._server.timeout = 1000;//1秒超時
並不會生效。問題來了,怎麼修改才能設置超時時間呢?
目前只能用上述比較捉急的方法來及時斷開掉線設備。
多屏互動已經不是新鮮的東西了,我作這個Demo仍是受chrome實驗室一個叫作【光劍出鞘】的項目的啓發。由於體驗時須要手機端和PC同時翻-牆,致使體驗差,而後本身才想作一個。作出來的時候感受好酷炫,好神奇,好興奮。
後續仍是有不少能夠拓展和改進的,但願最終能夠變爲一個成熟的產品,而不是僅僅止步於Demo。
做者信息
做者來自力譜宿雲 LeapCloud 團隊_UX成員:王詩詩 【原創】
首發地址:https://blog.maxleap.cn/archi...
王詩詩,前端新人,專職前端工做兩年。曾供職於AMI作底層軟件開發。喜歡分析H5代碼,追崇用簡單的CSS,構建精美動效,作前端以前,這些是業餘愛好。現任職於MaxLeap UX 組,負責MaxWon 的開發和維護。現熱衷於Real-time WebApp。
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