HTML5开发Kinect体感游戏实例详解
- PHPz原创
- 2017-04-23 10:02:584515浏览
一、简介
我们要做的是怎样一款游戏？
在前不久成都TGC2016展会上，我们开发了一款《火影忍者手游》的体感游戏，主要模拟手游章节《九尾袭来 》，用户化身四代，与九尾进行对决，吸引了大量玩家参与。 表面上看，这款游戏与其它体感体验无异，实际上，它一直运行于浏览器Chrome下，也就是说，我们只需要掌握前端相应技术，就可以开发基于Kinect的网页体感游戏。
二、实现原理
实现思路是什么？
使用H5开发基于Kinect的体感游戏，其实工作原理很简单，由Kinect采集到玩家及环境数据，比如人体骨骼，使用某种方式，使浏览器可以访问这些数据。
1、采集数据
Kinect有三个镜头，中间镜头类似普通摄像头，获取彩色图像。左右两边镜头则是通过红外线获取深度数据。我们使用微软提供的SDK去读取以下类型数据：
色彩数据：彩色图像；
深度数据：颜色尝试信息；
人体骨骼数据：基于以上数据经计算，获取到人体骨骼数据。
2、使浏览器可访问到Kinect数据
我尝试和了解过的框架，基本上是以socket让浏览器进程与服务器进行通信 ，进行数据传输：
Kinect-HTML5 用C#搭建服务端，色彩数据、尝试数据、骨骼数据均有提供；
ZigFu 支持H5、U3D、Flash进行开发，API较为完整，貌似收费；
DepthJS 以浏览器插件形式提供数据访问；
Node-Kinect2 以Nodejs搭建服务器端，提供数据比较完整，实例较多。
我最终选用Node-Kinect2，虽然没有文档，但是实例较多，使用前端工程师熟悉的Nodejs，另外作者反馈比较快。
Kinect： 捕获玩家数据，比如深度图像、彩色图像等；
Node-Kinect2： 从Kinect获取相应数据，并进行二次加工；
浏览器： 监听node应用指定接口，获取玩家数据并完成游戏开发。
三、准备工作
先得买个Kinect啊
1、系统要求：
这是硬性要求，我曾在不符合要求的环境下浪费太多时间。
USB3.0
支持DX11的显卡
win8及以上系统
支持Web Sockets的浏览器
当然Kinect v2传感器是少不了的
2、环境搭建流程：
连接上Kinect v2
安装 KinectSDK-v2.0
安装 Nodejs
安装 Node-Kinect2
npm install kinect2
四、实例演示
说什么都不如给我一个例子！
如下图所示，我们演示如何获取人体骨骼，并标识脊椎中段及手势：
1、服务器端
创建web服务器，并将骨骼数据发送到浏览器端，代码如下：
var Kinect2 = require('../../lib/kinect2'),
express = require('express'),
app = express(),
server = require('http').createServer(app),
io = require('socket.io').listen(server);
var kinect = new Kinect2();
// 打开kinect
if(kinect.open()) {
// 监听8000端口
server.listen(8000);
// 指定请求指向根目录
app.get('/', function(req, res) {
res.sendFile(dirname + '/public/index.html');
});
// 将骨骼数据发送给浏览器端
kinect.on('bodyFrame', function(bodyFrame){
io.sockets.emit('bodyFrame', bodyFrame);
});
// 开始读取骨骼数据
kinect.openBodyReader();
}
2、浏览器端
浏览器端获取骨骼数据，并用canvas描绘出来，关键代码如下：
var socket = io.connect('/');
var ctx = canvas.getContext('2d');
socket.on('bodyFrame', function(bodyFrame){
ctx.clearRect(0, 0, canvas.width, canvas.height);
var index = 0;
// 遍历所有骨骼数据
bodyFrame.bodies.forEach(function(body){
if(body.tracked) {
for(var jointType in body.joints) {
var joint = body.joints[jointType];
ctx.fillStyle = colors[index];
// 如果骨骼节点为脊椎中点
if(jointType == 1) {
ctx.fillStyle = colors[2];
}
ctx.fillRect(joint.depthX * 512, joint.depthY * 424, 10, 10);
}
// 识别左右手手势
updateHandState(body.leftHandState, body.joints[7]);
updateHandState(body.rightHandState, body.joints[11]);
index++;
}
});
});
很简单的几行代码，我们便完成了玩家骨骼捕获，有一定 javascript基础的同学应该很容易能看明白，但不明白的是我们能获取哪些数据？如何获取？骨骼节点名称分别是什么？而node-kienct2并没有文档告诉我们这些。
五、开发文档
Node-Kinect2并没有提供文档，我将我测试总结的文档整理如下：
1、服务器端能提供的数据类型；
kinect.on('bodyFrame', function(bodyFrame){}); //还有哪些数据类型呢？
| bodyFrame | 骨骼数据 |
| infraredFrame | 红外数据 |
| longExposureInfraredFrame | 类似infraredFrame，貌似精度更高，优化后的数据 |
| rawDepthFrame | 未经处理的景深数据 |
| depthFrame | 景深数据 |
| colorFrame | 彩色图像 |
| multiSourceFrame | 所有数据 |
| audio | 音频数据，未测试 |
2、骨骼节点类型
body.joints[11] // joints包括哪些呢？
| 节点类型 | JointType | 节点名称 |
| 0 | spineBase | 脊椎基部 |
| 1 | spineMid | 脊椎中部 |
| 2 | neck | 颈部 |
| 3 | head | 头部 |
| 4 | shoulderLeft | 左肩 |
| 5 | elbowLeft | 左肘 |
| 6 | wristLeft | 左腕 |
| 7 | handLeft | 左手掌 |
| 8 | shoulderRight | 右肩 |
| 9 | elbowRight | 右肘 |
| 10 | wristRight | 右腕 |
| 11 | handRight | 右手掌 |
| 12 | hipLeft | 左屁 |
| 13 | kneeLeft | 左膝 |
| 14 | ankleLeft | 左踝 |
| 15 | footLeft | 左脚 |
| 16 | hipRight | 右屁 |
| 17 | kneeRight | 右膝 |
| 18 | ankleRight | 右踝 |
| 19 | footRight | 右脚 |
| 20 | spineShoulder | 颈下脊椎 |
| 21 | handTipLeft | 左手指（食中无小） |
| 22 | thumbLeft | 左拇指 |
| 23 | handTipRight | 右手指 |
| 24 | thumbRight | 右拇指 |
3、手势，据测识别并不是太准确，在精度要求不高的情况下使用
| 0 | unknown | 不能识别 |
| 1 | notTracked | 未能检测到 |
| 2 | open | 手掌 |
| 3 | closed | 握拳 |
| 4 | lasso | 剪刀手，并合并中食指 |
4、骨骼数据
body [object] {
bodyIndex [number]：索引，允许6人
joints [array]：骨骼节点，包含坐标信息，颜色信息
leftHandState [number]：左手手势
rightHandState [number]：右手手势
tracked [boolean]：是否捕获到
trackingId
}
5、kinect对象
| on | 监听数据 |
| open | 打开Kinect |
| close | 关闭 |
| openBodyReader | 读取骨骼数据 |
| open**Reader | 类似如上方法，读取其它类型数据 |
六、实战总结
火影体感游戏经验总结
接下来，我总结一下TGC2016《火影忍者手游》的体感游戏开发中碰到的一些问题。
1、讲解之前，我们首先需要了解下游戏流程。
|
1.1、通过手势触发开始游戏 |
1.2、玩家化身四代，左右跑动躲避九尾攻击 |
|
1.3、摆出手势“奥义”，触发四代大招 |
1.4、用户扫描二维码获取自己现场照片 |
2、服务器端
游戏需要玩家骨骼数据（移动、手势），彩色图像数据（某一手势下触发拍照），所以我们需要向客户端发送这两部分数据。值得注意的是，彩色图像数据体积过大，需要进行压缩。
var emitColorFrame = false;
io.sockets.on('connection', function (socket){
socket.on('startColorFrame', function(data){
emitColorFrame = true;
});
});
kinect.on('multiSourceFrame', function(frame){
// 发送玩家骨骼数据
io.sockets.emit('bodyFrame', frame.body);
// 玩家拍照
if(emitColorFrame) {
var compression = 1;
var origWidth = 1920;
var origHeight = 1080;
var origLength = 4 * origWidth * origHeight;
var compressedWidth = origWidth / compression;
var compressedHeight = origHeight / compression;
var resizedLength = 4 * compressedWidth * compressedHeight;
var resizedBuffer = new Buffer(resizedLength);
// ...
// 照片数据过大，需要压缩提高传输性能
zlib.deflate(resizedBuffer, function(err, result){
if(!err) {
var buffer = result.toString('base64');
io.sockets.emit('colorFrame', buffer);
}
});
emitColorFrame = false;
}
});
kinect.openMultiSourceReader({
frameTypes: Kinect2.FrameType.body | Kinect2.FrameType.color
});
3、客户端
客户端业务逻辑较复杂，我们提取关键步骤进行讲解。
3.1、用户拍照时，由于处理的数据比较大，为防止页面出现卡顿，我们需要使用web worker
(function(){
importScripts('pako.inflate.min.js');
var imageData;
function init() {
addEventListener('message', function (event) {
switch (event.data.message) {
case "setImageData":
imageData = event.data.imageData;
break;
case "processImageData":
processImageData(event.data.imageBuffer);
break;
}
});
}
function processImageData(compressedData) {
var imageBuffer = pako.inflate(atob(compressedData));
var pixelArray = imageData.data;
var newPixelData = new Uint8Array(imageBuffer);
var imageDataSize = imageData.data.length;
for (var i = 0; i < imageDataSize; i++) {
imageData.data[i] = newPixelData[i];
}
for(var x = 0; x < 1920; x++) {
for(var y = 0; y < 1080; y++) {
var idx = (x + y * 1920) * 4;
var r = imageData.data[idx + 0];
var g = imageData.data[idx + 1];
var b = imageData.data[idx + 2];
}
}
self.postMessage({ "message": "imageReady", "imageData": imageData });
}
init();
})();
3.2、接投影仪后，如果渲染面积比较大，会出现白屏，需要关闭浏览器硬件加速。
3.3、现场光线较暗，其它玩家干扰，在追踪玩家运动轨迹的过程中，可能会出现抖动的情况，我们需要去除干扰数据。（当突然出现很大位移时，需要将数据移除）
var tracks = this.tracks;
var len = tracks.length;
// 数据过滤
if(tracks[len-1] !== window.undefined) {
if(Math.abs(n - tracks[len-1]) > 0.2) {
return;
}
}
this.tracks.push(n);
3.4、当玩家站立，只是左右少量晃动时，我们认为玩家是站立状态。
// 保留5个数据
if(this.tracks.length > 5) {
this.tracks.shift();
} else {
return;
}
// 位移总量
var dis = 0;
for(var i = 1; i < this.tracks.length; i++) {
dis += this.tracks[i] - this.tracks[i-1];
}
if(Math.abs(dis) < 0.01) {
this.stand();
} else {
if(this.tracks[4] > this.tracks[3]) {
this.turnRight();
} else {
this.turnLeft();
}
this.run();
}
七、展望
1、使用HTML5开发Kinect体感游戏，降低了技术门槛，前端工程师可以轻松的开发体感游戏；
2、大量的框架可以应用，比如用JQuery、CreateJS、Three.js（三种不同渲染方式）；
3、无限想象空间，试想下体感游戏结合webAR，结合webAudio、结合移动设备，太可以挖掘的东西了……想想都激动不是么！
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