HTML5开发Kinect体感游戏的实例应用

HTML5开发Kinect体感游戏的实例应用

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？

 2、骨骼节点类型

body.joints[11] // joints包括哪些呢？

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

 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

 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。

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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