Создание голограмм для HoloLens без Unity31.10.2016 14:48

Хочу поделиться самым простым способом создания голограммок для HoloLens, для которых не потребуется сторонних редакторов. Всего лишь маленький нугет пакет и чуть-чуть документации. С возрастающим интересом к AR/VR, думаю, наличие простого инструмента для создания в частности и неигровых 3д приложений — никому не повредит. Основным рекомендуемым способом разработки под HoloLens является Unity. Да-да, большой редактор, программирование мышкой, закрытый код. Но также есть и шаблон проекта на чистом DirectX11 C++ (или C# через SharpDX), который, собственно показывает каким образом можно адаптировать любой движок (даже OpenGL only + ANGLE). Процесс довольно непростой, если будет интерес — могу подробно описать через какие грабли мне пришлось пройти.
4db7538e3db94ad8a5e59ac17dbc74f1.gif


Что можно с этим сделать


Для начала несколько демонстраций того, что уже написано с использованием этого простенького инструмента. Все примеры находятся в открытом доступе (как и сам движок) на GitHub с MIT лицензией.
  1. Hello World — маленький пример создания world-locked голограмм Земли с Луной.
  2. Hello World Advanced — усложненный первый пример, показывающий как писать свои шейдеры, для примера, вот такой. Он меняет примитивную Землю из первого во что-то более сложное (склеивая 5 текстур в одном шейдере). Если еще чуть-чуть дофантазировать, то в одном шейдере можно сделать такое:

    60e2cc8bd67e453d826a72039b64a580.gif

    А вот еще вариация этого примера, которая показывает реальное относительное расстояние между Луной и Землей:

    Показать
    6ef42fe240eb40928f7739dcf3009463.gif

  3. Пример использования голосовых команд Cortana, управления жестами и демонстрация высокополигонной фигурки со скелетной анимацией:

  4. Небольшой пример использования физики (под капотом — Bullet) — окружение сканируется и ко всем стенам, полу и потолку добавляются компоненты RigidBody + CollisionShape.

    2a8a8dc06e1a9c54090a334b104fa030.gif

  5. Управление толпой (под капотом библиотека Recast & Detour). При желании можно довольно быстро сделать какой-нибдь HoloCraft).
    Показать
    fa1d43b05f69fc49c7203f27cdd44b7e.gif

  6. Сканирование окружения и создание миниатюры. Выглядит примерно так:

    612c65066e134114832d5f90a8b8d894.png771c7dce7eeb4560aa0485e432eae9bc.png

  7. Связка с Microsoft Cognitive Services для получения информации об окружении и распознавания текста.
    Показать


  8. Ну и последнее демо сейчас в разработке — помощь в планировании ремонта.


Создаем свою голограмму


Теперь немного подробнее о том, как же создать первую голограммку. Нам понадобятся:
  • Windows 10,
  • Visual Studio 2015 Update 3
  • 3000$ или HoloLens Emulator

Создаем новый проект. Лучше всего это сделать при помощи подготовленного шаблона. Либо можно создать из шаблона «Hologrphic DirectX 11 App» и выкинуть оттуда почти всё, добавив нугет пакет UrhoSharp.HoloLens.

Весь код всего проекта умещается в пару десятков строк кода: 

using System;
using System.Collections.Generic;
using Windows.ApplicationModel.Core;
using Urho;
using Urho.HoloLens;
using Urho.Shapes;

namespace HelloHabr
{
    internal class Program
    {
        [MTAThread]
        static void Main() => CoreApplication.Run(
            new UrhoAppViewSource());
    }

    public class App : HoloApplication
    {
        public App(ApplicationOptions opts) : base(opts) { }

        protected override async void Start()
        {
            base.Start();
            
            var node = Scene.CreateChild();
            node.Position = new Vector3(0, 0, 1);
            node.SetScale(0.2f);

            var sphere = node.CreateComponent();
            sphere.Color = Color.Red;
        }
    }
}

Если запустить — увидим сферу красного цвета в метре от себя (координаты — в метрах, в качестве точки отсчета используется первый кадр) диаметром 20 см. Довольно просто, не так ли? Urho использует некоторую вариацию популярной архитектуры Entity component system. В качестве Entity выступает Node. Из иерархии узлов и состоит сцена. Каждый узел может иметь коллекцию компонентов, отвечающих за физику, анимации, отображение моделек и т.п. Но также в него вынесены Position, Scale и Rotation. В нашем сниппете за базовую подготовку сцены отвечает base.Start (), который и создаст сцену (корневой Node), настроит камеры для глаз, освещение и тому подобное. Вам лишь остается дальше развивать подготовленную сцену. При желании, сцену можно описать в Shared Projects или PCL и сделать ее доступной сразу ко всему ряду поддерживаемых платформ:
  • iOS, tvOS (в виде UIView)
  • macOS (Cocoa, в виде NSView)
  • UWP, WPF, WinForms (в виде контрола)
  • Android (SurfaceView виджет)
  • Xamarin.Forms
  • Планируется: Google Cardboard, Daydream, Oculus, Vive

Рассмотрим некоторые HoloLens специфичные возможности. И хотя никто не запрещает использовать все системные API напрямую, основные вещи вынесены для удобства в базовый класс.

Text-to-speech.


Ну тут всё просто как грабли, один асинхронный метод базового класса: 
await TextToSpeech("Hello World");

К сожалению, самим устройством поддерживается только английский язык.

Speech-to-text


Нужно не забыть добавить «Микрофон» как Device Capability в манифесте и использовать это простое API для регистрации команд: 
RegisterCortanaCommands(new Dictionary
    {
        {"idle", () => PlayAnimation(IdleAni)},
        {"die", () => PlayAnimation(KillAni)},
        {"look at me", LookAtMe },
        {"help", Help }
    });

Т.е. просто словарик из «команда» — действие.

Spatial mapping.


Для этого необходимо сперва его запустить через
await StartSpatialMapping(extents: new Vector3(50, 50, 50), 
      trianglesPerCubicMeter: 1200);

Требуется задать объем «наблюдения» и желаемое количество треугольников на кубический метр.

Девайс возвращает окружение в виде коллекции поверхностей (поверхностью может быть часть пола + часть стены + часть потолка, т.е. они не плоские). Каждая коллекция имеет id и сохраняется во внутреннюю память самого устройства. По этому же id оно потом сообщает об изменениях. Поверхность состоит из большого количества вершин, нормалей и индексов (стандартный способ задания геометрии). Превращение этого добра в статичную модель уже реализовано в базовом классе, но при желании можно переопределить поведение.

Жесты


На данный момент есть четыре жеста: Tap, Double tap, Hold, Hold & Move. Пример для обработки «клика»: 
EnableGestureTapped = true;

public override void OnGestureTapped()
{
    Ray cameraRay = LeftCamera.GetScreenRay(0.5f, 0.5f);
    RayQueryResult? result = Octree.RaycastSingle(cameraRay);
}

Этим сниппетом можно узнать на какую именно геометрию (координаты, нормаль, компонент, узел) смотрит сейчас пользователь (Ray cast). К примеру, если по узлу вы поймете, что это часть Spatial geometry, то по нормали можно понять является ли это горизонтальной или вертикальной плоскостью. Пример с урной выше разрешает пользователю ставить урну только на горизонтальных плоскостях по этому принципу (код).

В качестве заключения


Движок не является конкурентом известным монстрам, но если интерес к неигровому 3д из-за VR/AR растет, то чем больше выбор инструментов (особенно простых и открытых) — тем лучше, не правда ли? По самому движку так же можно найти несколько интересных статей на Хабре.

Комментарии (1)

  • 31 октября 2016 в 14:01

    +1

    ↑

    ↓

    Круто. Такие технологии и в массы.

© Habrahabr.ru