多屏互动——H5中级进阶
前言
随着智可以硬件的普及,手机,平板,PC甚至路边的电子广告牌,现代浏览器已经无处不在。在浏览器里编织出我们自己的一片天地已经轻车熟路,但是这还不够,H5赋予了浏览器太多的新特性,等待我们去用。这篇文章详情利使用手机浏览器的罗盘API,在PC的浏览器实时地绘制一个3D盒模型。
这种炫酷的玩法叫做“多屏互动”,就像是把手机当做游戏手柄,PC显示器当做电视机,不过这些都是在浏览器里实现的。
先上效果图
(测试机是刷了小米系统的裂了屏幕的HTC霹雳2+Chrome浏览器)
源码请戳这里:https://coding.net/u/OverTree/p/webSocketDemo/git
本地测试过程:
在PC上,用命令 node index.js,自动打开项目主页。(请关闭ADsafe,如有虚拟机,请停使用虚拟网卡)
创立一个“房间”并自动进入“房间”。
使用手机扫描“房间”内任意位置的二维码。
确保手机和PC能相互PING通
ADsafe是个很好使用的去广告软件,但是会阻止本机IP访问,可可以造成项目首页打不开,所以请先暂时关闭
本程序会自动获取本机IP,假如有虚拟网卡,IP地址可可以获取不正确
用户端(浏览器)
1. 手机浏览器端
一个物体在空间内的旋转体位,都能使用一个方向向量(x,y,z)和旋转角度(angle)来表示。也就是CSS3transform的rotate3d(x,y,z,angle)这个函数的4个参数。
想要在浏览器里方便的绘制一个立体模型的的旋转,重点就是利使用手机浏览器的H5新特性去获取手机旋转状态的数据,而后转化成这4个参数。
1.1 重力感应API
devicemotion 顾名思义设施运动
其实不仅仅有重力感应的数据,还有移动加速度,摆动角度。
不过这个接口倾向于运动时瞬间的数据展现,静止时,除了重力加速度,其余数据(移动加速度,摆动角度)基本为0。
window.addEventListener('devicemotion', deviceMotionHandler, true);function deviceMotionHandler(evt){ if(evt.accelerationIncludingGravity){ document.body.innerHTML =
“x轴加速度: ” + evt.accelerationIncludingGravity.x + “
“+ “y轴加速度: ” + evt.accelerationIncludingGravity.y + “
“+ “z轴加速度: ” + evt.accelerationIncludingGravity.z + “
“} if(evt.rotationRate ){ document.body.innerHTML +=
“x轴扭转: ” + evt.rotationRate.beta + “
“+ “y轴扭转: ” + evt.rotationRate.gamma + “
“+ “z轴扭转: ” + evt.rotationRate.alpha + “
“}
}
(魅族老机型,安卓4.4.4的自带浏览器对此API支持不完全,请另外安装QQ浏览器)
在手机浏览器里运行以上代码,并略微晃动,会看到打印数据狂跳。
拿到了数据,接下来开始观察规律。
手机屏幕朝上,水平静止放置,Z轴重力加速度为9.8,Y,X为0。
手机屏幕朝下,水平静止放置,Z轴重力加速度为-9.8,Y,X为0。
手机话筒朝下,竖直静止放置,Y重力加速度为9.8, X,Z为0。
手机话筒朝上,竖直静止放置,Y重力加速度为-9.8, X,Z为0。
手机右侧朝上,竖直静止放置,X重力加速度为9.8, Y,Z为0。
手机左侧朝下,竖直静止放置,X重力加速度为-9.8, Y,Z为0。
那么手机的空间坐标如下图:
箭头指向都是坐标正方向。
当手机开始倾斜,X,Y,Z轴的加速度分量都有值,且绝对值都小于9.8。根据分量的数值,是能算出手机在三维空间的倾斜状态,只不过这个计算过程复杂,而且在手机运动时,重力加速度的值并不精确表达当前倾斜。一般不使用这个数据去计算手机在三维空间的倾斜。
当手机水平放置,拨动手机,使其慢慢旋转,重力加速度的数据并没有变化。
所以,重力感应的这个API,只可以获取设施当前的倾斜状态,而无法获取设施的旋转方向。而少量简单的功可以,比方摇一摇,晃一晃,即可以使用这个接口去实现。
利使用重力感应的API,能轻松利使用高中数学的反三角函数,实现XY二维平面的旋转,效果如下:
代码如下:
function deviceMotionHandler(evt){
var angle =
Math.atan2(
0 – evt.accelerationIncludingGravity.x ,
evt.accelerationIncludingGravity.y
).toFixed(2) / Math.PI * 180 ;
}
这个 angle 即可以直接应使用在DOM的CSS属性transform:rotate(angle deg)上。
1.2 罗盘API
window.addEventListener('deviceorientation', deviceOrientationHandler, true);
function deviceMotionHandler(evt){
document.body.innerHTML =
“z轴旋转(罗盘方向) alpha: ” + event.alpha + “
”+ “y轴旋转 gamma: ” + event.gamma + “
”+ “x轴旋转 beta: ” + event.beta
}
重点来了,deviceorientation可以够很好的体现物体在空间中的状态,旋转方向,倾斜角度,无论是静止还是运动或者者加速运动。
这里要和devicemotion 的 evt.rotationRate区分一下,尽管都有alpha,gamma,beta 但是 devicemotion 形容的是旋转变化了的角度值,物体角度变化才会有数据,静止了之后就变为0,而 deviceorientation 的是形容是静止时的角度值。
这三个数值的单位都是deg,如何转化为CSS3transform:rotate3d(x,y,z,angle) 的4个参数,对于没有任何3D知识的前台狗来说是个挺麻烦的问题。
现在要引入一个概念:四元数
四元数是个高阶复数 q = [w,x,y,z]。
四元数的基本数学方程为 :
q = cos (a/2) + i(x * sin(a/2)) + j(y * sin(a/2)) + k(z * sin(a/2)) 其中a表示旋转角度,(x,y,z)表示旋转轴。
四元数表示一个完整的旋转。
四元数能由各轴旋转角(alpha,beta,gamma)求得。
四元数能转换旋转轴(x,y,z)和旋转角度(angle)。
作为初试,本篇并不深入探讨四元数的具体定义,难点是获取四元数[w,x,y,z]。
好在官方提供了旋转角(alpha,beta,gamma)转换成四元数的方法
https://w3c.github.io/deviceorientation/…
在这个页面内搜索 getQuaternion
另外我根据数学公式反求,写了一个四元数转(x,y,z,angle) 的函数 getAcQuaternion
代码如下:
var degtorad = Math.PI / 180;
function getQuaternion( alpha, beta, gamma ) {//官方求四元数方法
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 ) {//我的四元数转旋转轴和旋转角度方法
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 事件解决函数
var qu = getQuaternion(evt.alpha,evt.beta,evt.gamma);
var rotate3d = getAcQuaternion(qu[0],qu[1],qu[2],qu[3]);
// rotate3d的参数已经有了,随你解决咯。我是把他送给服务器,交给PC,在PC上显示旋转
}
1.3 校准
这里有个3D里的概念,摄像机位置。我们的PC显示器就是一个摄像机。只可以被动的从某一个角度展现拍摄的景象。正常情况下,手机所在平面应该和显示器所在平面平行,且垂直于地平面的角度。就好比是,摄像机正对着手机正面拍摄。
假如校准的时候手机并没有垂直于地平面,摄像机的位置就不肯定是正前方了。这时候展现的画面并不是水平同步的了。
如下图所示,校准时,手机屏幕朝上。这时候摄像机位置就在天花板上了,你看到的成像就是俯视图。
同理,校准时,手机屏幕朝下,这时候摄像机的位置就是在地上,往上拍摄,你看到的成像就是仰视图。
总结起来就是:校准时,手机屏幕朝着哪里,摄像机就在那里拍摄着屏幕,一动不动。
1.4 兼容性
demo的兼容性测试并不理想
在iOS平台上测试良好,且流畅。
在安卓平台上,除了chrome浏览器之外的浏览器,会出现各种问题,主要体现在罗盘数据不精确。
而chrome浏览器并没有扫一扫功可以,由于在国外并不流行这个玩意。所以在安卓平台上就很蛋疼,还要多装一个我查查,才可以完整体验。
(假如出现旋转不精确的问题,能尝试校准罗盘,大概就是拿着手机画8。百度一下方法有很多)
代码假如有兼容写法,或者者有其余兼容问题请赐教,能在coding上私信我(OverTree ),不胜感激。
2. PC浏览器端
PC浏览器的作使用就是可以够显示房间信息,创立房间。
显示房间,创立时间,参加人数,点击进入。
创立一个房间,成功后自动进入房间。
在房间内,接受服务器转发的移动端的消息,并作出相应动作,包括上线,校准,旋转,下线。
上线时,安排就坐(隐藏二维码,显示模型)
校准时,重新设置模型的显示角度。
旋转时,就旋转咯。
下线时,重新显示二维码(显示二维码,隐藏模型)
2.1初始化, 建立ws连接
重点是房间里的事情。所以这里就只详情进入房间发生的事吧。
首先房间参数要正确,至少有房间编号。
房间路由:
/room/[roomNumber]
roomNumber是一串16位随机字符串。
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 = “虚拟房间 “+ roomNumber + “号”
return 1;
}else{
window.location.href = “/index”;
return 0;
}
}
function initWebSocket(){
var wsUri = “ws://”+ window.location.hostname +”:”+”/ws/room”; //这里使用了一个ejs的占位符,已便在服务器更改websocket端口时能及时用正确端口。
var websocket = new WebSocket(wsUri);
websocket.onopen = function(evt) {
websocket.send(JSON.stringify({room:roomNumber}));
}; //链接建立后,发送一个消息,表明在哪个房间
websocket.onclose = function(evt) {
};
websocket.onmessage = function(evt) {
parseMessage(evt.data) //解析数据
};
websocket.onerror = function(evt) {
};
//绑定了这些解决函数之后,websocket开始建立链接,而不是 New 的时候开始建立
}
$(“.room-place .qrcode”).each(function(index,item){
$(item).qrcode({
“size”: 200,
“color”: “#3a3”,
“text”: window.location.origin + “/room/” + roomNumber + “/” + (index+1)
});
//这里使用jQuery的插件,jquery-qrcode 按照座位路由初始化二维码
})
2.2 纯CSS3立体模型
做为一名普通的前台人员,想要画一个3D的模型,按照最熟习的方法就是使用CSS3了。
(假如是使用Three.js的大神请跳过本节)
不过要很快画出一个六面体出来,还是需要想一想的,毕竟这个技可以很少使用。
画一个长方体
前span>figure>
后span>figure>
右span>figure>
左span>figure>
顶span>figure>
底span>figure> div>
section>
*{
margin: 0; /*不加会歪*/
}
.container {
width: 300px;
height: 200px;
position: relative;
perspective: 1200px; /*摄像机距离,设置小的的话,立方体显示会变形*/
}
#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; /*由于有2px宽的border,假如不设置为此值,那么每个面的宽高都要少设置4个像素,才可以对齐*/
}
#box {
width: 100%;
height: 100%;
position: absolute;
transform-style: preserve-3d;/*这个很重要,默认是平面变形flat*/
}
#box .front,
#box .back {
width: 300px;
height: 200px;
}
#box .right,
#box .left {
width: 100px;
height: 200px;
left:100px; /*调整*/
}
#box .top,
#box .bottom {
width: 300px;
height: 100px;
top:50px; /*调整*/
line-height:100px;
}
/*给每个面上半透明的颜色*/
#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 { /*这个距离乘以2为前后面的距离*/
transform: translateZ( 50px );
}
#box .back { /*front面沿着x轴旋转180度,做后面*/
transform: rotateX( -180deg ) translateZ( 50px );
}
#box .right { /*这个距离乘以2为左右面的距离*/
transform: rotateY( 90deg ) translateZ( 150px );
}
#box .left { /*front面沿着y轴旋转90度,做侧面*/
transform: rotateY( -90deg ) translateZ( 150px );
}
#box .top { /*这个距离乘以2为长方体高*/
transform: rotateX( 90deg ) translateZ( 100px );
}
#box .bottom { /*front面沿着x轴旋转90度,做底面*/
transform: rotateX( -90deg ) translateZ( 100px );
}
style>
对这样的css有什么要吐槽的么?
这样的stylesheet简直是刀耕火种时期的
假如使用sass写法,那么只要要写一次#box和多层嵌套即可以了。
效果如下:
假如我们用webGL去绘制的话,导入少量现成的3D模型,无论物体还是人物,都能360度无死角的玩弄于手掌了。
(假如有苍老师的模型,想想还有点小激动呢,VR的感觉说来就来啊 – -)
接下来就是等待来自移动端的旋转信息,x,y,z,angle,使#box进行transform旋转就是了。
$seat.find(“#box”).
css(“transform”,”rotate3d(“
+ (-parseFloat(content.x))+”,” //取反
+ (+parseFloat(content.y))+”,”
+ (-parseFloat(content.z))+”,” //取反
+ content.rotate +”deg)”);
不取反的话,旋转是错误的。我曾屡次尝试给不同的坐标取反,最终得出这个取反方法,是唯一显示正常的组合。
无法了解这两个取反,猜测是由于css的x,y,z的坐标和物理设施x,y,z的坐标方向有差异吧。毕竟显示器是平面的,他的x,y,z的定义不可以和手机传感器一致。
2.3 校准
PC端的校准就简单多了,在#box外套一层div.adjust。
当接受来自移动端的校准信息 x,y,z,angle,设置外套的 div.adjust 的旋转为 x,y,z,-angle 就好了。
$seat.find(“.adjust”).
css(“transform”,”rotate3d(“
+ (-parseFloat(content.x))+”,”
+ (+parseFloat(content.y))+”,”
+ (-parseFloat(content.z))+”,”
+ (-parseFloat(content.rotate)) +”deg)”); //取反
当然,这个adjust的样式至少包含以下样式
.adjust{
position: absolute;
transform-style:preserve-3d;
}
2.4 兼容性
PC端的兼容性就好多了,只需是现代H5浏览器基本上没有兼容性问题。
服务端
1.数据结构
这个服务只做临时数据的保存和消息转发。
临时数据:比方,各端的webSocket连接句柄,房间信息等,我把它们放在global全局对象下,就好比是共享内存,访问方便,速度快。
global.ShareMem = {
rooms:{
“12345678”:{ //房间号做为key,方便查找
player:[{socket:connection,place:place}], //移动端数组:连接句柄,座位号
projector:[], //PC端数组
id:”12345678″,
startTime:Date.now(),
maxplayer:2, //最多座位数
type:”ddd” //房间类型
}
}
};
2.webServer
假如您是nodejs的大神,或者者在使用koajs、express等nodejs框架,请跳过本大节。由于我使用原生的nodejs写了一遍webServer,尽管重复造轮子不好,但是复习复习webServer的基本知识,还是不错的,本节适合新手入门。
包含知识点:header解析,静态文件查找,gzip,文件hash计算,状态码。
2.1 目录结构
/API
/funMap.js/*http功可以函数集合*/
/xxx.js
/socketAPI
/funMap.js /*webSocket功可以函数集合*/
/xxx.js
/Util/*工具目录,获取本地IP,打开默认浏览器*/
/webRoot
/common /*公共资源目录*/
/js
/lib
/css
/m /*手机端html,js,css等*/
/p /*PC端html,js,css等*/
/index.js /*入口文件*/
/config.js/*配置文件,端口号,ws最大数据包大小等*/
/socketServer.js/*webSocket解决函数*/
/webServer.js
2.2 webServer
基本规则是这样的,搭建静态服务器,静态资源正常读取返回,html文件使用ejs渲染后返回。
因为ejs的起因,html文件并没有被修改,但是渲染后的内容被修改,比方,更改了ws的端口,但是html文件没有修改。所以不可以用Last-Modified来判断是文件能否最新,而是要根据返回内容有没有被改变来判断,所以要使用Etag。
Etag需要根据内容算出hash值,一般使用md5计算。
返回内容之前,需要进行gzip压缩,使用来节省带宽。90KB的jquery.min.js能被gzip到30KB,压缩才是王道。
由于移动端和PC端执行的是完全不同的代码,所以要判断从用户端传过来的user-agent能否包含Mobile字符串,以来区分用户端是PC还是手机,以便返回正确的资源。
通过简单的商定,来区分静态文件和REST请求
if (libPath.extname(pathName) == “”) {
//假如路径没有扩展名
if(params.length<=2){
pathName += “/”; //访问根目录
}else if(params[1]==”api”){ //访问以api开头
parseAPI(params,req,res); //功可以函数
return ;
}else{
pathName = params[1]+”.html”;
}
}
我在这里做了一个简单的框架,在API目录或者者socketAPI目录下新添加js文件,一个js文件对应一个解决函数,而后在funMap.js中聚合为一个Map,方便查找函数,也容易隔离和修改函数名。
var funMap = {
“room”:require(“./room”),
“changeName”:require(“./xxx”),
“changeName2”:require(“./xxxyyy”)
};
module.exports = funMap;
用户端访问时即可以通过 /api/[functionName] 来访问想要的服务了。
3 webSocketServer
nodejs本身并没有提供webSockerServer的板块,所以需要另外安装一个。
在npm install的时候会安装一个ws板块,require(“ws”) 即可以使用了。使用法与http板块类似,都使用 createServer({options},MainHandlerFunction) 创立服务,只是ws多了几个参数。
主要是port,注意不要和webserver端口重复。
还有一个 maxPayload 就是单个ws数据包最大大小,单位是bytes,自己预计项目传输数据时候数据包大小。默认值是65535 即 64KB。一般webSocket使用于小包传输,不使用太大,我设置了1024 , 1KB。
主解决函数MainHandlerFunction,在有用户端连接进来时会传入一个参数connection,这个对象内容非常丰富,不看手册,能打印出来也慢慢研究。
成功建立连接的方法就是要connection绑定message方法。
因为wsSocket访问是能带着url的,所以我们能使用url隔离不同的功可以函数,而不是去解析message主体。
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!!}”);
}
}
3.1 消息,广播,保活
每当有ws连接进来,都有相似文件形容符的id来区分每个不同的连接。
connection._ultron.id 使用它能区分自己与别人的连接,很有使用。
//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]||”” // 内容
})
}
//以room为单位广播,广播房间内所有角色
function boradCast(room,msg,ignore){
room.projector.forEach(function(item,index){
if(ignore&&ignore._ultron.id===item.socket._ultron.id){
// console.log(“ignore!!!”)
// 忽略自己不发送给自己
}
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!!!”)
// 忽略自己不发送给自己
}
else{
try{
item.socket.send(msg);
}catch(e){
console.log(e);
}
}
});
}
为了检查用户端能否掉线,在建立连接时手动加入保活机制,方法很简单:
给用户端发送空消息时lastkeeplife为1,只需用户端返回任意消息,那么升级lastkeeplife为0,假如5秒之内,没有任何回复判定为掉线。
假如用户端掉线,那么关闭连接,从连接池中移除。并广播掉线消息给房间内其余角色。
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){ //关闭保活循环
clearInterval(keeplifeHandler);
}
console.log(“close!”,roomid,place);
var room = global.ShareMem.rooms[roomid];
if(!room)
return;
//从连接池移除连接句柄
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;
}
})
}
//发送掉线消息
boradCast( room, msgPack(platform,place,”lost”) , connection );
});
iOS设施假如锁屏,会发送断开信息给服务器,而安卓不会。想要断开链接,必需等到默认120秒超时后关闭。
ws初始化时并没有提供初始化timeout的配置。通过修改
ws._server.timeout = 1000;//1秒超时
并不会生效。问题来了,怎样修改才可以设置超时时间呢?
目前只可以使用上述比较捉急的方法来及时断开掉线设施。
最后
多屏互动已经不是新鲜的东西了,我做这个Demo还是受chrome试验室一个叫做【光剑出鞘】的项目的启发。由于体验时需要移动端和PC同时翻-墙,导致体验差,而后自己才想做一个。做出来的时候感觉好酷炫,好神奇,好兴奋。
后续还是有很多能拓展和改进的,希望最终能变为一个成熟的产品,而不是仅仅止步于Demo。
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作者信息
作者来自力谱宿云 LeapCloud 团队_UX成员:王诗诗 【原创】
首发地址:https://blog.maxleap.cn/archives/985
王诗诗(John王),前台新人,专职前台工作两年。曾供职于AMI做底层软件开发。喜欢分析H5代码,追崇使用简单的CSS,构建精美动效,做前台之前,这些是业余爱好。现任职于MaxLeap UX 组,负责MaxWon 的开发和维护。现热衷于Real-time WebApp。
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