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NVisionXR引擎基本介绍

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更多 发布于:2018-03-30 23:46
NVisionXR引擎基本介绍

一. 介绍

1.1 NVisionXR是什么?

            NVisionXR引擎是全球首款跨平台多兼容的原生AR应用开发引擎AR应用开发更高效。

1.2 为什么是NVisionXR?

           NVisionXR引擎是专门为AR应用开发而设计,提供一套3D渲染引擎AR模块接口,能够帮助开发者更高效地开发原生AR应用。它具有如下的特点:
① 采用原生开发方式,与原生应用结合好
开发的应用包体小,更有利于AR产品推广
学习成本低
④ 专为AR应用开发而设计,兼容多款AR平台

1.3 现有版本特性

         NVisionXR现有版本支持3D渲染功能、多媒体功能以及AR跟踪功能。

1.3.1 渲染功能特性

模型渲染,包括模型贴图,模型骨骼动画
灯光阴影,包括点光源, 平行光, 聚光灯
运动, 支持Bezier曲线运动
粒子系统, 集成了particle universe 粒子系统库,能够实现酷炫的粒子动画

1.3.2 多媒体功能特性

NVisionXR引擎集成了ijkPlayer 从而能够实现在3D空间中渲染视频的功能。

1.3.3 增强现实跟踪功能特性

兼容Vuforia平台基本功能 能够识别多个Marker图片。

系统架构

2.1 系统层级

图片:图片1.png


如上图所示, NVisionXR的框架在结构上大体分为三个层级:
最底层是渲染引擎和集成的一些第三方库。
中间层是管理层,负责将底层提供的功能进行封装,组合,抽象,再以一种更加简便的形
式提供给上层。
上层是应用层, 它是用户进行应用开发直接对接的一层。

2.2 MVC框架

图片:图片2.png


         NVisionXR引擎应用层采用MVC的设计模式,这种设计模式更贴合原生应用开发的方式,使得开发更简便。如上图所示,NVisionXRNVWidget类相当于MVCView, 负责显示某个被渲染对象。NVisionXRNVScenePlay类相当于MVCController 它负责管理及配置NVWidget所需要的数据。
       
基本概念

3.1 坐标系

图片:图片3.png

     如上图,分别为左手坐标系和右手坐标系的示意图。
     NVisionXR采用右手坐标系,其Z轴为手机屏幕向外的方向。NVisionXR场景中的坐标系原点为(0, 0, 0)点。

3.2 单位

3.2.1 角度
         NVisionXR采用角度制,其范围为0~360度。

3.2.2 尺度

        物体大小的单位为cm 可参考3dmax,默认的系统单位cm时,所表示的模型大小。

. SDK常用类

4.1 执行类 NVAppDirector
         NVAppDirectorNVisionXR的执行类,它主要负责添加所需运行的场景NVScenePlay, 添加功能插件及配置一些全局的功能属性。
         NVisionXR在一启动的时候会进入到一个场景中,首次进入的场景为主场景,而随后切换的场景为普通场景。NVisionXR需要通过NVAppDirector来添加主场景和普通场景。用户创建的NVScenePlay只有被添加到NVAppDirector中才能被使用。
        NVAppDirector还可以添加一些功能插件,如VuforiaAR跟踪功能等。还可以配置一些全局的属性,如时候开启阴影等,同时NVAppDirector还承担了NVisionXR中派发任务的职责,如NVScenePlay生命周期阶段的派发和场景交互事件的分发等。
          NVAppDirector类似于Android开发里的AndroidManifest.xml或者iOS开发里的info.plist

4.2 上下文 NVContext

          NVContext是获取关于App全局信息的接口类。它允许用户能够获取相关的资源管理类NVResoures, NVWorld类等。
           同时NVContext还提供了场景与场景之间跳转的接口startScenePlay方法, 即从当前的NVScenePlay场景跳转到其它的NVScenePlay场景。
           以后NVContext会提供更多关于中间层功能的接口。

图片:图片4.png

4.3 Controller NVScenePlay

        NVScenePlay相当于MVC模式中Controller的作用,在该类中,我们可以添加场景中的内容。同时NVScenePlay还定义了一整套完整的生命周期流程:
        onCreate方法是我们创建每个NVScenePlay内容的地方,在这里我们会调用addWidget, addAnimEffect等方法。
        onStart方法是当NVScenePlay被激活将要进入的时候会被调用,这个时候NVScenePlay将要显示,此时NVScenePlay处于激活状态, 其内容还没有完全被显示,因此,该阶段我们可以被视为准备阶段。 在该阶段,我们可以将NVWorld中创建的灯光等添加到场景中。
         onResume方法在整个场景准备好后,会被调用。在这个阶段,整个场景中的内容会被完全显示出来。
        onPause方法当手机app隐藏到后台,或当该NVScenePlay退出时会被调用,此时NVScenePlay处于未激活状态。
       onStop方法是NVScenePlay完全退出时,会调用该方法,此时我们需要刻意在这个方法里,把一些全局的对象如灯光从该场景中移除。
      onDestroy方法,当我们销毁应用程序时,会执行所有注册到NVAppDirector中的NVScenePlay的该方法。    

4.4 视图类 NVWidget

NVWidget类似于MVC架构中的View的作用。NVWidget是所有场景中可显示对象的父类。
不同于传统2D应用中的ViewNVWidget需要定义整个其可显示对象的形状,外表和姿态。这些形状,外表和3D姿态可以抽象为一个模型数据。
为此,在NVWidget中,我们提供了setShape这个方法,用于设置物体显示需要的形状,该方法的参数接收一个关于形状的文件名字。该文件的格式为mesh 格式 (5.1.1节中会介绍)
此外,NVWidget可以通过setPosition来调整自身的位置,通过setScale来控制自身大小,通过pitch, yaw, roll方法来分别绕X轴, Y轴, Z轴旋转来改变物体的姿态。

4.5 资源管理类 NVResources


NVResources是一个资源管理类,它主要提供给用户如何监听资源加载,获取资源信息的接口。

4.5.1监听资源加载


该功能主要通过设置NVResourcesListener来完成的,NVResourcesListener主要有三个方法:
onLoadStart用于通知用户目前开始加载的资源组,以及该组所包含的资源文件数目。一般NVisionXR会自动将资源分为三组:一组是必须添加的,即NVisionXR自带的资源文件;一组是用户根据我们的资源目录 (参见,第五章资源目录)添加的资源文件;还有一组是用户自己定义的文件路径中的文件。
onLoadFile用于通知用户目前开始加载的资源文件,以及该资源文件在其资源组中的位置。
onLoadEnd 通知用户所有资源文件已经加载完毕。

4.5.2添加资源目录

用户可以通过该类的addResourceLocation方法,来添加它们自己创建的资源文件夹路径。

4.5.3获取资源信息接口

获取资源信息后,用户可以通过程序接口来操作相应的资源文件, 目前这部分功能还没有完全开放。
           
资源目录

     用户在使用NVisionXR时,需要添加资源,为此,为了方便用户使用和管理,我们提供了两个文件夹用于管理资源文件:
     一个是nvisionXR文件夹,该文件夹下存放的是nvisionXR引擎所必需使用的资源文件路径,一般不允许用户更改。 一个时user文件夹,可以允许用户添加自己的资源。(ios对应的这两个文件夹,一个是NVRes.bundle, 一个是UserRes.bundle
       nvisionXRuser文件夹下都会有一些准备好的文件夹:
       1 models文件夹:用于存放模型相关的文件,mesh文件,skeleton文件
       2 materials文件夹: 用于存放NVWidget设置Appearance相关的资源文件material脚本,存放在scripts子文件夹中;program脚本,存放在programs子文件夹中;纹理图片,存放在textures子文件夹中。
       3 packs文件夹,用于存放压缩的zip文件。
       4 particle文件夹,用于存放粒子系统的脚本文件,如pu文件等。

        以上各个文件夹的路径都在resources.cfg配置文件中定义,所有资源必需存放在资源目录里才能够使用
       以上资源目录在Android工程里需要放在assets文件夹根目录下,ios的两个bundle放在工程根目录下即可。

5.1 Models

models文件夹下存放了两类文件,一类是mesh文件,一类是skeleton文件。这两个文件是NVisionXR向用户提供的关于如何定义NVWidget形体以及如何为其添加骨骼动画的资源文件。
meshskeleton格式的文件自身具有体积小的优势。

5.1.1 mesh文件

mesh文件,定义了NVWidget的形状,是nvisionXR向用户提供的一种模型格式,其内部包含了模型的顶点,纹理坐标,顶点法线等信息。
mesh文件中的顶点需要通过material文件来为其赋予颜色属性 ,即其外表。

5.1.2 skeleton文件

skeleton文件是NVWidget的子类NVSkeletonWidget所使用的资源文件,它为NVWidget定义了关于其形状的一组动画。每个动画都有一个名字,可以通过NVSkeletonWidgetaddAnimation方法进行添加, 目前NVSkeletonWidget只能添加一个动画,后续NVisionXR会提供支持添加多个动画,及动画之间的切换。
skeleton文件里包括了骨骼和骨骼动画的关键帧数据。
skeleton文件的名字要与mesh文件的名字一致,这样当我们设置mesh文件时,程序会自动索引到相关mesh文件。

5.2  Materials
         materials文件夹下有两类文件:
         program 脚本文件,可以允许用户自定义编程的shader 目前支持shader语言为glsl
         material脚本文件 定义了关于NVWidget整个外表相关的属性。

5.2.1 program文件

program脚本提供了如何使用自己的shader文件,这部分功能目前不对用户开放。

5.2.2 material 文件

material文件定义了物体的外表属性,即材质信息。
其大致结构如下:
             material name
             {
                  technique
                  {
                       pass
                       {
                        }
                  }
             }
             上述是一个树结构, material是根节点, technique pass是子节点, 节点具有属性和body 属性可以是名字,  body需要{}定义
             material节点里, 至少要定义一个technique 一般情况下,我们只需要一个technique就可以了, pass是我们主要定义材质属性的地方。
            pass中常用属性参数有:
            ambient 定义环境光颜色, 格式为rgb三个值, 其格式为amient r g b
            diffuse 定义一个物体表面漫反射系数,当为全白时,即1.0, 1.0, 1.0时, 表示物体会反射光的全部颜色, 如果是0.0, 0.0, 0.0 则物体不会反射光的颜色,表现为全黑,格式为rgba四个值,其格式为 diffuse r g b a
              注意上述rgba的值都在0~1之间。

              texture_unit表示pass的一个子节点, 在其里面可以用textures里图片物体表面的纹理。
              其格式如下:
               texture_unit
               {
                      texture image_name
                }        

5.2.3 图片文件

目前nvisionxr 支持jpg, png, bmp, tga,等格式的图片文件。

5.3 packs

           packs文件夹里,存放了我们压缩成zip格式的压缩文件。

5.3.1 zip文件

zip文件从某种意义上说也是一种文件夹, 只不过它将其中的资源集中管理起来,并能够减少其中的体积。
一般,我们会将关于一个物体的所有相关资源,压缩成一个zip文件,如将mesh, skeleton, material文件存放在一个zip里。 这时候, mesh , skeleton, material的名字最好一致, 方便程序索引, Rabbit.mesh, Rabbit.skeleton, Rabbit.material存放在一个zip文件夹中,我们通过NVWidget类的setShape方法设置Rabbit.mesh 那么程序能够自动索引到Rabbit.skeleton Rabbit.material

5.4 particle

5.4.1 pu文件

particle是存放粒子系统脚本的地方, nvisionxr的粒子系统采用的是particle universe第三方库, 其支持的脚本为pu文件,关于如何使用particle universe, 请详细看particle universe使用教程。

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