使用HTML5开发Kinect体感游戏

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：

1. 连接上Kinect v2
2. 安装 KinectSDK-v2.0
3. 安装 Nodejs
4. 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。

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！