本文主要共包含三大部分：第一部分为 WebXR，包括WebXR 的概念、标准、优点以及主流的开发方式；由 WebXR 开发方式中【使用封装好的第三方库开发】又引出了第二部分—— aframe 框架，其简介、特性及其中应用的 ECS 架构；第三部分为通过一个小游戏 demo，快速掌握 aframe 开发基础。

可以先对小游戏进行一个体验：

游戏体验地址：https://webxr-game.zlxiang.com

源码地址：https://github.com/zh-lx/webxr-game

WebXR

什么是 WebXR？

WebXR 是一组支持将渲染3D场景用来呈现虚拟世界（虚拟现实，也称作VR）或将图形图像添加到现实世界（增强现实，也称作AR）的标准。这个标准实际上是一组 WebXR Device API[1]，它们实现了 WebXR 功能集的核心，管理输出设备的选择，以适当的帧速率将3D场景呈现给所选设备，并管理使用输入控制器创建的运动矢量。

WebXR 兼容性设备包括沉浸式3D运动和定位跟踪耳机，通过框架覆盖在真实世界场景之上的眼镜，以及手持移动电话，它们通过用摄像机捕捉世界来增强现实，并通过计算机生成的图像增强场景。

为了完成这些事情，WebXR Device API 提供了以下关键功能：

• 查找兼容的VR或AR输出设备

• 以适当的帧率将3D场景渲染到设备

• （可选）将输出镜像到2D显示器

• 创建代表输入控件运动的向量

WebXR api 是建立在早期 WebVR api 之上的，如今除了支持 VR 之外，还添加了对 AR 的支持，VR、AR是从感官体验的角度来区分的：

• VR是用户借助外设输入输出（头戴、手柄、体感、运动感知等软硬件系统）来和纯虚拟场景的交互体验

• AR也是用户借助外设来体验额外的虚拟内容，区别是虚拟内容是叠加在真实世界上，其方式可以是通过投射或者视频叠加

一个 WebXR 应用的生命周期

一个 WebXR 应用，底层都要经过以下生命周期：

WebXR 开发 VR 应用的优点

WebXR是基于网页的XR应用程序，可以用来支持一些本地XR应用不那么适合的场景，比如一些短小精干时效不长的营销推广页面、在线沉浸式视频、电商、在线小游戏和艺术创作等。

相比于本地 XR 应用，WebXR 具备如下等优点：

• Web的即时性：我们只需通过链接分享一段内容然后单击，就能立即使用该内容。从用户的角度来看，这是一个优势——无需安装App即可使用内容。从开发者的角度来看，我们可以完全掌控自己的工作，无需征得许可，也无需通过管理或审批流程即可发布应用。

• Web 标准的稳定性：因为 Web 标准的存在，WebXR api 在现阶段已经发布之后，浏览器几乎就不会删除这些 api 了，因此我们通过 WebXR 建立的应用，可以保持长时间的稳定性，而不像原生应用那般需要不断随系统升级而进行适配。

• Web 开发拥有大量的从业者：目前 XR 在 Web 开发中尚未流行起来，而 Web 开发者的群体基数十分庞大，一旦 WebXR 开发在 Web 开发从业者中流行，那么势必会得到一个快速发展，促进该项技术的繁荣。

WebXR 应用的开发方式

主流的 WebXR 应用开发方式有三种：

使用封装好的第三方库

对于没有 WebGL 基础的用户，学习和开发成本相对都比较高，因此市面上有一些在 WebGL 基础上封装的库，帮助我们快速上手开发 WebXR，例如 aframe[2]、babylon[3]、three.js[4]

WebGL + WebXR api

使用 WebGL 加 WebXR api 开发的方式，相对来说是比较贴近于底层的，对于底层，特别是渲染模块我们可以做一些优化操作从而提升 XR 的性能和体验。

传统 3d 引擎 + emscripten

传统的 3D 应用开发我们一般都会采用一些比较知名的 3D 引擎例如 unity、unreal 等，借助 emscripten[5]，我们可以将 C 和 C++ 代码编译为 WebAssembly，从而实现 web 端的 XR。

aframe 框架

简介

aframe 是一个用来构建虚拟现实（VR）应用的网页开发框架，它基于 HTML 之上，使其上手十分简单。但是 aframe不仅仅是一个3D场景渲染引擎或者一个标记语言，其核心思想是基于 Three.js 来提供一个声明式、可扩展以及组件化的编程结构。

它由WebVR的发起人 Mozilla VR[6] 团队所构建，是当下用来开发WebVR内容主流技术方案，现在由 aframe 在 Supermedium 中的联合创建者维护。作为一个独立的开源项目，aframe 已经成长为最大的 VR 社区之一。

特性

• 简单的 VR 制作：只需要引入 <script> 标签 和 <a-scene>，aframe 将自动生成3D渲染的样板代码、VR相关设置和缺省的交互控制。不需要安装任何东西也无需编译构建。

• 声明式 HTML：aframe 通过 html 标签的方式，将大量的 3D 逻辑封装在内，容易阅读，理解和复制粘贴。

• ECS 架构：aframe 基于强大的 three.js[7] 框架, 同时提供声明式、组件化、可复用的实体组件结构。HTML只是冰山的一角，开发者可以自由的使用 JavaScript、DOM API，Three.js，WebVR，和 WebGL。

• 高性能：aframe 从底层对 WebVR 做了优化，尽管其使用 DOM，但其元素并不接触浏览器的布局引擎。3D 对象的更新全部在低开销内存中通过单个 requestAnimationFrame 来调用，甚至能够像本地应用一样来运行 (90+ FPS)。

• 跨平台：A-Frame 能构建能兼容主流头显设备的 VR 应用程序，如HTC Vive, Rift, Daydream, GearVR，Pico, Oculus乃至在普通电脑和手机上运行。

• 工具无关性：由于是构建在 HTML 之上，所以 A-Frame 和大多数开发库、框架和工具如 react[8]， vue[9]，angular[10] 等都能够兼容。

• 可视化的检测工具：aframe 提供一个便捷的内置3D可视化检测工具。打开任意的A-Frame场景，Mac 敲击 <control> + <option> + <i> 或者 windows 敲击 <ctrl> + <alt> + i 组合键，将切换到3D元素检测模式。

• 

• 丰富的组件：aframe 内置了很丰富的组件，核心组件如几何模型(geometries)，材料(materials)，光线(lights)，动画(animations)，模式(models)，光线投射(raycasters)，阴影(shadows)，定位音频(positional audio)，文本(text)，和 Vive / Touch / Daydream / GearVR / Cardboard 等控制。以及更多社区贡献的组件如：粒子系统(aframe-particle-system-component[11])、物理系统(aframe-physics-system[12])，多人模式(networked-aframe[13])、海洋(oceans[14])、山脉(mountain[15])、语音识别(aframe-speech-command-component[16])、运动捕捉(aframe-motion-capture[17])、瞬移(aframe-teleport-controls[18])、人手(aframe-super-hands-component[19])、以及增强现实(augmented-reality[20]) 等等。

ECS 架构

ECS 全称 Entity-component-system（实体-组件-系统） ，是一种主要在游戏开发领域使用的架构模式。ECS 架构遵循组合模式要好于继承和层次结构的设计原则，具有很大的灵活性。

组成

实体

实体是指存在于游戏中的一个物体，实际上它是一系列组件的集合。

aframe 中使用 <a-entity> 元素来表示一个实体，如同在 ECS 架构中定义的那样，实体是一个占位符对象，我们通过插入组件来提供其外观、行为和功能。其中，位置（position）， 旋转（rotation）和尺寸（scale）是实体的固有组件。

在代码中，一个实体你可以看做是一个 html 标签：

<!-- 一个空实体，它没有外表、行为或功能 -->
<a-entity />

<!-- 我们可以给实体加上几何模型（geometry）和 材料（material）组件 ，使它具有形状和外观-->
<a-entity geometry= primitive: box  material= color: red  />

组件

组件是一个可重用和模块化的数据块，我们将其插入到一个实体中，以添加外观、行为或功能。aframe 中，组件修改场景中的三维对象实体，我们将组件组合在一起构建复杂对象（实际上其封装了 three.js 和 js 代码逻辑）。

aframe 内置了大量的组件供我们使用：https://aframe.io/docs/1.3.0/components/animation.html

在代码中，一个组件可以看作是 html 标签的一个属性：

<!-- 如下给实体添加了 position 组件，用以改变实体在三维坐标中的位置 -->
<a-entity position= 1 2 3 ></a-entity>

可以通过 AFRAME.registerComponent api 来注册一个组件：

<script>
AFRAME.registerComponent('very-high', {
  init: function () {
    this.el.setAttribute('position', '0 9999 0')
  }
});
</script>

<a-entity very-high></a-entity>

系统

一个系统为组件类提供全局范围，服务和管理 ， 它为组件类提供公共 API （方法和属性） 。一个系统可以通过场景元素来访问，并能帮助组件和全局场景交互。

系统的注册方式和组件类似，通过 AFRAME.registerSystem 进行注册。如下代码，注册了一个 car 系统，它为 car 组件提供服务，car 组件可以通过 this.system 来访问它的同名系统，根据 car 组件的不同 type ，系统为组件对应的实体设置了不同的 speed。

AFRAME.registerSystem('car', {
  getSpeed: function (type) {
    if (type === 'tractor') {
      return 40;
    } else if (type === 'sports car') {
      return 300;
    } else {
      return 100;
    }
  }
})

AFRAME.registerComponent('car', {
  schema: {
    type: { default: 'tractor' },
  },
  init: function () {
    this.el.setAttribute('speed', this.system.getSpeed(this.data.type))
  },
})

优势

在 3D 和 VR 游戏开发领域，ECS 架构经久考验，著名的 unity 游戏引擎就是采用 ECS 架构，那么相比于 OOP（面向对象），ECS 有什么优势呢？

与面向对象相比，ECS 架构最大的区别就是面向对象是通过继承的方式来构建复杂的类，而 ECS 通过组合的方式来构建复杂的实体。在 OOP 模式下，当一个新的类型需要多个老类型的不同功能的时候，不能很好的继承出来；而 ECS 把大量的模块进行集成并解耦，用最小的耦合来集成大量分散的系统，更为灵活。

举个例子：

现在我们有一个游戏，里面有玩家、敌人、建筑、树等物体，游戏开发了一段时间后，我们需要增加一类会攻击的建筑。

如果通过面向对象的方式，在一系列冗长的继承链之后，会攻击的建筑无法再直接继承 Building 和 Enemy 类了（Enemy 类继承了 Dynamic 类）：

而在 ECS 架构下，由于每个组件都是最小单元且相互解耦的，所以只需要组合 Position、Rotation、Scale、Recover、Attack 组件就可以构建出新的 AttackBuilding 实体。

VR 开发中的重要概念

VR 开发是基于 3D 的，几乎在所有的 3D 开发中，都有以下两个较为重要的概念：相机(camera) 和 三维坐标系，理解这两个概念，是进行 3D 开发的基础。

相机 (camera)

相机定义了用户从哪个角度查看场景，你可以将相机理解为观察者的眼睛，只有相机看到的画面，才会呈现在屏幕画布上。相机通常与允许输入设备移动和旋转相机的控件组件配对。

相机通常分为正交相机（OrthographicCamera）和透视相机（PerspectiveCamera），3D 场景中一般使用透视相机，而正交相机一般用于 2D 渲染。

正交相机

正交相机（OrthographicCamera）所看到的物体都是三维的，但是人的眼睛只能看到正面，不能看到被遮挡的背面，你看到的是一个2D的投影图。空间几何体转化为一个二维图的过程就是投影，不同的投影方式意味着投影尺寸不同的算法。

透视相机

透视相机（PerspectiveCamera）的结果除了与几何体的角度有关，还和距离相关，人的眼睛观察世界就是透视投影，比如你观察一条铁路距离越远你会感到两条轨道之间的宽度越小。

aframe 是基于 three.js 的，无论正投影还是透视投影，three.js都对相关的投影算法进行了封装，大家只需要根据不同的应用场景自行选择不同的投影方式。使用OrthographicCamera相机对象的时候，three.js会按照正投影算法自动计算几何体的投影结果；使用PerspectiveCamera相机对象的时候，three.js会按照透视投影算法自动计算几何体的投影结果。

三维坐标系

aframe 中的 3d 坐标系使用右手坐标系统，默认的摄像机的朝向，就是下图视角：

距离单位

aframe的距离单位是米（meters），因为 WebXR API 以米为单位返回姿势数据。

旋转单位

aframe的旋转单位是角度（degrees），它会在three.js内部转换为弧度。要确定旋转的正方向，需要使用右手法则：把大拇指指向正轴的方向，我们手指绕的方向就是旋转的正方向。

从一个小游戏上手 aframe 开发

了解了 WebXR 及 aframe 的一些基本概念后，我们可以尝试动手制作一个小游戏了。通过这个小游戏的制作过程，你将学习到 a-frame 开发的一些常用 api，并具备上手开发的能力。

构建 aframe 开发环境

首先要引入 aframe 框架，aframe 支持多种引入方式(https://github.com/aframevr/aframe#usage)，这里我选择了通过 script 标签的方式直接在 html 中引入:

<!DOCTYPE html>
<html lang= en >
  <head>
    <meta charset= UTF-8  />
    <meta http-equiv= X-UA-Compatible  content= IE=edge  />
    <meta name= viewport  content= width=device-width, initial-scale=1.0  />
    <title>WebXR Game</title>
    <script src= https://aframe.io/releases/1.3.0/aframe.min.js ></script>
  </head>
  <body>
  </body>
</html>

需要注意的是，aframe 中的资源(assets)、纹理贴图(textures) 以及模型 (models) 通常需要远程加载，如果是直接通过本地绝对路径打开 html 页面会因为跨域而无法正常访问资源，所以需要通过 host 或者 localhost 访问 html 文件进行开发：

这里我通过 webpack 起了一个 devServer 去访问本地的 HTML 文件。

添加原语/实体

什么是原语

实体我们前面说过了，aframe 中通过 <a-entity> 创建一个实体，表示 VR 世界中的一个物体。原语(primitives)[21] 同样是 <a-xxx> 形式的一个 html 标签，其内部实际上是 实体-组件 的封装。aframe 内置了大量的原语供我们使用: https://aframe.io/docs/1.3.0/primitives/a-box.html

添加场景

前面引入了 aframe 框架，接下来我们在 body 中添加一个 <a-scene> 原语， <a-scene>是场景容器，用来包含所有实体，我们所有的实体和原语都需要添加在 <a-scene> 里面。<a-scene> 帮我们处理了所有 XR 开发所需要的设置：

• 设置画布（canvas），渲染器（renderer）以及渲染循环

• 缺省相机和光照

• 设置webvr-polyfill, VREffect

• 添加进入 VR 的界面，来启动WebXR API

<!DOCTYPE html>
<html lang= en >
  <head>
    <meta charset= UTF-8  />
    <meta http-equiv= X-UA-Compatible  content= IE=edge  />
    <meta name= viewport  content= width=device-width, initial-scale=1.0  />
    <title>WebXR Game</title>
    <script src= https://aframe.io/releases/1.3.0/aframe.min.js ></script>
  </head>
  <body>
    <a-scene></a-scene>
  </body>
</html>

添加了 <a-scene> 之后，我们在页面的右下角能看到一个 VR 的图标，表示添加成功了。点击图标我们可以进入到 VR 的页面，来启动 WebXR API：

引入社区资源

对于我们 web 开发者来说，VR 最难的可能是建立合适的 3D 模型，好在社区有许多已经封装好的资源供我们使用，A-Frame Registry[22] 收集并组织这些资源以便开发者发现和复用，在这里面我们可以找到许多供我们开箱即用的资源。

这里我引用了 aframe-environment-component[23]，它可以帮助我们快速创建一个美观的场景，引入脚本，然后在 <a-scene 上面添加一个 environment：

<!DOCTYPE html>
<html lang= en >
  <head>
    <meta charset= UTF-8  />
    <meta http-equiv= X-UA-Compatible  content= IE=edge  />
    <meta name= viewport  content= width=device-width, initial-scale=1.0  />
    <title>WebXR Game</title>
    <script src= https://aframe.io/releases/1.3.0/aframe.min.js ></script>
    <script src= https://unpkg.com/aframe-environment-component@1.3.1/dist/aframe-environment-component.min.js ></script>
  </head>
  <body>
    <a-scene environment= preset: forest; ></a-scene>
  </body>
</html>

一个森林的场景就出现在了我们的屏幕中：

添加一面墙

接下来我们要在场景中添加一面墙，用于展示我们游戏的开始、结束、得分以及生命值等信息。使用 <a-box> 原语，在场景中建立一个立方体作为墙：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-box></a-box>
</a-scene>

前面我们说了原语是对 实体-组件 的封装，上面的代码等价于：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-entity geometry= primitive: box; ></a-entity>
</a-scene>

添加3D坐标变换

为我们的墙添加 scale= 30 20 4，将其设置为一堵 x 轴方向长 30 米，z 轴方向宽 4 米，y 轴方向高 20 米的墙；并添加 postion= 0 0 -20 ，将其位置设置在 z 轴方向 -20 米的位置：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-box scale= 30 20 4  position= 0 0 -20 ></a-box>
</a-scene>

应用图片纹理

给 <a-box> 添加一个 src 属性，指定一个图片地址， aframe 会将图片作为贴图渲染在物体的表面。如下代码，我们给墙壁表面贴上了石头纹理：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-box
    scale= 30 20 4 
    position= 0 0 -20 
    src= https://image-1300099782.cos.ap-beijing.myqcloud.com/wall.jpeg 
  >
   <a-box position= 0 0 0 ></a-box>
  </a-box>
</a-scene>

使用资源管理系统

上面给墙添加图片纹理的方式有一个缺点：墙体的资源加载不会等待图片加载完再开始，这可能导致场景中先渲染出没有图片纹理的墙，等墙体的图片加载完成后墙面才会渲染图片纹理。

出于性能考虑我们推荐使用资源管理系统（<a-assets>）。资源管理系统使浏览器缓存资源更容易（例如图像，视频，模型），并且A-Frame框架将确保所有的资源都在渲染之前被获取到。

如果我们在资源管理系统里面定义一个 <img> ，three.js就无需在底层再创建一个 <img> 。在 aframe 中自行创建 <img> 也给了我们更多的控制，让我们在多个实体上重用纹理。同时必要时 aframe 还能自动设置 crossOrigin 以及其他一些属性。

要将资源管理系统用于图像纹理：

• 添加<a-assets>到场景中。

• 将纹理定义为<a-assets>下面的<img>。

• 给<img>一个HTML ID (e.g. id= boxTexture)。

• 以DOM选择器格式使用ID来引用资源（src= #boxTexture）

使用资源管理系统来实现上面给墙添加图片纹理效果的代码如下：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-assets timeout= 30000 >
    <img
      id= wallImg 
      src= https://image-1300099782.cos.ap-beijing.myqcloud.com/wall.jpeg 
    />
  </a-assets>

  <a-box scale= 30 20 4  position= 0 0 -20  src= #wallImg ></a-box>
</a-scene>

添加文字

WebGL 有多种方法来处理文字的渲染，各有优缺点，aframe 采用 SDF 文本[24] 实现方案，使用了three-bmfont-text，简单且性能好。通过添加 <a-text> 原语，实现文本的渲染。

<a-scene environment= preset: forest; >
  <!-- ... -->
  <a-text
    id= start-text 
    value= Start 
    color= #BBB 
    position= -3 6 -18 
    scale= 10 10 10 
    font= mozillavr 
  ></a-text>
</a-scene>

其他的一些文本渲染方案还有：

• text-geometry[25]：三维文本，渲染代价要高些

• html-shader[26]：把HTML渲染为一个纹理，好处是容易设置样式，缺点是性能糟糕。

添加光标

在 VR 世界中，我们可以通过 VR 设备的控制器进行交互，考虑到目前许多开发人员没有合适的带控制器的 VR 硬件，我们可以使用内置的 cursor 组件来进行交互。

光标原语 <a-cursor> 既可以用于基于注视的交互，也可以用于基于控制器的交互。默认的外观是一个环形几何图形，它通常作为相机的子对象放置。

如下我们通过 <a-camera> 添加一个自己的相机去代替 <a-scene> 设置的缺省相机，并将 <a-cursor> 作为相机的子对象挂载，这样无论我们的相机如何旋转和移动，我们始终能看到光标。

这里说明一下：aframe 中当一个实体作为另一个实体的子对象挂载后，子对象实体的 3d 坐标属性都是相对于其父对象实体的坐标位置，而不是整个 3d 世界的坐标位置。

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-camera>
    <a-cursor color= #FAFAFA ></a-cursor>
  </a-camera>
</a-scene>

使用 gltf 模型

gltf[27] 是 Khronos 的一个开放项目，它为3D资产提供了一种通用的、可扩展的格式，这种格式既高效又与现代web技术高度可交互。gltf-model 组件使用glTF ( .gltf或 .glb)文件来加载模型数据，我们此应用中大量的 3d 模型都将使用 gltf 模型。

开放资源

下面是几个开放的 gltf 资源网站：

• Sketchfab[28]：提供所有可下载模型的自动转换，包括PBR模型以及 gltf 格式

• Poimandres Market[29]：提供 gltf 格式的 3D 资源下载

• Poly Haven[30]：提供 CC0 HDRIs、PBR 纹理和 gltf 模型

添加一个武器

引入 gltf 模型来加载一个武器，在资源管理系统中，通过 <a-asset-item> 原语引入一个 gltf 资源，然后在相机下挂载一个实体子对象，将实体的 src 设置为 <a-asset-item> 原语的 id：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <a-assets timeout= 30000 >
    <img
      id= wallImg 
      src= https://image-1300099782.cos.ap-beijing.myqcloud.com/wall.jpeg 
    />
    <a-asset-item
      id= weapon 
      src= https://vazxmixjsiawhamofees.supabase.co/storage/v1/object/public/models/blaster/model.gltf 
    ></a-asset-item>
  </a-assets>

  <a-camera>
    <a-cursor color= #FAFAFA ></a-cursor>
    <a-gltf-model
      id= _weapon 
      src= #weapon 
      position= 0.5 -0.5 -0.8 
      scale= 1 1 1 
      rotation= 0 180 0 
    ></a-gltf-model>
  </a-camera>
</a-scene>

在页面上就出现了我们的武器：

使用组件

前面我们提到过组件的注册方式，下面我们要实现当光标聚焦了 start 文字时，文字变大并且变色；光标失焦是还原的效果。

组件有很多生命周期，在本例中我们使用了 init() 方法，它方法在组件生命周期开始时被调用一次，通常被用于设置初始状态和变量 、 绑定方法 以及 附加事件侦听器 。

注册组件

下面的代码中我们注册了一个 start-focus 组件，它在 init() 生命周期时给对应的实体注册了 mouseenter 和 mouseleave 事件监听，当触发 mouseenter 事件时，start 字体会变大并且变成橙色；当触发 mouseleave 事件时，start 字体会复原：

AFRAME.registerComponent('start-focus', {
  init: function () {
    this.el.addEventListener('mouseenter', function () {
      if (window.startLeaveTimer) {
        clearTimeout(window.startLeaveTimer);
        window.startLeaveTimer = null;
      }
      window.CursorFocusEntity = 'start';
      this.setAttribute('scale', '12 12 12');
      this.setAttribute('color', 'orange');
    });

    this.el.addEventListener('mouseleave', function () {
      window.startLeaveTimer = setTimeout(() => {
        window.CursorFocusEntity = null;
        this.setAttribute('scale', '10 10 10');
        this.setAttribute('color', '#bbb');
      }, 500);
    });
  },
});

挂载组件

我们把刚刚注册的 start-focus 组件挂载到 start 文本原语上：

<a-scene environment= preset: forest; >
  <!-- ... -->
  <a-text
    id= start-text 
    value= Start 
    color= #BBB 
    position= -3 6 -18 
    scale= 10 10 10 
    font= mozillavr 
    start-focus
  ></a-text>
</a-scene>

现在就实现了我们想要的效果：

监听光标点击事件

按照刚刚的方法，故技重施，如法炮制，给光标添加一个点击监听事件：

<script>
AFRAME.registerComponent('cursor-listener', {
  init: function () {
    // 点击进行攻击
    this.el.addEventListener('click', function (evt) {
      console.log('光标点击了')
    });
  }
});
</script>

<a-camera>
  <a-cursor color= #FAFAFA  cursor-listener></a-cursor>
</a-camera>

javaScript 进行交互

因为 aframe 本质上就是HTML，所以我们可以像普通Web开发一样使用 JavaScript 和 DOM[31] API来控制其中的场景和实体。

下面我们要实现一个点击光标时，武器向光标位置发射子弹的效果，使用 JavaScript 的 DOM API 来做一些实体与场景的交互。

获取光标点信息

当光标点击事件触发时，回调函数有一个默认参数 evt，里面包含了光标的相关信息，我们可以打印一下：

AFRAME.registerComponent('cursor-listener', {
  init: function () {
    // 点击进行攻击
    this.el.addEventListener('click', function (evt) {
      console.log(evt)
    });
  }
});

通过打印的结果得知，evt.detail.intersection.point 包含了当前光标所指向的三维坐标位置：

现在我们在光标点击事件的回调函数中，执行一个 createAttack 方法，其接收 evt.detail.intersection.point 作为参数：

AFRAME.registerComponent('cursor-listener', {
  schema: {},

  init: function () {
    // 点击进行攻击
    this.el.addEventListener('click', function (evt) {
      createAttack(evt.detail.intersection.point);
    });
  },
});

创建实体

我们要发射子弹，首先要创建子弹实体，通过 document.createElement api 来创建子弹实体，如下代码创建了一个球体：

function createAttack(point) {
  const attackEntity = document.createElement('a-sphere');
}

给实体设置组件

通过 javascript 给实体设置组件，与 js 给 dom 设置属性一样，也是通过 Node.setAttribute 方式。

如下代码中，给刚刚创建的球体设置了 radius、color、position 和 animation 等组件：

function createAttack(point) {
  const { newX, newY, newZ } = getPosition(point);
  const attackEntity = document.createElement('a-sphere');
  attackEntity.setAttribute('radius', '0.2');
  attackEntity.setAttribute('color', 'red');
  attackEntity.setAttribute('position', `${newX} ${newY} ${newZ}`);
  attackEntity.setAttribute(
    'animation',
    `property: position; dur: 300; to: ${point.x} ${point.y} ${point.z};`
  );
}

其中 position 的位置，是球体生成的位置，我们需要让子弹从武器的枪口位置处发出，最终通过动画，发射到光标所在的位置。

计算子弹的初始位置

上面的代码中，getPosition 是计算子弹初始位置的函数，此部分设计复杂且枯燥的数学计算，不感兴趣的可以跳过。

前面我们提到过，aframe 中实体的 position 是相对于父对象实体的，我们的子弹最终是要挂载到 <a-scene> 下面，由于当相机转动时，武器在三维世界坐标系中的位置会发生变化，所以我们需要计算出武器枪口所在的初始位置，即子弹的初始位置。

我们先看三维坐标系中的其中一个平面，以 x 轴和 z 轴所在的平面为例：

首先无论相机如何转动，枪口位置和相机指向的位置与相机所在点的连线在 xz 平面所成的夹角是始终不变的。

光标起始点和点击时光标所在点的坐标我们都是已知的，所以可以求出点击时和初始状态在 xz 平面所旋转的弧度 θ，然后根据下面的数学知识，我们能计算出点击时枪口所在的位置。

坐标系中求两条直线之间的夹角：

直线 l1 的斜率 k1 : k1 = (y1 - y) ``/ (x1 - x)

直线 l2 的斜率 k2：k2 = (y2 - y) ``/ (x2 - x)

夹角 θ 的正切值：tanθ = (k2 - k1) ``/ (1 + k1 * k2)

夹角 θ：θ = Math.atan(tanθ)

坐标系求一个点以另一个点为圆心旋转 θ 后的坐标：

x2 = (x1 - x) * cosθ - (y1 - y) * sinθ + x

y2 = (y1 - y) * cosθ + (x1 - x) * sinθ + y

通过上面的数学公式，代入 getPosition 函数中，就可以求出我们子弹的初始位置。

获取实体

我们最终要把创建出的子弹挂载到场景中，所以需要先获取到场景，通过 document.querySelector api 去获取：

const scene = document.querySelector('a-scene');

挂载实体

同样通过 appendChild dom api，我们可以将刚刚创建的子弹实体给挂载到场景中：

function createAttack(point) {
  const { newX, newY, newZ } = getPosition(point);
  const attackEntity = document.createElement('a-sphere');
  attackEntity.setAttribute('radius', '0.2');
  attackEntity.setAttribute('color', 'red');
  attackEntity.setAttribute('position', `${newX} ${newY} ${newZ}`);
  attackEntity.setAttribute(
    'animation',
    `property: position; dur: 300; to: ${point.x} ${point.y} ${point.z};`
  );
  scene.appendChild(attackEntity);
}

销毁实体

当子弹发射到光标所在位置之后，我们不能让其一直停留在场景中，需要将其销毁，即通过 removeChild 将其从场景中移除：

function createAttack(point) {
  const { newX, newY, newZ } = getPosition(point);
  const attackEntity = document.createElement('a-sphere');
  attackEntity.setAttribute('radius', '0.2');
  attackEntity.setAttribute('color', 'red');
  attackEntity.setAttribute('position', `${newX} ${newY} ${newZ}`);
  attackEntity.setAttribute(
    'animation',
    `property: position; dur: 300; to: ${point.x} ${point.y} ${point.z};`
  );
  scene.appendChild(attackEntity);
  const timer = setTimeout(() => {
    scene.removeChild(attackEntity);
    clearTimeout(timer);
  }, 300);
}

至此我们的子弹发射效果就完成了：

添加音频资源

音频对于在虚拟现实中提供沉浸感是很重要的，方法是添加一个<audio>元素到我们的HTML（最好是<a-assets>）中来播放一个音频文件，并在相机下面挂载一个实体，通过 sound 组件来挂载对应的音频：

<a-scene environment= preset: forest; >
      <a-assets timeout= 30000 >
        <audio
          id= shooting-sound 
          src= https://audio-1300099782.cos.ap-beijing.myqcloud.com/shooting.mp3 
          preload= auto 
        ></audio>
      </a-assets>

      <a-camera>
        <a-cursor color= #FAFAFA  cursor-listener></a-cursor>
        <a-gltf-model
          id= _weapon 
          src= #weapon 
          position= 0.5 -0.5 -0.8 
          scale= 1 1 1 
          rotation= 0 180 0 
        ></a-gltf-model>
        <a-entity
          sound= src: #shooting-sound 
          id= shooting_sound_player 
          position= 0.5 -0.5 -0.8 
          poolSize= 10 
        ></a-entity>
      </a-camera>
    </a-scene>

通过 entity.components.sound.playSound() 方法，我们可以播放实体上挂载的音频，所以我们在 createAttack 方法执行时通过如下代码播放射击的音频：

const shootingSoundPlayer = document.querySelector('#shooting_sound_player');

function createAttack(point) {
  shootingSoundPlayer.components.sound.playSound();
  const { newX, newY, newZ } = getPosition(point);
  const attackEntity = document.createElement('a-sphere');
  attackEntity.setAttribute('radius', '0.2');
  attackEntity.setAttribute('color', 'red');
  attackEntity.setAttribute('position', `${newX} ${newY} ${newZ}`);
  attackEntity.setAttribute(
    'animation',
    `property: position; dur: 300; to: ${point.x} ${point.y} ${point.z};`
  );
  scene.appendChild(attackEntity);
}

其余工作

到这里，我们本游戏 demo 所涉及的所有 aframe 的知识点都已经讲完了，你可以根据上面的知识点，结合 javascript，完成剩余的部分工作：

• 定时生成怪物

• 怪物间隔一定时间对我们发射攻击，造成伤害

• 攻击怪物，造成伤害，消灭怪物时获得分数

• 更新分数和我们剩余的 HP

• 游戏开始、结束和重新开始

总结

通过本文，你应该收获了有关 WebXR 的概念、标准以及如何通过 aframe 框架开发 WebXR 应用等知识，WebXR 无论在 Web 开发还是 VR 开发中都是目前参与人数较少的一片蓝海，其前景十分的广阔，甚至我们的教育业务如果结合 WebXR 技术，也是一个新的思路。

希望通过本文能够引起大家对 WebXR 的兴趣，总结了 WebXR 的一些学习资料和开发资源，便于感兴趣的同学开发上手：

• WebXR 标准：https://immersive-web.github.io/webxr/#xrpose-interface

• aframe

• Sketchfab[32]

• Poimandres Market[33]

• Poly Haven[34]

• 文档：https://aframe.io/docs/1.3.0/introduction/

• 资源：https://aframe.io/aframe-registry/

• gltf 资源

• WebGL：https://github.com/KhronosGroup/WebGL

• Three.js:https://github.com/mrdoob/three.js

参考资料

[1]WebXR Device API: https://immersive-web.github.io/webxr/#terminology

[2]aframe: https://github.com/aframevr/aframe

[3]babylon: https://github.com/BabylonJS/Babylon.js

[4]three.js: https://github.com/mrdoob/three.js

[5]emscripten: https://github.com/emscripten-core/emscripten

[6]Mozilla VR: https://mozvr.com/

[7]three.js: https://github.com/mrdoob/three.js

[8]react: https://github.com/aframevr/aframe-react/

[9]vue: https://vuejs.org/

[10]angular: https://angularjs.org/

[11]aframe-particle-system-component: https://github.com/IdeaSpaceVR/aframe-particle-system-component

[12]aframe-physics-system: https://github.com/donmccurdy/aframe-physics-system

[13]networked-aframe: https://github.com/haydenjameslee/networked-aframe

[14]oceans: https://github.com/donmccurdy/aframe-extras/tree/master/src/primitives

[15]mountain: https://github.com/ngokevin/kframe/tree/master/components/mountain/

[16]aframe-speech-command-component: https://github.com/lmalave/aframe-speech-command-component

[17]aframe-motion-capture: https://github.com/dmarcos/aframe-motion-capture

[18]aframe-teleport-controls: https://github.com/fernandojsg/aframe-teleport-controls

[19]aframe-super-hands-component: https://github.com/wmurphyrd/aframe-super-hands-component

[20]augmented-reality: https://github.com/jeromeetienne/AR.js#augmented-reality-for-the-web-in-less-than-10-lines-of-html

[21]原语(primitives): https://aframe.io/docs/1.3.0/introduction/html-and-primitives.html#primitives

[22]A-Frame Registry: https://aframe.io/aframe-registry

[23]aframe-environment-component: https://github.com/supermedium/aframe-environment-component

[24]SDF 文本: https://steamcdn-a.akamaihd.net/apps/valve/2007/SIGGRAPH2007_AlphaTestedMagnification.pdf

[25]text-geometry: https://github.com/supermedium/superframe/tree/master/components/text-geometry/

[26]html-shader: https://github.com/mayognaise/aframe-html-shader

[27]gltf: https://github.com/KhronosGroup/glTF

[28]Sketchfab: https://sketchfab.com/features/gltf

[29]Poimandres Market: https://market.pmnd.rs/

[30]Poly Haven: https://polyhaven.com/

[31]DOM: https://developer.mozilla.org/docs/Web/API/Document_Object_Model/Introduction

[32]Sketchfab: https://sketchfab.com/features/gltf

[33]Poimandres Market: https://market.pmnd.rs/

[34]Poly Haven: https://polyhaven.com/

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