WebVR开发教程——交互事件（二）使用Gamepad API

上期 WebVR开发教程——交互事件（一）头显与手柄 从头显和手柄两个层面对VR交互事件进行介绍，前者使用的是WebVR API，而后者则需用到Gamepad API，本期将对Gamepad API展开介绍。

Gamepad API

Gamepad API是一个HTML5接口，让开发者可以通过js访问游戏手柄，使用Gamepad API的第一步是获取gamepad实例。

一个典型的gamepad一般都会有button按钮和axes control控制单元，而VR gamepad则是在前两者的基础上，加上对传感器的支持。

Gamepad

属性|说明
:------------:|:------------:
id|string类型，包含手柄的标识信息。
connected|bool类型，反映手柄是否处于连接状态
buttons|返回GampadButton对象数组，即手柄上的所有可用按钮
axes|返回double类型数组，数组元素为手柄控制元件上各轴向数值
pose| 返回一个GamepadPose对象，包含手柄的方向和位置信息

获取headset实例需要调用navigator.getVRDisplays()方法，同样，获取一个手柄的实例，则是调用navigator.getGamepads()方法，它返回一个gamepads数组。
一旦有手柄连接上，gamepads数组将产生有效的gamepad对象，否则，只能是null。

function getGamepad(id)
  const gamepads = navigator.getGamepads();
  for (let i = 0; i < gamepads.length; ++i) {
    let gamepad = gamepads[i];
    // 只有gamepad不为null才有效
    if (gamepad && gamepad.id === id)  return gamepad;
  }
}
// 或者写成这样： let getGamepad = id => navigator.getGamepads().filter( gamepad => gamepad && gamepad.id === id )[0];
this.gamepad = getGamepad('daydream vr controller'); // 获取daydream controller手柄

上面实现的是根据手柄id获取单个gamepad实例的方法，有些VR手柄如Vive Controller, Oculus Touch等是双手柄，则需要获取两个gamepad实例。

接下来，我将针对gamepad实例的buttons, axes, pose三个重要属性进行介绍，它们对应的是手柄按钮、控制元件、传感器三类组件，是实现gamepad交互事件的三大法宝。

Gamepad.buttons

Gamepad.buttons作为gamepad实例的一个重要属性，代表手柄或遥控器上的所有可用按钮，返回的是由一个或多个GamepadButton对象组成的数组。

GamepadButton顾名思义指的是gamepad上的按钮实例，我们可以该实例获取按钮的状态，比如是否被点击。

属性|类型|说明
:------------:|:------------:|:------------:
id|string类型|按钮的id名
pressed|bool类型|按钮是否处于按压状态。
touched|bool类型|按钮是否处于触摸状态。
value|double类型|反映按钮被按压的程度

由于gamepad的构造都不尽相同，如果想识别Gamepad.buttons中确认键或者返回键对象，可以通过GamepadButton.id的值来判断。
下面是利用pressed实现tap事件的代码，这里定义的tap事件，是指手指按下按钮瞬间产生的触发事件，不按压或持续按压过程不会产生tap。

update() {
  const button = this.gamepad.buttons[0]; // 确认键对象通常位于数组第一个
  if (!this._lastPressed && button.pressed) {
    // 处理tap事件
  }
  this._lastPressed = button.pressed;
}

用代码的语言来说，就是只有满足：1) 上一帧的button.pressed为false； 2) 当前帧的button.pressed为true的才会触发tap事件。
于是，我们需要定义一个_lastPressed来记录上一帧button是否pressed。
使用gamepad.buttons可以轻松实现gamepad按钮的点击事件，接下来，将介绍另一个重要属性gampad.axes，通过它我们可以判断触控板手势、摇杆朝向等。

Gamepad.axes

Gamepad.axes返回的是gamepad控制元件的轴数据集，如手柄上的手摇杆Thumbstick、遥控器上的触控板Touchpad都是具有双轴向的元件。
当用户用手指推进摇杆或者轻触触控板时，都可以用一个二维笛卡尔坐标[x,y]来表示当前摇杆或触控板被触发的方位，如下图，返回一个-1.0~1.0的double数值组，一般将按水平、竖直的顺序排序，如axes[0]表示x轴位置、axes[1]表示y轴位置。

update() {
  const axes = this.gamepad.axes; // 获取轴向数组
  const x = axes[0], y = axes[1], 
  dx = x - this._lastAxes[0], dy = y - this._lastAxes[1];
  // 控制画廊位移
  gallery.position.x += dx;
  gallery.position.y += dy;
  this._lastAxes = axes; 
}

上面通过计算两帧之间摇杆在x轴和y轴的位移，控制画廊的显示位置，当摇杆向左推时，画廊也向左移动。

GamepadPose

gamepad.pose属性返回的GamepadPose对象，与头显的VRPose对象类似，GamepadPose访问的是VR手柄的传感器（加速计和陀螺仪），可以直接获取gamepad的方向、位置、速度和加速度等信息。

属性|类型|说明
:------------:|:------------:|:------------:
hasPosition|bool|gamepad是否具有position属性。
hasOrientation|bool|gamepad是否具有orientation属性。
position|Float32Array|返回gamepad的位置矩阵
orientation|Float32Array|返回gamepad的方向矩阵
angularAcceleration|Float32Array|返回x, y, z轴每秒的角加速度
angularVelocity |Float32Array|返回x, y, z轴每秒的角速度
linearAcceleration|Float32Array|返回x, y, z轴每秒的线性加速度
linearVelocity |Float32Array|返回x, y, z轴的线性速度

hasPosition与hasOrientation

只有3-DoF的gamepad如Gear VR和Daydream的Controller只包含orientation方向矩阵，因此hasOrientation为true而hasPosition为false；
而6-DoF的gamepad如Oculus touch和HTC Vive Controller由于orientation和position兼具，因此hasOrientation和hasPosition都为true。

position与orientation

GamepadPose最重要的属性，通过这两个属性可以将现实的手柄映射到VR三维世界中，比如当用户使用手柄玩射击游戏时，就需要获取每一帧gamepad的oritentation，并赋值给3d场景里的枪支模型。

update() {
    const { orientation, position } = this.gamepad.pose;
    controller.quaternion.fromArray( orientation ); // 将方向矩阵赋值给遥控器模型
    controller.position.fromArray( position ); // 将位置矩阵赋值给遥控器模型
}

Acceleration与Velocity

GamepadPose还提供了一系列运动属性：角加速度、角速度、线性速度、线性加速度，我们可以根据这些属性进行更丰富的物理行为，比如使用加速度×质量来计算物体受力情况，适用于诸如砍杀、击球等复杂运动形式，这里就不展开细说了。

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小结

至此，WebVR事件开发基础已经讲完，接下来，我将对各主流VR类型进行针对性实现，根据交互的复杂性，将按照Cardboard→Gear VR→Daydream→Oculus Rift 由屌丝到高富帅的路线。

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