HoloLens开发手记 - Unity之Spatial mapping 空间映射

本文主要讨论如何在Unity项目中集成空间映射功能。Unity内置了对空间映射功能的支持，通过以下两种方式提供给开发者：

1. HoloToolkit项目中你可以找到空间映射组件，这可以让你便捷快速地开始使用空间映射特性。
2. Unity还提供更多底层的空间映射API，以便开发者能够完全控制空间映射特性，满足定制复杂的应用需求

为了在应用使用空间映射特性，你必须在应用权限清单中启用SpatialPerception能力。

Setting the SpatialPerception capability 设置SpatialPerception能力

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为了使应用能够使用空间映射数据，SpatialPerception能力必须被启用。

使用以下步骤启用此能力：

1. 在Unity编辑器中，进入Player Settings选项（Edit > Project Settings > Player）
2. 点击Window Store选项卡
3. 展开Publish Settings选项，并在Capabilities列表勾选SpatialPerception选项

注意：如果你已经把Unity项目导出为Visual Studio项目，你需要重新导出修改后的项目到新文件夹或者手动在VS中修改AppxManifest应用清单。

空间映射特性也要求项目MaxVersionTested版本最低为10.0.10586.0：

1. 在VS项目解决方案中，双击Package.appxmanifest文件，并右键选中查看源码方式打开
2. 找到TargetDeviceFamily这一行，并将MaxVersionTested="10.0.10240.0" 修改为 MaxVersionTested="10.0.10586.0"
3. 保存Package.appmanifest文件

Spatial mapping components 空间映射组件

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HoloToolkit项目提供了几个方案帮助你简单快速集成空间映射特性。

对于默认的空间映射需求，我们推荐使用SpatialMappingComponent目录下的 SpatialMappingCollider.cs 和 SpatialMapppingRenderer.cs脚本。如果你需要从网络或者文件载入空间网格，可以使用SpatialMapping目录下的脚本。

额外的信息可以在HoloToolkit项目Github主页上找到。

How to use the API 如何使用底层API

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命名空间: UnityEngine.VR.WSA

类型: SurfaceObserver, SurfaceChange, SurfaceData, SurfaceId

SurfaceObserver是主要使用到的API对象，下面是应用使用空间映射特性推荐的大致流程。

Set up the SurfaceObserver(s) 设定SurfaceObserver对象

你要为每一个需要空间映射数据的空间区域在应用中初始化一个SurfaceObserver对象。

SurfaceObserver surfaceObserver;

 void Start () {
     surfaceObserver = new SurfaceObserver();
 }

通过调用SetVolumeAsSphere、SetVolumeAsAxisAlignedBox、 SetVolumeAsOrientedBox、 或 SetVolumeAsFrustum方法可以为每个SurfaceObserver对象指定它们需要获取数据的空间范围。以后你还可以通过再次调用它们来重新设定检测的空间范围。

void Start () {
    ...
     surfaceObserver.SetVolumeAsAxisAlignedBox(Vector3.zero, new Vector3(, , ));
}

当你调用SurfaceObserver.Update()方法时，需要每一个SurfaceObserver对象检测区域中的空间表面（spatial surface）指定事件处理方法。

private void OnSurfaceChanged(SurfaceId surfaceId, SurfaceChange changeType, Bounds bounds, System.DateTime updateTime)
 {
    //处理空间表面变化
 }

Handling Surface Changes 处理空间表面变化

关于空间表面变化，有几个典型情形需要处理。Added状态和Updated状态可以使用相同的代码处理，Removed状态则使用另一种代码来处理。

• 在Added和Updated情形下，我们从字典中添加或者获取代码当前网格的对象，使用必要的组件来创建一个SurfaceData结构体，然后调用RequestMeshDataAsync方法在场景中使用网格数据和位置来填充对象。
• 在Removed情形下，我们从字典中移除当前网格代表的对象并销毁它。

System.Collections.Generic.Dictionary<SurfaceId, GameObject> spatialMeshObjects = new System.Collections.Generic.Dictionary<SurfaceId, GameObject>();

   private void OnSurfaceChanged(SurfaceId surfaceId, SurfaceChange changeType, Bounds bounds, System.DateTime updateTime)
   {
       switch (changeType)
       {
           case SurfaceChange.Added:
           case SurfaceChange.Updated:
               if (!spatialMeshObjects.ContainsKey(surfaceId))
               {
                   spatialMeshObjects[surfaceId] = new GameObject("spatial-mapping-" + surfaceId);
                   spatialMeshObjects[surfaceId].transform.parent = this.transform;
                   spatialMeshObjects[surfaceId].AddComponent<MeshRenderer>();
               }
               GameObject target = spatialMeshObjects[surfaceId];
               SurfaceData sd = new SurfaceData(
                   //系统返回的surface id,
                   //当前对象的MeshFilter组件
                   target.GetComponent<MeshFilter>() ?? target.AddComponent<MeshFilter>(),
                   //用于在空间中定位对象的空间锚
                   target.GetComponent<WorldAnchor>() ?? target.AddComponent<WorldAnchor>(),
                   //当前网格对象的MeshCollider组件
                   target.GetComponent<MeshCollider>() ?? target.AddComponent<MeshCollider>(),
                   //每立方米网格三角形的数量
                   ,
                   //bakeMeshes -如果是true，MeshCollider会被数据填充，反之MeshCollider为空
                   true
                   );

               SurfaceObserver.RequestMeshAsync(sd, OnDataReady);
               break;
           case SurfaceChange.Removed:
               var obj = spatialMeshObjects[surfaceId];
               spatialMeshObjects.Remove(surfaceId);
               if (obj != null)
               {
                   GameObject.Destroy(obj);
               }
               break;
           default:
               break;
       }
   }

Handing Data Ready 处理DataReady事件

OnDataReady事件方法会接收到一个SurfaceData对象，它包含了WorldAnchor、MeshFilter和MeshCollider对象数据，表示了当前关联的空间表面最新状态。通过访问Mesh Filter对象的Mesh数据可以进行性能分析或者处理网格。使用最新的Mesh数据来渲染空间表面并将它用于物理碰撞或者射线击中对象。确认SurfaceData内容不为空很重要。

Start processing on updates 处理更新操作

SurfaceObserver.Update()方法只能延时调用，可以每帧更新都调用。

void Start () {
    ...
     StartCoroutine(UpdateLoop());
}

 IEnumerator UpdateLoop()
    {
        var wait = new WaitForSeconds(2.5f);
        while(true)
        {
            surfaceObserver.Update(OnSurfaceChanged);
            yield return wait;
        }
    }

HoloToolKit

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HoloToolkit项目是基于Unity API封装的一系列很有用的全息开发代码工具集合，能帮助开发者快速集成HoloLens特性。

Troubleshooting 问题诊断

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• 确保你启用了 SpatialPreception能力

• 当追踪焦点丢失时，在接下来的OnSurfaceChanged事件处理中将会移除现有所有的网格。