HoloToolkit项目源码剖析 - Spatial Mapping功能实现

就像我之前所描述的，HoloToolkit项目是微软基于Unity内置的底层API封装的一套工具集合，帮助我们快速使用Unity集成开发HoloLens应用。

本文主要通过源码研究其中Spatial Mapping的实现，关于底层的API细节，请阅读我前一篇文章：HoloLens开发手记 - Unity之Spatial mapping 空间映射

0x00 组件结构

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Spatial Mapping目录下有很多内容，其中Prefabs目录里有我们可以直接使用的预置组件，本文关注的重点是Scripts目录的脚本。组件目录结构如下：

本文重点研究SpatialMappingObserver.cs和SpatialMappingSource.cs，这是当前组件的核心内容。

0x01 SpatialMappingObserver.cs

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源码地址：https://github.com/Microsoft/HoloToolkit-Unity/blob/master/Assets/HoloToolkit/SpatialMapping/Scripts/SpatialMappingObserver.cs

我们先分析其属性，如下：

        //每立方米网格三角形数量，控制mesh质量
        public float TrianglesPerCubicMeter = 500f;

       //当前Observer检测的空间范围
        public Vector3 Extents = Vector3.one * 10.0f;

        //刷新时间间隔
        public float TimeBetweenUpdates = 3.5f;

        //用于扫描空间平面的核心组件
        private SurfaceObserver observer;

        //存储已构建的空间网格对象
        private Dictionary<int, GameObject> surfaces = new Dictionary<int, GameObject>();

        //SurfaceData队列，用于生成空间mesh
        private Queue<SurfaceData> surfaceWorkQueue = new Queue<SurfaceData>();

        //为了避免同一时刻生成太多mesh，保证同一时刻只生成一个mesh，这个变量用于判断当前时刻是否有mesh正在创建
        private bool surfaceWorkOutstanding = false;

        //用于追踪Observer对象上次更新时间
        private float updateTime;

        //表示当前扫描状态，Running和Stopped两种状态
        public ObserverStates ObserverState { get; private set; }

再分析其程序逻辑及流程：

• Awake（）方法最先被执行，这里对SurfaceObserver对象进行了初始化。

 private void Awake()
        {
            observer = new SurfaceObserver();
            ObserverState = ObserverStates.Stopped;
        }

• 接下来是Start（）方法，里面设定了扫描的空间范围。

private void Start()
        {
            observer.SetVolumeAsAxisAlignedBox(Vector3.zero, Extents);
        }

• Update（）方法中则会根据当前状态来调用API请求空间表面信息或者生成mesh对象

private void Update()
        {

            if (ObserverState == ObserverStates.Running)
            {
                // 如果当前没有再生成mesh，且SurfaceData中有需要生成mesh的对象
                if (surfaceWorkOutstanding == false && surfaceWorkQueue.Count > )
                {

                    SurfaceData surfaceData = surfaceWorkQueue.Dequeue();

                    // 如果能成功请求到mesh对象，当前任务状态变为生成mesh中
                    surfaceWorkOutstanding = observer.RequestMeshAsync(surfaceData, SurfaceObserver_OnDataReady);
                }
                //如果当前没有任务运行且上次更新距现在大于时间间隔，则重新请求SurfaceData数据
                else if (surfaceWorkOutstanding == false && (Time.time - updateTime) >= TimeBetweenUpdates)
                {
                    observer.Update(SurfaceObserver_OnSurfaceChanged);
                    updateTime = Time.time;
                }
            }
        }

• SurfaceObserver_OnDataReady（）事件方法用于处理使用SurfaceData请求到的mesh对象信息，用于后续的使用，比如处理其材质效果等。

private void SurfaceObserver_OnDataReady(SurfaceData cookedData, bool outputWritten, float elapsedCookTimeSeconds)
        {
            GameObject surface;
            if (surfaces.TryGetValue(cookedData.id.handle, out surface))
            {
                // 设置 renderer组件的材质.
                MeshRenderer renderer = surface.GetComponent<MeshRenderer>();
                renderer.sharedMaterial = SpatialMappingManager.Instance.SurfaceMaterial;
                //是否渲染mesh对象
                renderer.enabled = SpatialMappingManager.Instance.DrawVisualMeshes;

                if (SpatialMappingManager.Instance.CastShadows == false)
                {
                    renderer.shadowCastingMode = UnityEngine.Rendering.ShadowCastingMode.Off;
                }
            }

            surfaceWorkOutstanding = false;
        }

• SurfaceObserver_OnSurfaceChanged（）事件方法用于处理SurfaceObserver获取到的空间表面数据，用于后续的请求mesh对象操作。

  private void SurfaceObserver_OnSurfaceChanged(SurfaceId id, SurfaceChange changeType, Bounds bounds, System.DateTime updateTime)
        {
            // 判断当前扫描状态
            if (ObserverState != ObserverStates.Running)
            {
                return;
            }

            GameObject surface;

            switch (changeType)
            {

                case SurfaceChange.Added:
                case SurfaceChange.Updated:
                    // 检测当前表面是否已被扫描过
                    if (!surfaces.TryGetValue(id.handle, out surface))
                    {
                        // 创建一个和当前表面关联的mesh对象
                        surface = AddSurfaceObject(null, string.Format("Surface-{0}", id.handle), transform);

                        surface.AddComponent<WorldAnchor>();

                        // 将surface对象加入已知空间表面字典
                        surfaces.Add(id.handle, surface);
                    }

                    // 请求生成或更新对应的mesh对象
                    QueueSurfaceDataRequest(id, surface);
                    break;

                case SurfaceChange.Removed:
                    // 移除关联的mesh对象
                    if (surfaces.TryGetValue(id.handle, out surface))
                    {
                        surfaces.Remove(id.handle);
                        Destroy(surface);
                    }
                    break;
            }
        }