Hololens官方教程精简版 - 07. Spatial mapping（空间映射）

前言

注意：本文已更新到5.5.1f1版本

个人建议，学习Holograms 230之前，一定完成《Hololens官方教程精简版 - 02. Introduction with Device》的学习。

本篇集中学习空间映射功能，完成以下目标：

Chapter 1 - 空间扫描

目标

• 完成空间扫描
• 替换三角面材质

实践

完成空间扫描

1. 请按照第一篇的教程，完成项目的创建。
2. 新建文件夹：”Assets/_Scenes/Holograms 230/”
3. 新建场景：”Assets/_Scenes/Holograms 230/Holograms 230.unity”
4. 打开场景，删除默认的Main Camera
5. 将”Assets/HoloToolkit/Input/Prefabs/HololensCamera.prefab”添加到Hierarchy根级
6. 将”Assets/HoloToolkit/Input/Prefabs/InputManager.prefab”添加到Hierarchy根级
7. 将”Assets/HoloToolkit/Input/Prefabs/Cursor/DefaultCursor.prefab”添加到Hierarchy根级
8. 将”Assets/HoloToolkit/SpatialMapping/Prefabs/SpatialMapping.prefab”添加到Hierarchy根级

本节完成！

使用Hololens远程连接Unity进行调试，等待“一段时间”（这个一段时间，第一次可能很长……）。将会看到Hololens根据空间扫描结果，绘制了很多三角面。

替换三角面材质

1. 点击SpatialMapping
2. 找到Inspector面板中的Surface Material，替换为SpatialUnderstandingSurface

本节完成！

再次测试，会发现三角面的材质被替换。

Chapter 2 - 扫描结果处理

目标

扫描结束后，用手势点击，将扫描结果转换为地板模型

实践

1. 在Hierarchy面板根级，新建空对象，重命名为：Controller
2. 点击Controller，在Inspector面板中点击Add Component，加入：Surface Meshes To Planes组件
3. 点击Surface Meshes To Planes组件属性Surface Plane Prefab右侧的圆钮，选择：SurfacePlane
4. 同第2步相同的方法，为Controller添加Remove Surface Vertices
5. 新建文件夹：”Assets/_Scenes/Holograms 230/Scripts/”
6. 新建脚本文件：”Assets/_Scenes/Holograms 230/Scripts/Controller230.cs“，并附加到Controller上

7. 编辑脚本如下：

   using System.Collections.Generic;using UnityEngine;using HoloToolkit.Unity;public class Controller230 : Singleton<Controller230> {    [Tooltip("扫描过多少秒开始转换")]    public float scanTime = 30.0f;    [Tooltip("扫描时使用的材质")]    public Material defaultMaterial;    [Tooltip("停止扫描所使用的材质")]    public Material secondaryMaterial;    [Tooltip("最小Plane实体数量")]    public uint minimumPlanes = 10;    /// <summary>    /// 判断是否正在处理Mesh    /// </summary>    private bool meshesProcessed = false;    private void Start()    {        // 设置空间扫描器的材质为默认材质        SpatialMappingManager.Instance.SetSurfaceMaterial(defaultMaterial);        // 网格转Plane实体完成后的事件监听        SurfaceMeshesToPlanes.Instance.MakePlanesComplete += SurfaceMeshesToPlanes_MakePlanesComplete;    }    private void Update()    {        if (!meshesProcessed)        {            if ((Time.time - SpatialMappingManager.Instance.StartTime) < scanTime)            {                // 还未到指定扫描耗时，则跳过            }            else            {                // 停止扫描器                if (SpatialMappingManager.Instance.IsObserverRunning())                {                    SpatialMappingManager.Instance.StopObserver();                }                // 开始将网格转换为Plane                CreatePlanes();                meshesProcessed = true;            }        }    }    private void SurfaceMeshesToPlanes_MakePlanesComplete(object source, System.EventArgs args)    {        // 获取转换后得到的Plane实体对象        List<GameObject> planes = new List<GameObject>();        planes = SurfaceMeshesToPlanes.Instance.GetActivePlanes(PlaneTypes.Wall | PlaneTypes.Floor | PlaneTypes.Table);        // 如果大于我们设置的最小Plane识别值，则对Plane做进一步处理        if (planes.Count >= minimumPlanes)        {            // 将与Plane实体重叠的顶点删除            RemoveVertices(SurfaceMeshesToPlanes.Instance.ActivePlanes);            // 扫描结束后，切换第二个材质，本例中使用了“剔除材质（使用了一个剔除Shader）”，即除了Plane外，其他的三角面将被隐藏            SpatialMappingManager.Instance.SetSurfaceMaterial(secondaryMaterial);        }        else        {            // 未达到最小Plane识别数，继续扫描            SpatialMappingManager.Instance.StartObserver();            meshesProcessed = false;        }    }    /// <summary>    /// 扫描网格转Plane实体    /// </summary>    private void CreatePlanes()    {        SurfaceMeshesToPlanes surfaceToPlanes = SurfaceMeshesToPlanes.Instance;        if (surfaceToPlanes != null && surfaceToPlanes.enabled)        {            surfaceToPlanes.MakePlanes();        }    }    /// <summary>    /// 移除与指定对象组重叠的顶点    /// </summary>    private void RemoveVertices(IEnumerable<GameObject> boundingObjects)    {        RemoveSurfaceVertices removeVerts = RemoveSurfaceVertices.Instance;        if (removeVerts != null && removeVerts.enabled)        {            removeVerts.RemoveSurfaceVerticesWithinBounds(boundingObjects);        }    }    protected override void OnDestroy()    {        if (SurfaceMeshesToPlanes.Instance != null)        {            SurfaceMeshesToPlanes.Instance.MakePlanesComplete -= SurfaceMeshesToPlanes_MakePlanesComplete;        }        base.OnDestroy();    }}

   注意：5.5.1f1版本中，名称空间有所变化，大家可自行引入

8. 如下图设置各个组件：
   

本节完成！

设备远程连接Unity进行调试，等待片刻，空间扫描的网格会转换为地板

说明

• Surface Meshes To Planes脚本
  将扫描的网格转换为实体，在其Inspector面板中，找到Draw Planes属性，可以设置需要转换的类型，本例中设置了只转换Floor（地板），见上图标注青色的部分。
• Remove Surface Vertices脚本
  把与实体重合的网格删除

Chapter 3 - 放置物体

目标

将物体放置到地板上

实践

1. 根级创建一个Cube，设置如下：
   

2. 给Cube添加Tap To Place脚本

3. 给Controller添加World Anchor Manager脚本

本节完成！

点击Cube后，Cube会随视线移动，但只能贴合到已经创建的地板上。
再次点击Cube进行放置操作。同时，系统会记录下Cube的空间位置。下次启动时，Cube回还原到该位置。

说明

• World Anchor Manager
  用来管理全息空间的物体锚点
  使用WorldAnchorManager.Instance.AttachAnchor(GameObject gameObjectToAnchor, string anchorName)，即可为物体添加全息空间锚点信息，从而“固化”物体的空间位置（混合现实的显著特征之一）。
• Tap To Place
  放置物体（包含空间模型的检测）。核心功能就两个：
  
  • 放置过程中，使用Raycast方法，实时设置物体的位置
  • 放置完成后，使用上面提到的AttachAnchor(...)来”固化”物体位置

Chapter 4 - 空间遮挡

本节主要通过射线判断摄像机和目标物体间有没有被其他物体遮挡，进而对物体进行进行类似隐藏的处理（当然，官方使用了自己的Shader来实现）。不作为精简版的内容。有兴趣的朋友可以自行研究。

小结

• SpatialMapping.prefab
  空间扫描最核心的组件，内部使用Unity提供的SurfaceObserver工具进行空间扫描，从而获取到扫描数据。
• Surface Meshes To Planes
  识别扫描数据的类型（墙、地、桌等），进而转换为对应的模型。内部使用PlaneFinding类对扫描数据进行分析。
• PlaneFinding
  空间扫描物体的类型识别算法核心组件。涉及到大量的运算，生产环境中，禁止参与Unity的主线程运算。可参考Surface Meshes To Planes源码自行使用。
• Remove Surface Vertices
  移除与指定物体列表相重叠的空间三角形。
• World Anchor Manager
  空间锚点管理器，“固化”物体到空间的核心组件。

参考文档
官方教程Holograms 230：https://developer.microsoft.com/en-us/windows/mixed-reality/holograms_230

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