A-Frameで始めるWebVR/AR

ARコンテンツ作成勉強会 A-Frameで始めるWebVR/AR #AR_Fukuoka

自己紹介氏名：吉永崇(Takashi Yoshinaga) 所属：九州先端科学技術研究所(ISIT) 専門：AR/VRを用いた情報可視化と各種計測コミュニティ：ARコンテンツ作成勉強会主催

A-Frameの概要  Webブラウザ上でVRなどの3D表現を簡単に実現するためのライブラリ  HTMLのタグを書くだけで3Dオブジェクトを配置できる  Firefox、Chrome、Edgeなど主要なブラウザがWebVR対応を表明  Windows MRやHTC
ViveなどのHMD、スマホVRにも対応  外部ライブラリを組み合わせればARも実現できる (開発途上)

まずは体験 A-Frameのページにアクセス (https://aframe.io/)

まずは体験ページの左側にサンプルがありますサンプル

まずは体験基本サンプル Hello WebVRをクリック Hello WebVR

まずは体験基本サンプル Hello WebVRをクリック画面をクリック 回転：マウスでドラッグ 左右：[A][D]キー 前後：[W][S]キー ※前後左右は自分がどちらに動くかで考える

まずは体験 360°Imageをクリックして全天球コンテンツを表示 360°Image RICOH Theta

スマートフォンでも A-Frameで検索または QRコード

Windows Mixed Reality Headsetでも

AR開発は？

A-Frame対応ARライブラリ AR.js ARToolKitをベースに開発されたjavascriptライブラリ 正方形の枠と内側の絵を組み合わせたマーカーを使用画像の取得・二値化等の画像処理・マーカの検出位置・姿勢計算
CGを重畳 (引用元: http://www.youtube.com/watch?v=TqGAqAFlGg0) (D.Wagner et al. Computer Vision Winter Workshop, 2007)

本日のゴール https://miyazaki-ar.glitch.me/ または QRコード

ハンズオン手順 Step1: サンプルを使ってA-Frame基本操作を覚える Step2: CG見た目の調整やアニメーションの設定などを行い簡易VRコンテンツを作成 Step3: AR.jsを使ってARコンテンツを作成

必要なもの  Webブラウザ → コンテンツの体験や動作確認  テキストエディタ → HTMLやjavascriptの記述 
Webサーバー → コンテンツの公開サーバーに関して今回は・・・  Glitchを利用 https://glitch.com/  FacebookかGitHubのアカウントがあればOK  サーバーとエディタの両方を無料で提供この資料ではGlitch使用を前提に説明します

基本サンプルのコード Hello WebVRのコードを取得 GET STARTED

基本サンプルのコードの複製 Hello WebVRに関する記述 (たったこれだけ！) Hello WebVR

基本サンプルのコードの複製 Glitchユーザーはremix the starter example on Glitchをクリック ※通常はHello WebVRの記述をコピーし、自作のHTMLファイルにペースト Click

基本サンプルのコードの複製 Remix your ownをクリック Click

基本サンプルのコードの確認 index.htmlをクリックし、コードが表示されることを確認 Click

ソースの確認 <html> <head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description" content="Hello,
WebVR! - A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"> </script> </head> <body> <a-scene> 表示するオブジェクトや背景の設定をここに記述 </a-scene> </body> </html>  ヘッダー部でA-Frameの機能を提供するライブラリを取り込む  <a-scene>と</a-scene>の間に描画に関する記述をする

ソースの確認 <a-scene> <a-box position="-1 0.5 -3" rotation="0 45 0" color="#4CC3D9">
</a-box> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" color="#EF2D5E"> </a-sphere> <a-cylinder position="1 0.75 -3" radius="0.5" height="1.5" color="#FFC65D"></a-cylinder> <a-plane position="0 0 -4" rotation="-90 0 0" width="4" height="4" color="#7BC8A4"></a-plane> <a-sky color="#ECECEC"></a-sky> </a-scene>  基本図形はa-xxxタグで提供されている https://aframe.io/docs/0.7.0/primi tives/a-box.html(例：a-boxの詳細) 位置回転色

動作確認 Show Liveをクリック Click

動作確認

アレンジしよう (まだやらなくてOK) タグ内の各パラメータを編集してCGの見た目を調整  position(位置)：x y zの順にスペースで区切って指定 (0 1.25 -5)
位置回転色 x y z座標

アレンジしよう (まだやらなくてOK) タグ内の各パラメータを編集してCGの見た目を調整  position(位置)：x y zの順にスペースで区切って指定  rotation(傾き)：各軸を中心とした回転で表現 
color(色)：カラーコード等で指定  他にも図形によって各種設定項目がある X Z Y (0 1.25 -5) 【設定項目の例】 radius(半径) width(幅) height(高さ) depth(奥行) src (画像など) 原点

見た目の変化を想像しながら数値を変えるのは慣れが必要

A-Frame Inspectorを利用しよう実行画面を開く

A-Frame Inspectorを利用しようキーボードの[Ctrl][Alt][i]を同時に押して下記表示に切り替える

boxの詳細情報を表示画面の左のリストから<a-box>を選択 <a-box>

boxの詳細情報を表示画面右側に位置や角度、半径の具体的な数値が表示される位置・角度 depth height width

各種情報の変更の方法 (直打ち) positionのXの値を0に変更して最後に[Enter]キーを押下 position x y z

各種情報の変更の方法 (マウス操作) 移動回転拡大・縮小選択

プレビュー画面左上のBack To Sceneをクリックしてブラウザでの表示を確認 Back To Scene Inspect Scene

他のブラウザかスマホでアクセスしてみよう

注意編集画面で入力された値は元のソースには反映されていないブラウザで再読み込みをしたら元に戻ってしまう最後にHTMLソース内の該当箇所をその値に書き換える ※この演習では、今は書き換えなくてOK または編集後のHTMLをダウンロードかコピーして差し替える

結局のところ HTMLの記述は自分でやる必要がある

HTML編集に慣れよう左右分割表示で動作確認をしやすい環境を整えよう編集画面実行画面

[編集例] <a-scene> <a-box position="-1 0.5 -3" rotation="0 45 45" color="#4CC3D9">
</a-box> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" color="#EF2D5E"> </a-sphere> <a-cylinder position="1 0.75 -3" radius="0.5" height="0.2" color="#FFC65D"></a-cylinder> <a-plane position="0 0 -4" rotation="-90 0 0" width="4" height="4" color="#7BC8A4"></a-plane> <a-text position="0 1.5 -2" value="AR Fukuoka" text="align:center"> </a-text> <a-sky color="#0000FF"></a-sky> </a-scene> HTML編集に慣れよう角度高さ背景色テキスト

名前を付けて保存文字列をクリックここを書き換える

その前に

実行画面を閉じるエディタや実行画面が複数あると紛らわしいので使用中のものを閉じる編集画面実行画面閉じる閉じる

VRコンテンツ作りの準備 Hello WebVRのコードを取得 GET STARTED

基本サンプルのコードの複製 Glitchユーザーはremix the starter example on Glitchをクリック ※通常はHello WebVRの記述をコピーし、自作のHTMLファイルにペースト Click

基本サンプルのコードの複製 Remix your ownをクリック Click

index.htmlの表示 Click

動作確認の環境を整えるエディタのShow Liveをクリックして開いた実行画面を横に表示しておく編集画面実行画面

<a-scene> <a-box position="-1 0.5 -3" rotation="0 45 0" color="#4CC3D9"> </a-box>
<a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" color="#EF2D5E"> </a-sphere> <a-cylinder position="1 0.75 -3" radius="0.5" height="1.5" color="#FFC65D"></a-cylinder> <a-plane position="0 0 -4" rotation="-90 0 0" width="4" height="4" color="#7BC8A4"></a-plane> <a-sky color="#ECECEC"></a-sky> </a-scene> 不要なオブジェクトの削除  HTMLの記述の中からタグを削るだけ  この後の演習のため、a-sphereと a-skyのみを残して削除してみましょう <a-box position="-1 0.5 -3" rotation="0 45 0" color="#4CC3D9"> </a-box> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" color="#EF2D5E"> </a-sphere> <a-cylinder position="1 0.75 -3" radius="0.5" height="1.5" color="#FFC65D"></a-cylinder> <a-plane position="0 0 -4" rotation="-90 0 0" width="4" height="4" color="#7BC8A4"></a-plane> <a-sky color="#ECECEC"></a-sky>

外見を整える単色で塗りつぶすのではなくテクスチャをオブジェクトの表面に表示

外見を整えるテクスチャ画像を用意しオブジェクトの表面に貼り付ける 3Dオブジェクトテクスチャ画像

演習用素材こちらからダウンロード https://goo.gl/PwJa3q

テクスチャ画像をアップロード Glitchのページに戻り、画面左の[assets]をクリック続いて、画面上方の[Add asset]を開き[Computer→]をクリック ①assets ② Add asset

テクスチャ画像をアップロードサンプルとして用意したテクスチャ画像earth.jpgを開く earth.jpg

テクスチャ画像をアップロードクリック

テクスチャ画像のURLを取得 Copy Urlをクリック

ソースの書き換え index.htmlクリック

ソースの書き換え <head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description" content="Hello, WebVR!
- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="コピーしたURL" shadow> </a-sphere> <a-sky color="#ECECEC"></a-sky> </a-scene> </body>  a-sphereの色をcolor(色)ではなくsrc(画像へのリンク)に変更  srcの右辺に前操作でコピーした“画像のURL”を貼り付けるここを変更

アニメーションの追加 <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="テクスチャのURL" shadow> <a-animation attribute
= "rotation" ←アニメーションの種類 dur = "10000" ←アニメーションにかける時間(ミリ秒) from ="0 0 0" ←開始時の角度(0,0,0) to = "0 360 0" ←終了時の角度(0,360,0) repeat = "0" ←繰り返し回数 > </a-animation> </a-sphere> a-animationタグを用いてアニメーションに関する設定を行う Z X Y

アニメーションを繰り返す <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="earth.jpg"> <a-animation attribute =
"rotation" ←アニメーションの種類 dur = "10000" ←アニメーションにかける時間(ミリ秒) from ="0 0 0" ←開始時の角度(0,0,0) to = "0 360 0" ←終了時の角度(0,360,0) repeat = "indefinite" ←繰り返し回数 > </a-animation> </a-sphere> repeatを"indefinite"にするといつまでも繰り返し続ける

同じ速度で回転させる <a-animation attribute = "rotation" ←アニメーションの種類 dur = "10000" ←アニメーションにかける時間(ミリ秒)
from = "0␣0␣0" ←開始時の角度(0,0,0) to = "0␣360␣0" ←終了時の角度(0,360,0) repeat = "indefinite" ←繰り返し回数 easing = "linear" ←速度の変化 > </a-animation> easingを追加し、"linear"にすると同じ速度で動くようになる。ほかには最初がゆっくりなease-inや後半がゆっくりなease-outも。 → http://easings.net/ja

背景を変更しよう

テクスチャ画像をアップロード ① 画面左の[assets]をクリック ② [Add asset]を開き、[Computer→]をクリック ①assets ② Add asset

テクスチャ画像をアップロードサンプルとして用意した背景用画像space.jpgを開く space.jpg

テクスチャ画像のURLを取得クリック

テクスチャ画像のURLを取得 Copy Urlをクリック

- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 長いので割愛 > </a-animation> </a-sphere> <a-sky src="さっきコピーした画像のURL"></a-sky> </a-scene> </body> 背景(a-sky)のcolorをsrcに変更し画像のURLを指定すればOK colorをsrcに変更

外部のオブジェクトを取り込もう追加

Poly Googleが提供する3Dデータ共有サービス https://poly.google.com/

オブジェクトの入手ここから検索画面上部のフォームから「Astronaut」で検索

オブジェクトの入手ここをクリック

オブジェクトの入手ダウンロード → OBJファイル

フォルダの構成まずはダウンロードしたzipファイルを分かり易い場所に解凍 mtl obj png 【各ファイルの解説】  objファイル 3Dモデルの形状のみを表現するファイル。
色情報は持たない。  pngファイル 3Dモデルに割り当てる色情報を焼き込んだテクスチャ画像。  mtlファイル objファイルとpngファイルを関連付ける情報が記述されたファイル。

3Dモデルとテクスチャ画像をアップロード Glitchのページに戻り、画面左の[assets]をクリック続いて、画面上方の[Add asset]を開き[Computer→]をクリック ①assets ② Add asset

3Dモデルとテクスチャ画像をアップロード objファイルとpngファイルを選択してアップロード Astronaut.obj Astronaut_BaseColor.png

テクスチャ画像のURLを取得クリック mtlファイル(未アップロード)にテクスチャのURLを記述するための操作。 Glitchでは独自のフォルダ名に画像を保存しているためこの手順が必要。

テクスチャ画像のURLを取得 Copy Urlをクリック mtlファイル(未アップロード)にテクスチャのURLを記述するための操作。 Glitchでは独自のフォルダ名に画像を保存しているためこの手順が必要。

mtlの編集テキストエディタ等でmtlファイルを開きmap_Kdの後ろにURLを貼り付ける newmtl Astronaut_mat illum 4 Kd 0.50 0.50 0.50
Ka 0.00 0.00 0.00 Tf 1.00 1.00 1.00 Ni 1.00 map_Kd ここにURLを貼り付け

mtlファイルのアップロード Glitchのページに戻り、画面左の[assets]をクリック続いて、画面上方の[Add asset]を開き[Computer→]をクリック ①assets ② Add asset

3Dモデルとテクスチャ画像をアップロード mtlファイルを選択してアップロード Astronaut.mtl

- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 長いので割愛> </a-animation> <a-obj-model></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像のURL"></a-sky> </a-scene> </body> <a-obj-model></a-obj-model>をa-sphereの子要素として追加 a-sphereの子要素にすることでアニメーションに追従

- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 長いので割愛> </a-animation> <a-obj-model src="objのURL"></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像のURL"></a-sky> </a-scene> </body> <a-obj-model>タグ内でobjファイルのURLを指定テクスチャのURL取得と同じ要領ヒント：画面左のassetsから

- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 長いので割愛> </a-animation> <a-obj-model src="objのURL" mtl="mtlのURL"></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像のURL"></a-sky> </a-scene> </body> <a-obj-model>タグ内でmtlファイルのURLを指定

- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 長いので割愛> </a-animation> <a-obj-model position="2 0 0" rotation="0 -90 0" scale="0.1 0.1 0.1" src="objのURL" mtl="mtlのurl"></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像のURL"></a-sky> </a-scene> </body> Z X Y 地球を原点としてx=2

名前を付けて保存文字列をクリックここを書き換える

編集中のコードを複製画面右上のプロジェクト名が表示されている箇所からRemix This ①プロジェクト名 ②Remix This

AR.jsをインポート & カメラ画像の表示 <head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description"
content="Hello, WebVR! - A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> <script src="https://jeromeetienne.github.io/AR.js/aframe/build/ aframe-ar.js"></script> </head> <body> <a-scene> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像URL"></a-sky> </a-scene> </body> AR.jsの読み込みをしたあと、a-sceneタグにembeddedを追加追加 <a-scene embedded> 追加

マーカーを認識してその上にCGを表示 <body> <a-scene embedded arjs> <a-marker preset="hiro"> <a-sphere position="0 1.25
-5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> </a-marker> <a-sky src="画像URL"></a-sky> </a-scene> </body>  AR表示をするにはマーカーとCGとの関連付けが必要  A-Frameの場合<a-marker></a-marker>でCGを挟む  presetでマーカー名を指定 (付属マーカーのHiro使用)  正方形内のマーカーを独自に作ることも可能 (参考) マーカーの上にこれらを表示したい追加

動作確認表示されたけど位置がズレてる

理由と解決方法(1) <a-marker> </a-marker>で挟まれたCGの原点はマーカーの中心となる <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow>
0 0 0 x y z -5 1.25 0 1.25 0

動作確認まだちょっとズレてる下記のように変更して再度実行 <a-sphere position="0 1.25 0" radius="1.25" src="URL" shadow>

理由と解決方法(2)  コンピュータで3D表現をする際に、本来は視点の位置を指定する必要がある  A-Frameでは「いい感じ」に表示される視点の位置をデフォルトで設定してくれる  マーカーの位置の計算はカメラが原点にあることを前提としているため要修正 <body> <a-scene embedded
arjs> <a-marker preset="hiro"> <a-sphere position=“0 1.25 0" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> </a-marker> <a-sky src="画像URL"></a-sky> <a-entity camera></a-entity> </a-scene> </body> カメラを明示的に追加する(位置は原点) X Z Y

動作確認この辺りの表示がじゃま

<head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description" content="Hello, WebVR! -
A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> <script src="https://jeromeetienne.github.io/AR.js/aframe/build/ aframe-ar.js"></script> </head> <body> <a-scene embedded arjs="debugUIEnabled: false;"> <a-sphere position="0 1.25 -5" radius="1.25" src="URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> <a-sky src="画像URL"></a-sky> <a-entity camera></a-entity> </a-scene> </body> 追加

完成

ARToolKitの次の世代のAR

さらに次の世代のAR マーカーは意識しなくてよくなる

スマホ・タブレット対応の次世代ARプラットフォーム [特徴]  スマホ等の携帯端末で自己位置推定や平面検出が可能 • Tango: 特殊なカメラを搭載した専用端末で動作 • ARCore: 通常のAndroid端末で動作(予定)
• ARKit: iOS11が動くiPhoneやiPadで動作

次世代ARプラットフォームでできること  背景をカメラ映像にすることでビデオシースルーAR  背景を仮想空間にすることでVRも可能

A-Frame対応の専用ブラウザが登場 WeARonTango WebARonARCore WebARonARKit

編集中のコードを複製画面右上のプロジェクト名が表示されている箇所からRemix This ①プロジェクト名 ②Remix This

AR.js関連や他不要な記述を削除 <head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description" content="Hello, WebVR!
- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> <script src="https://jeromeetienne.github.io/AR.js/aframe/build/aframe-ar.js"></script> </head> <body> <a-scene embedded arjs="debugUIEnabled: false"> <a-marker preset="hiro"> <a-sphere position="0 1.25 0" radius="1.25" src=“URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> </a-marker> <a-sky src="画像URL"></a-sky> <a-entity camera></a-entity> </a-scene> </body> 赤字の部分を削除 <a-scene embedded arjs="debugUIEnabled: false"> <a-marker preset="hiro"> <a-sphere position="0 1.25 0" radius="1.25" src=“URL" shadow> <a-animation 中略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> </a-marker> <a-sky src="画像URL"></a-sky>

CGの位置・大きさを整える <a-sphere position="0 0 -1" radius="0.25" src= "URL" shadow> <a-animation
attribute="rotation" dur="10000" from="0 0 0" to="0 360 0" repeat="indefinite" easing = "linear" ></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere>  マーカー使用時はマーカーに対する相対的な位置サイズだった  次世代ARプラットフォームを使う場合、実スケール(m)を用いるここを変更

Three.ar.jsとaframe-ar.jsをインポート <head> <title>Hello, WebVR! - A-Frame</title> <meta name="description" content="Hello, WebVR!
- A-Frame"> <script src="https://aframe.io/releases/0.7.0/aframe.min.js"></script> <script src="https://rawgit.com/google-ar/three.ar.js/master/dist/ three.ar.js"></script> <script src="https://rawgit.com/chenzlabs/aframe-ar/master/dist/ aframe-ar.js"></script> </head> 追加

AR機能をオンにする <body> <a-scene ar> <a-sphere position="0 0 -1" radius="0.25" src="URL"
shadow> <a-animation 省略></a-animation> <a-obj-model 中略></a-obj-model> </a-sphere> <a-entity camera>  <a-text position="0 0 -1" ></a-text> </a-entity> </a-scene> </body> 追加追加

WebARonTangoで動作確認アドレスバーに https://xxxxx.glitch.me/と入力

参考 A-Frame https://aframe.io/ AR.js https://github.com/jeromeetienne/AR.js 解説ブログ(A-Frame公式) https://aframe.io/blog/arjs/ ハンズオン資料 by 杉井さん
https://www.slideshare.net/YouichiSugii/a-frame-20170129 by 早井さん https://speakerdeck.com/shinjism/a-framedeoshou-qing-webar

A-Frameで始めるWebVR/AR

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