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Google Cardboard 的 Android NDK 快速入門導覽課程

本指南將說明如何使用 Cardboard SDK ，打造專屬的虛擬實境 (VR) 體驗。

您可以使用 Cardboard SDK 讓智慧型手機搖身一變，成為 VR 平台。智慧型手機能夠顯示立體聲算繪 3D 場景，追蹤頭部動作並做出回應。偵測使用者按下檢視器按鈕的時機，然後與應用程式互動。

首先，請使用 HelloCardboard。這款遊戲示範了正是 Cardboard SDK 的功能在遊戲中，使用者會四處探索虛擬世界，找出並尋找收集物件這項工具將說明如何：

設定開發環境
下載並建構試用版應用程式
掃描 Cardboard 觀影盒的 QR 圖碼，即可儲存參數
追蹤使用者的頭部動作
設定每個眼睛的正確檢視投影矩陣，藉此算繪立體圖像

HelloCardboard 會使用 Android NDK。每個原生方法都是：

專屬於 HelloCardboardApp 類別方法，或
建立或刪除該類別的例項

設定開發環境

硬體需求：

搭載 Android 8.0「Oreo」的 Android 裝置(API 級別 26) 以上版本
Cardboard 觀影盒

，瞭解如何調查及移除這項存取權。

軟體需求：

Android Studio 2022.1.1「Electric Eel」或更高
Android SDK 13.0「Tiramisu」(API 級別 33) 以上版本
最新版 Android NDK 架構

如要查看或更新已安裝的 SDK，請前往「偏好設定」>外觀與行為

系統設定 >Android Studio 中的 Android SDK。

下載並建構試用版應用程式

Cardboard SDK 是以預先編譯的 Vulkan 標頭檔案。如要瞭解從頭開始建立標頭檔案的步驟，請參閱請按這裡。

執行下列指令，複製 Cardboard SDK 和 HelloCardboard 示範：
```
git clone https://github.com/googlevr/cardboard.git
```
在 Android Studio 中，選取「Open an existing Android Studio Project」，然後選取複製 Cardboard SDK 和 HelloCardboard 示範應用程式所在的目錄。

您的程式碼會顯示在 Android Studio 的「Project」視窗中。
如要組裝 Cardboard SDK，請按兩下其中的組合選項 Gradle 分頁中的 cardboard/:sdk/Tasks/build 資料夾，方法是依序點選「View」>「Tool Windows」>「Gradle」。
依序選取「Run」> >，即可在手機上執行 HelloCardboard 示範應用程式執行...並選取 hellocardboard-android 目標

掃描 QR code

如要儲存裝置參數，請掃描 Cardboard 觀影盒上的 QR 圖碼：

如果使用者按下「略過」沒有先前儲存的參數 Google Cardboard v1 (已於 2014 年 Google I/O 大會推出) 參數。

立即試用

在 HelloCardboard 中，我們會在 3D 空間中尋找並收集測地球體。

如何尋找及收集球體：

朝任何方向移動頭部，直到看到浮動形狀為止。
直視球體。這會改變顏色。
按下 Cardboard 觀影盒按鈕即可「收集」進行研究

設定裝置

當使用者輕觸齒輪圖示來切換 Cardboard 觀影盒時，nativeSwitchViewer 方法。nativeSwitchViewer 次通話 CardboardQrCode_scanQrCodeAndSaveDeviceParams，系統隨即開啟要掃描的視窗觀看者的 QR code觀眾的鏡頭變形和其他參數都會更新系統已掃描 QR code

// Called by JNI method
void HelloCardboardApp::SwitchViewer() {
  CardboardQrCode_scanQrCodeAndSaveDeviceParams();
}

啟用 Android Studio x86 模擬器

如要建構 Android Studio x86 模擬器，請移除以下這一行： SDK 中的 build.gradle 個檔案和範例：

abiFilters 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a'

這會啟用所有 ABI，並大幅增加產生的 .aar 檔案。請參閱 Android ABI 瞭解詳情

頭部追蹤

建立頭部追蹤工具

頭部追蹤程式會在 HelloCardboardApp 的建構函式中建立一次：

HelloCardboardApp::HelloCardboardApp(JavaVM* vm, jobject obj, jobject asset_mgr_obj) {
  Cardboard_initializeAndroid(vm, obj); // Must be called in constructor
  head_tracker_ = CardboardHeadTracker_create();
}

建立 VrActivity 時，會產生 HelloCardboardApp 類別的執行個體呼叫 nativeOnCreate 方法：

public void onCreate(Bundle savedInstance) {
  super.onCreate(savedInstance);
  nativeApp = nativeOnCreate(getAssets());
  //...
}

暫停及恢復頭部追蹤工具

若要暫停、恢復和銷毀頭部追蹤器， CardboardHeadTracker_pause(head_tracker_)、CardboardHeadTracker_resume(head_tracker_)、而且必須分別呼叫 CardboardHeadTracker_destroy(head_tracker_)。在 "HelloCardboard"應用程式，我們會在 nativeOnPause、nativeOnResume 和 nativeOnDestroy:

// Code to pause head tracker in hello_cardboard_app.cc

void HelloCardboardApp::OnPause() { CardboardHeadTracker_pause(head_tracker_); }

// Call nativeOnPause in VrActivity
@Override
protected void onPause() {
  super.onPause();
  nativeOnPause(nativeApp);
  //...
}

// Code to resume head tracker in hello_cardboard_app.cc
void HelloCardboardApp::onResume() {
  CardboardHeadTracker_resume(head_tracker_);
  //...
}

// Call nativeOnResume in VrActivity
@Override
protected void onResume() {
  super.onResume();
  //...
  nativeOnResume(nativeApp);
}

// Code to destroy head tracker in hello_cardboard_app.cc
HelloCardboardApp::~HelloCardboardApp() {
  CardboardHeadTracker_destroy(head_tracker_);
  //...
}

// Call nativeOnDestroy in VrActivity
@Override
protected void onDestroy() {
  super.onDestroy();
  nativeOnDestroy(nativeApp);
  nativeApp = 0;
}

鏡頭變形

每當 Cardboard 掃描新的 QR 圖碼時，下列程式碼就會讀取已儲存的參數並用於製作鏡頭扭曲失真物件，藉此套用適當的鏡頭扭曲失真添加到轉譯內容：

CardboardQrCode_getSavedDeviceParams(&buffer, &size);

CardboardLensDistortion_destroy(lens_distortion_);
lens_distortion_ = CardboardLensDistortion_create(
    buffer, size, screen_width_, screen_height_);

CardboardQrCode_destroy(buffer);

轉譯

使用 Cardboard 轉譯內容時，請考量下列事項：

建立紋理
取得左右眼睛的檢視和投影矩陣
建立轉譯器及設定變形網格
算繪每個影格

建立紋理

所有內容都是繪製在紋理上，分割為左右眼睛的區塊。這些區段分別在 _leftEyeTexture 和 _rightEyeTexture 中初始化。

void HelloCardboardApp::GlSetup() {
  LOGD("GL SETUP");

  if (framebuffer_ != 0) {
    GlTeardown();
  }

  // Create render texture.
  glGenTextures(1, &texture_);
  glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);

  glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, screen_width_, screen_height_, 0,
               GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, 0);

  left_eye_texture_description_.texture = texture_;
  left_eye_texture_description_.left_u = 0;
  left_eye_texture_description_.right_u = 0.5;
  left_eye_texture_description_.top_v = 1;
  left_eye_texture_description_.bottom_v = 0;

  right_eye_texture_description_.texture = texture_;
  right_eye_texture_description_.left_u = 0.5;
  right_eye_texture_description_.right_u = 1;
  right_eye_texture_description_.top_v = 1;
  right_eye_texture_description_.bottom_v = 0;

  //...
  CHECKGLERROR("GlSetup");
}

這些紋理會以參數的形式傳入 CardboardDistortionRenderer_renderEyeToDisplay。

取得左右眼睛的矩陣投影和投影

首先，請擷取左右眼睛的眼睛矩陣：

CardboardLensDistortion_getEyeFromHeadMatrix(
    lens_distortion_, kLeft, eye_matrices_[0]);
CardboardLensDistortion_getEyeFromHeadMatrix(
    lens_distortion_, kRight, eye_matrices_[1]);
CardboardLensDistortion_getProjectionMatrix(
    lens_distortion_, kLeft, kZNear, kZFar, projection_matrices_[0]);
CardboardLensDistortion_getProjectionMatrix(
    lens_distortion_, kRight, kZNear, kZFar, projection_matrices_[1]);

接下來，取得每個眼睛的變形網格，並傳遞到變形轉譯器：

CardboardLensDistortion_getDistortionMesh(lens_distortion_, kLeft, &left_mesh);
CardboardLensDistortion_getDistortionMesh(lens_distortion_, kRight, &right_mesh);

建立轉譯器並設定正確的變形網格

轉譯器只需初始化一次。建立轉譯器後，請設定新的轉譯器根據從感應器傳回的網格值，左右眼睛的扭曲網格 CardboardLensDistortion_getDistortionMesh 函式。

distortion_renderer_ = CardboardOpenGlEs2DistortionRenderer_create();
CardboardDistortionRenderer_setMesh(distortion_renderer_, &left_mesh, kLeft);
CardboardDistortionRenderer_setMesh(distortion_renderer_, &right_mesh, kRight);

轉譯內容

針對每個頁框，從 CardboardHeadTracker_getPose 擷取目前的頭部方向：

CardboardHeadTracker_getPose(head_tracker_, monotonic_time_nano, &out_position[0], &out_orientation[0]);

使用目前的頭部方向搭配檢視區塊和投影矩陣，建立檢視畫面每個眼睛的投影矩陣，並將內容轉譯至螢幕：

// Draw eyes views
for (int eye = 0; eye < 2; ++eye) {
  glViewport(eye == kLeft ? 0 : screen_width_ / 2, 0, screen_width_ / 2,
             screen_height_);

  Matrix4x4 eye_matrix = GetMatrixFromGlArray(eye_matrices_[eye]);
  Matrix4x4 eye_view = eye_matrix * head_view_;

  Matrix4x4 projection_matrix =
      GetMatrixFromGlArray(projection_matrices_[eye]);
  Matrix4x4 modelview_target = eye_view * model_target_;
  modelview_projection_target_ = projection_matrix * modelview_target;
  modelview_projection_room_ = projection_matrix * eye_view;

  // Draw room and target. Replace this to render your own content.
  DrawWorld();
}

使用 CardboardDistortionRenderer_renderEyeToDisplay 套用變形效果將內容修正在畫面上

// Render
CardboardDistortionRenderer_renderEyeToDisplay(
    distortion_renderer_, /* target_display = */ 0, /* x = */ 0, /* y = */ 0,
    screen_width_, screen_height_, &left_eye_texture_description_,
    &right_eye_texture_description_);