不用邀请函、不用签字板，“笑容”才是唯一的入场凭证。年会还有这样的操作？
最近在阿里巴巴内部就掀起这样一阵“笑容签到”风潮。在年会开场，大家是这样排队刷脸的：
而刷脸成功后，入场人员的花名、头像以及“笑容指数”会实时同步显示在会场大屏幕上，并汇聚成一个“笑脸星球”。
这是阿里巴巴信息平台一群90后工程师，用两周时间开发的一套年会开场秀系统：
观众在经过人脸识别后，系统会根据人脸表情特征，识别出观众的花名（名字）与微笑指数，同时吐出一句“评语”。当笑容越灿烂，评价就会越高。同时通过技术手段，这些信息还会上屏展示与互动。
工程师们在现场调试
不仅是部门年会，在内部一些大型比赛、重要颁奖典礼等活动开场，也逐步用起了这一套科技感满满的开场秀。同时根据活动不同主题，还可以进行个性化定制呈现。
阿里内部一些重要大会陆续使用这套系统开场
究竟这套年会开场秀系统如何实现的？今天，阿里妹邀请到该项目团队中的开发小哥哥探源，来聊聊背后的实现原理与技术方案。
背景
传统大会通常采用的暖场方式是，在大屏幕上循环播放宣传视频，等观众差不多到齐时，一个321的倒计时宣告开始，既老套又缺乏互动。更是白白错过一次向观众展示公司技术与公司人才的机会。
那有没有一种可以将科技感与互动感结合的开场秀呢？恰逢新一财年信息平台部门大会在即，我们想以此为切入点，给大家玩一些不一样的开场。
解决方案
任何一个“靠谱”的前端工程师，肯定会下意识想用H5动画来替代视频。我们的方案是：使用酷炫的H5动画，并且结合智慧园区团队的人脸识别技术实现人员扫脸签到+大屏展示的技术方案。既能运用及展示内部的技术，又能起到不错的暖场效果。
根据方案构想，很快就形成了初版需求demo。梳理一下，可以拆分出下面几点功能：
- 初始状态下，是默认做自转运动的星球，周围有围绕的卫星
- 当人员进场时，人脸识别成功后，在屏幕上展示
- 展示完之后，照片要飞回到自转的球面上，跟着球一起做自转运动
- 会议开始前，人工控制照片做粒子效果，over
技术方案
当功能拆解后，便是研究怎么实现方案了。出于对效果考虑，准备选择3维动画来创作，并最终采用了Three.js作为3D引擎库，结合tween.js作为配套的动画库，以及基于webpack的脚手架nowa链接作为技术支持。
whyThree.js?
目前市面上比较成熟的3D库有Three.js和Babylon.js，但对比两者后可发现：
- Babylon.js常用于制作3d游戏引擎，倾向于游戏开发；而Three.js是纯渲染引擎。
- Babylon.js诞生不久（13年），社区活跃；而Three.js相对久一些（比webgl还久），且比较流行，代码易读，团队成员有相关的开发经验。
- Babylon.js已经支持了webgl2的多数特性，并且能够平滑降级；而Three.js还是处于提需求阶段，并没有支持。
所以最后选择的是Three.js，想尝试下webgl2.0的小伙伴可以试下Babylon.js。
技术实现
介绍完技术引擎后，接下来将结合整体的功能流程，为大家解析下如何通过技术实现。
step1：让球体运动起来
这是动画展示效果的第一步。通过Three.js的基本方法，很容易实现在场景中添加对象的功能。如上图所示，在场景中添加了一个球体，并让它做顺时针的转动，而让球表面的图做逆时针的转动，并向场景中添加了不断向z轴负方向运动的星星，和做一定角度的公转运动的卫星。
三维坐标系中的点坐标x，y，z可以转换成了（上图）中的极坐标r，θ，φ（半径r和两个角度θ 和φ），同样可以用来表示点的位置（反过来也能推导）。
球面上的方片也是由对象构成。人员签到成功之后，方片上会变成照片，这里需要事先计算出方片相对于球面的位置以便生成方片。根据前期配置的到场人数n，从而让球面生成均匀分布的n个点，得到每个点的极坐标系位置，再转换成点坐标位置，这些位置就是方片位置。
step2：加入“微笑”展示效果
前端通过轮询定时请求后端接口，来拉取人脸识别数据，展示之后告诉后端已经展示过了。由于现场人脸识别后的“微笑”需要实时展示在主屏上，每场年会活动到场人数不等（约500-1500人），在这一状况下，如何保证在规定时间内完成人员入场与展示。我们的方案是：展示时间可以动态调节，人流量大时识别成功之后大屏就展示快一些，反之则展示慢一些。
因此，需要在前端维护了一个队列，用于存储识别成功但还未展示人员，轮询拉取的数据会进入到队列中，展示过的数据则会从队列中移除，一个展示动画的时长会根据队列的长度动态调节，取值范围2.5-5s不等。
step3：让“微笑”随球体一起运动
“微笑”展示后，还有个照片飞回球面并跟着球体一起运动的效果。因为牵涉到坐标系的相对运动（球面的位置是相对于父元素来实现的），这一效果较难实现。
通过step1，可以计算出方片的位置position(position是个三维向量：xyz)，因为位置是相对球体的，所以从球体看来方片的位置永远是xyz，而在全局看来，方片的位置是永远在变化的，而这个位置坐标怎么获取是一个问题。
当时，小伙伴们想到了两种方案：
第一种：让照片相对球体运动，这样就不用去考虑方片位置了，因为这个位置是不变的。但这样的弊端是，因为球体在运动，照片也需要一直运动。如果要达到视觉上看“照片不动”的效果，就需要照片永远对着摄像头。
第二种：让照片相对全局运动，在每一帧的时候去获取方片相对于全局的坐标。然后在这一帧内慢慢趋近于这个坐标，最后实现位置的重叠。
经过讨论，决定采用第二种方案。因为核心是要解决坐标系相对转换的问题，但第一种方案并没有解决，只是把问题方式转移了。还好，Three.js提供了现成的方法：getWorldPosition用于返回表示对象在世界空间中的位置向量。
这样，就可以得到方片的全局坐标。
现在知道了照片的位置和最后需要到达的位置。但如果直接从初始位置向最后位置运动，还会有个问题：照片可能直接穿过球体而达到最后的位置（不符合运动规律），所以这里需要尽可能做曲线运动，而不是让照片穿过球体。
我们还是用到了上面的坐标系转极坐标系的公式，通过初始的极坐标位置（sourceR，sourcePhi，sourceTheta）和目标位置的（targetR，targetPhi，targetTheta）。根据线性差值公式计算出在每一帧中的中间位置（currentR，currentPhi，currentTheta），再转换成点坐标系下的位置，即为每一帧时照片的位置，从轨迹上来看是一个曲线运动，且不会穿过球体。
step4：粒子动画开场
终于进入最后的环节了。在活动正式开场前，“笑脸星球“会散开成粒子状态，通过粒子运动拼成本场活动的主题文案。这里运用到粒子动画效果，需要事先知道每个粒子最后运动的位置。我们参考了canvas粒子动画的效果（具体可以自行查一下），简化如下：
- newImage加载图片
- 用context.drawImage把图片画到一张canvas画布上
- 通过context.getImageData就可以获取画布上指定区域的像素数据
- 比较每个点的像素值就可以记录下需要像素点的位置信息，转换成3D的坐标
- （这边会涉及坐标系的转换，需要特别注意一下，平面canvas的坐标系和THREE.js的坐标系是不一样的）。
- 创造粒子，让粒子做飞散状运动起来，最后到达指定位置即可
- 事先准备两张图片，一张白底透明，一张彩色透明，粒子运动完成之后白底渐渐显示
- 然后白底渐隐，彩色的渐渐显示
性能优化
客观因素如：大屏分辨率、设备显卡等不考虑，但需要更多从可控条件来解决部分性能问题。一般衡量动画是否卡顿用fps衡量，如果在30-60帧之内肉眼基本无感知，再往下，会感受到很明显的卡顿。第一版开发完成之后，在mac上的帧率只有20+到40。肯定达不到标准，所以从以下几个方面开始优化。
1.尽量重用Material和Geometry，或者缓存模型；
BufferGeometry 会缓存网格模型，性能要高效点。网格模型生成原理。
- Geometry 生成的模型是这样的 （代码）-> (CUP 进行数据处理，转化成虚拟3D数据) -> (GPU 进行数据组装，转化成像素点，准备渲染) -> 显示器第二次操作时重复走这些流程。
- BufferGeometry 生成模型流程 (代码) -> (CUP 进行数据处理，转化成虚拟3D数据) -> (GPU 进行数据组装，转化成像素点，准备渲染) -> (丢入缓存区) -> 显示器第二次修改时，通过API直接修改缓存区数据，流程就变成了这样(代码) -> (CUP 进行数据处理，转化成虚拟3D数据) -> (修改缓存区数据) -> 显示器。
2.减少渲染的对象,或者渲染的时候让对象不可见：渲染过不再需要的对象可以设置visible = false，或者直接从scene中remove，两者的区别可以参考Three.js scene.remove vs. visible=false；
3.谨慎地在render()中操作：一般FPS为60也就意味着一秒会执行60次如果render()中有有实例化或是赋值操作很容易会崩溃；
4.选择合适的对象：粒子我就是用Sprite代替Mesh实现的；
5.考虑光源的影响：会影响场景中对象的渲染；
6.渲染的对象时side属性尽量用FrontSide，DoubleSide会导致更多的渲染，也是减少渲染的方法；
7.可以用着色器来渲染，用更底层的glsl来实现。
优化完之后的状态：在mac上基本上都是60fps。保证了最终效果的实现：
未来规划
万万没想到，一套专为部门年会做的方案，正逐步演变成一个成熟产品。并且通过可视化、定制化的配置，结合人脸识别技术已经支持集团多个部门的年会与活动。
随着使用场景的不断丰富，未来我们还将针对活动主题，在活动过程中增加互动。比如根据入场时的人脸识别，支持抽奖等现场互动，实现年会大屏、观众手机、人脸闸机等多屏互动。此外，在面向参会观众，还将生成现场图片等素材，方便收藏。
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