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Mastering openFrameworks_第十一章_网络

news 2024/9/23 7:28:26

网络

网络为多个设备之间的数据交换提供了一种方式。它是一个主要组成部分，允许远程控制移动和平板设备应用程序中的一些参数，也用于使交互式项目在多台计算机上同步工作。在本章中，您将学习如何在openFrameworks项目中实现和使用OSC和TCP协议，具体如下:

网络基础

使用OSC协议

使用TCP协议处理流图像

网络基础

网络包括许多硬件和软件技术，它们提供数字设备之间甚至计算机内部应用程序之间的数据交换。目前最流行的网络模型是tcp/ip(传输控制协议/互联网协议)。它使用有线(LANー局域网)或无线(wlanー无线局域网)连接。所有的现代计算机和移动设备都支持tcp/ip协议。

注意：另一种网络技术是无线ZigBee网络，广泛应用于物理计算项目。只连接两个设备可以被认为是最简单的网络。旧的但仍然流行的有线连接技术是USB、串行端口(RS-232)、RS-485和I2C(用于微设备)。

在本章中，我们将考虑使用tcp/ip连接本地网络中的多个设备。本地网络是由网络路由器构建和控制的。网络路由器是一个特殊的网络节点，它作为一个独立的设备工作，或者集成在你的笔记本电脑中。

网络路由器给每个连接到网络的设备一个唯一标识符地址，称为网络地址。地址具有192.168.0.3这样的格式，或者可以是计算机名，如Mymachine。每个设备都可以使用地址localhost或其等价物127.0.0.1引用自身。查看网络适配器的属性以查找设备的网络地址。您还可以使用Terminal窗口请求网络信息，方法是输入ipconfig命令(用于Windows)或ifconfig命令(用于MacOSx和Linux)。

要测试具有已知地址的两台计算机之间的连接，可以使用ping命令，例如ping 192.168.0.3。如果连接没有建立，它可能被路由器或计算机的防火墙或防病毒软件阻止。在这种情况下，检查它们的设置。

注意：请注意，当重新启动设备和路由器时，网络地址可能会发生变化。因此，对于长期工作的交互式安装，您应该在其网络适配器的设置中修正计算机的地址，或者只使用计算机名称而不是编号地址。

为了将一些数据从一个设备发送到另一个设备，您应该指定目标设备的网络地址，以及端口号，端口号是介于0和65535之间的整数。有些端口是保留的，例如，端口80用于通过浏览器进行HTTP协议交换。在本章的例子中，我们将使用端口12345。

系统服务很少使用大数量(大于10,000)的端口，因此您最有可能使用它们。要查明您的系统中使用了哪些端口，可以使用来自终端的特殊软件或网络命令。对于连接设备，我们经常使用端口12345、12346、12347和12348。

在本章中，我们将学习如何使用以下两个协议来实现数据传输:

OSC：开放声音控制是非常简单和快速的。它适用于快速传输少量信息(例如更改参数和对象坐标的命令)。它是交互式安装和物理计算项目中使用的主要协议。它在所有与vj-相关的软件中都得到了支持。

最初，OSC作为MIDI的网络替代品，MIDI是连接乐器的有线协议。现在，OSC用于控制广泛的应用程序和设备，通常与音乐无关。

Tcp:传输控制协议可以轻松地传输大量数据。这是一个通用的协议。在本章中，我们将看到一个使用它进行图像流的例子。

让我们从OSC协议开始。

使用OSC协议

Osc是一个非常流行的协议，用于在设备和应用程序之间发送控制命令和参数。这是一个无法确认数据交换是否成功的协议，也就是说，发送方不知道接收方是否收到了数据，接收方也不知道是否有人向它发送了数据。因此，数据可能在没有通知发送方和接收方的情况下丢失。

但是，在本地网络中，这种情况非常罕见，而且只有在使用极快的帧速率发送数据时才会发生。

OSC是UDP协议上的一个薄层。有关更多信息，请阅读UDP规范。

要在openFrameworks项目中使用OSC功能，您需要使用ofxOsc插件。这是一个包含在openFrameworks发行版中的核心插件。

我们建议您第一次尝试OSC时，使用openFrameworks 例子oscSenderExample和oscReceiveExample，它们位于openFrameworks文件夹中的examples/addons中。在同一台PC上运行这两个命令，然后将鼠标移动到oscSenderExample窗口上。您将看到oscReceiveExample接收鼠标坐标并将它们写在屏幕上。

要在你的项目中使用插件，你有三个选择:

1.通过将oscSenderExample或oscReceiveExample复制到您的项目文件夹来启动一个新项目。这种方法对于OSC的首次试验来说是最简单也是最好的。

2.通过指定ofxOsc插件，使用ProjectGenerator向导创建一个新项目。详细信息请参阅附录a，使用插件工作。

3.将addons/ofxOsc文件夹中的所有文件链接到您的项目，并指定它们的路径。这是将OSC支持添加到现有项目的方法。

现在您已经有了带有链接的ofxOsc插件的项目，并且可以使用OSC协议发送和接收数据。

发送数据

要在项目中使用OSC发送数据，请执行以下步骤:

1.将#include“ofxOsc.h”行添加到testApp.h文件中#include“ofMain.h”行。

2.通过添加ofxOscSender sender方来声明将发送OSC数据的发送方对象；testApp类定义中的行。

3.在testApp::setup()函数中使用以下行初始化发送方:

sender.setup("localhost", 12345 );

Sender.setup()函数的第一个参数是包含接收方地址的字符串。Localhost是计算机本身的地址，因此，发送方将向运行在同一台计算机上的其他应用程序发送数据。要将数据发送到另一个设备，必须知道它的地址并指定它，例如，192.168.0.3。第二个整数参数是接收方的端口。我们使用12345是因为它通常不被操作系统用于任何特殊用途。

4.当您需要发送一些数据时，创建OSC消息作为ofxOscMessage类型的对象，指定它的地址，用参数或参数填充它，最后使用sender.sendMessage()发送消息:

ofxOscMessage m;
m.setAddress( "/volume" );
m.addFloatArg( 0.4f );
sender.sendMessage( m );

消息的地址不是接收者的网络地址。它只是接收者可以理解的参数的名称。地址以/开头，如果需要，可以包含多个/符号，例如:

/object1/velocity.

消息可以包含以下类型的几个参数之一:float、int和string。参数通过调用相应的函数依次附加到消息上:m.addFloatArg()、m.addIntArg()和m.addStringArg()。例如:

m.addFloatArg( 0.4f );
m.addIntArg( 1 );
m.addStringArg( "start" );

最常用的参数类型是范围[0,1]中的浮点值。它们通过软件平台(如VDMX和max/msp)自然地与VJ控制器和其他设备相连。此外，整数值用于表示按钮状态(0-disabled，1-enabled)。

您可以让多个发送方将数据发送到多个目的地。

我们建议将目的地址和端口号存储在外部.xml文件放在项目的数据文件夹中。我们称这个文件为settings.xml。将读取目标地址和端口号的值的操作添加到testApp::setup()函数，并使用这些值作为sender.setup()的参数。此方法使您可以灵活地在不同的网络配置中运行项目，而无需重新编译。

使用可以使用的ofxXmlSettings插件.xml文件。了解如何在openFrameworks示例中使用它:example/addons/xmlSettingsExample。

请注意以下规则:

1.小心不要发送信息太快，因为它们可能会丢失。正常情况下，发送30或60帧的效果很好。

2.如果您需要同时发送许多消息，一个好主意是使用ofxOscBundle对象将它们组合成一组。只需创建一个这种类型的对象，添加ofxOscMessage消息，然后发送:

ofxOscBundle bundle;
bundle.addMessage( m ); //First ofxOscMessage message
bundle.addMessage( m2 ); //Second message
//...
sender.sendBundle( bundle ); //Send bundle

OSC数据包的大小是有限的。最大大小取决于操作系统和网络设置，但通常不少于500字节。如果限制值超过，您的OSC数据包经常会丢失。因此，不要发送包含太多信息的消息和包。请注意，所有数据(包括数字)都以文本形式存储在OSC数据包中。

接收数据

要在项目中接收OSC的数据，请执行以下步骤:

1.将#include“ofxOsc.h”行添加到testApp.h文件中#include“ofMain.h”行。

2.通过添加ofxOscReceiver receiver来声明将接收OSC数据的接收器对象；testApp类定义中的行。

3.在testApp::setup()函数中使用下面的代码行启动接收器:

receiver.setup( 12345 );

receiver.setup()函数的参数是端口号的整数值。

注意：如果需要在一台计算机上使用多个接收器，则应为每个接收器指定不同的端口。

4.现在，您应该等待传入到接收方的消息并解析它们。最佳实践是在while循环中的testApp::update()函数中执行:

while ( receiver.hasWaitingMessages() ){//Get the next messageofxOscMessage m;receiver.getNextMessage( &m );//Parse message, for example:if ( m.getAddress() == "/volume" ){//Get first argumentfloat volume = m.getArgAsFloat( 0 );//...//Use volume value, for example:sound.setVolume( volume )}
};

你可以使用函数m.getArgAsFloat(index)、m.getArgAsInt32(index)和m.getArgAsString(index)获得消息m中的参数值，其中index是参数的索引、0-first、1-second等。要获取属性的数量，请使用m.getNumArgs()函数，该函数返回m中的属性值。

让我们看看通过使用OSC将项目与其他应用程序连接起来使用它们的一些典型方案。

Osc使用的典型方案

Osc的典型用法如下:

1.使用苹果iPad或者其他平板来发送命令，比如保存屏幕截图到磁盘或者控制粒子的速度等参数。

你需要在桌面上安装一个应用程序，比如TouchOSC，它会把OSC消息从你的设备发送到你的openFrameworks的项目中。

2.使用您的openFrameworks应用程序作为一个跟踪器，它从世界获取一些信息(例如，使用深度摄像机计算用户身体部位的坐标)，并将其发送到max/msp、VDMX、QuartzComposer、TouchDesigner或Unity3D，以生成声音和视觉效果。

对于更复杂的方案，您需要使用OSC-manager应用程序，该应用程序路由OSC信号，如OSCulator。

尽管OSC得到了所有创造性编码和VJ软件的良好支持，但它不能轻松地传输图像等大数据。因此，让我们考虑如何使用另一个协议来实现它，例如TCP。

使用TCP协议处理流图像

Tcp是所有Internet协议的基础，例如HTTP。这是一个错误检查协议，它保证获取有效数据并通知错误。这使得它适合从计算机发送大量的数据，不仅在您的本地网络，而且在世界各地。

要在openFrameworks中使用TCP，您需要使用ofxNetwork插件。

注意：我们建议第一次尝试使用openFrameworks示例的TCP:networkTcpServerExample和networktcpcpcclientexample，位于openFrameworks的文件夹中的examples/addons。在同一台电脑上运行这两个命令，然后激活networktcpcclientexample窗口并按下一些键。您将看到这些键将被发送到networkTcpServerExample并打印在其屏幕上。

对于链接ofxNetwork插件，有三个类似于ofxOsc插件的选项。有关详细信息，请查看“使用OSC协议”部分的开头。

基于客户-服务器技术的TCP协议实现方案。在一个应用程序中，您需要使用ofxTCPServer对象创建并启动服务器。在另一个应用程序中，您需要使用ofxTCPClient客户机对象创建一个客户机，并与服务器建立连接。在此之后，您可以将字符串消息和原始数据字节从客户机发送到服务器，从服务器发送到客户机。可以有多个客户端连接到一个服务器。

原则上，使用ofxNetwork插件，您可以实现自己的HTTP或FTP服务器，并做任何事情，如从互联网下载文件。但是，对于严肃的项目，我们强烈建议不要自己这样做，因为TCP是一个非常低级的协议。相反，可以使用一些现成的插件或者特殊的库。此外，openFrameworks核心包含几个类，这些类可能对您的需求非常有用:

1.如果你需要从网上下载图片，你可以使用image.loadImage(url)函数，其中URL是指定图像URL的字符串。注意，它会暂停应用程序的执行，直到下载图像。因此，要不停顿地下载图像(称为

异步)，请参阅openFrameworks示例:examples/graphics/imageaderwebexample。

2.要下载任意文件，可以使用ofURLFileLoader类。我们不会在这本书中考虑它。

3.要处理HTTP请求和响应，请参阅libs/openframeworks/utils/ofurlfileload.h文件中的函数。这也超出了本书的范围。

我们不会详细考虑ofxTCPServer和ofxTCPClient类，但是我们将包括一个非常有用的例子，通过在同一台或不同的计算机上工作，在应用程序之间使用它来流动图像。

流图像示例

让我们考虑一个演示如何使用TCP在应用程序之间发送图像的示例。它由发送者和接收者两个项目组成。

注意：这个示例包含两个项目，networkImageSender和networkImageReceiver。它们位于文件夹中

11-Networking/networkimageender和11-Networking/networkimagereiver本书的示例。

这两个示例项目是由一些来源提出的.h和.cpp文件。有关如何从这些源创建openFrameworks项目的详细说明，请阅读testApp.h文件的开头。

编译并运行这两个项目。发送者将获取相机图像并将其发送到接收者。两个项目都在屏幕上绘制当前图像，并显示当前帧的ID。此外，接收器显示接收到的图像的帧速率(这不仅取决于网络，还取决于相机的实际帧速率):

发送方和接收方使用ofxTCPServer和ofxTCPClient类将图像作为未压缩的数组发送和接收。在pbNetwork.h和pbNetwork.cpp文件中查看其实现的详细信息，这些文件包含在每个示例的项目中。

当您需要在应用程序之间发送大量信息时，可以将此示例用作您自己项目的草图。

注意：我们经常在我们的互动装置和表演中使用这种技术。我们安装了两个pc，一个是可以和深度摄像机一起工作的Tracker，另一个是渲染，渲染安装的视觉效果。跟踪器从几个深度相机获取数据，将它们粘贴到一个更大的深度图像中，并通过TCP发送到Render。这种跟踪和渲染的分离提高了系统的整体稳定性，并且从深度数据分析中卸载了Render，从而可以进行更多的处理，获得更丰富的可视化效果。

通常你可以用100mbps的有线连接以30fps的速度发送320240的灰度图像。为了发送更大的图像，使用更快的网络设备，如1gbp或更高。请注意，我们从来没有使用无线连接在严重的音乐会和演出，因为可能会导致观众的移动设备的不稳定性。

如果您需要在Mac计算机上将图像从一个应用程序发送到另一个应用程序，则不需要使用网络。在这种情况下，最好的选择是使用一个名为Syphon的开放库，方法是下载和安装ofxSyphon插件。这个插件允许openFrameworks和其他应用程序在OpenGL级别上交换映像，因此它比网络工作得更快。