اكتشاف الأسطح في WebXR: إتقان التعرف على الأسطح وتحديد مواضع الواقع المعزز للجمهور العالمي

يقدم WebXR بوابة قوية لإنشاء تجارب واقع معزز (AR) جذابة مباشرة داخل متصفحات الويب. ويعتبر اكتشاف الأسطح حجر الزاوية في العديد من تطبيقات الواقع المعزز، حيث يمكّن تطبيقك من فهم البيئة الواقعية ودمج المحتوى الافتراضي بسلاسة. يقدم هذا المقال دليلاً شاملاً لاكتشاف الأسطح في WebXR، مع التركيز على التعرف على الأسطح، وتقنيات تحديد مواضع الواقع المعزز، وأفضل الممارسات لإنشاء تجارب شاملة وعالية الأداء تلقى صدى لدى جمهور عالمي.

ما هو اكتشاف الأسطح في WebXR؟

اكتشاف الأسطح هو عملية تحديد وفهم الأسطح المستوية في البيئة المادية للمستخدم باستخدام مستشعرات الجهاز (عادةً كاميرا ومستشعرات الحركة). يستفيد WebXR من مدخلات هذه المستشعرات، جنبًا إلى جنب مع خوارزميات الرؤية الحاسوبية، لتحديد وتتبع الأسطح الأفقية والعمودية، مثل الأرضيات والطاولات والجدران وحتى الأسقف.

بمجرد اكتشاف سطح ما، يمكن لتطبيق WebXR استخدام هذه المعلومات للقيام بما يلي:

• تثبيت الكائنات الافتراضية في العالم الحقيقي، مما يجعلها تظهر كما لو كانت موجودة بالفعل في البيئة.
• تمكين التجارب التفاعلية حيث يمكن للمستخدمين التلاعب بالكائنات الافتراضية بالنسبة للأسطح الحقيقية.
• توفير إضاءة وظلال واقعية بناءً على البيئة المدركة.
• تطبيق اكتشاف التصادم بين الكائنات الافتراضية والأسطح الحقيقية.

لماذا يعد اكتشاف الأسطح مهمًا لـ WebXR؟

يعد اكتشاف الأسطح أمرًا بالغ الأهمية لإنشاء تجارب واقع معزز مقنعة وواقعية. بدونه، ستطفو الكائنات الافتراضية ببساطة في الفضاء، منفصلة عن محيط المستخدم، مما يكسر وهم الواقع المعزز.

من خلال الكشف الدقيق عن الأسطح وفهمها، يتيح لك اكتشاف الأسطح إنشاء تطبيقات واقع معزز تتميز بالآتي:

• غامرة: تشعر وكأن الكائنات الافتراضية جزء حقيقي من العالم الواقعي.
• تفاعلية: يمكن للمستخدمين التفاعل مع الكائنات الافتراضية بطريقة طبيعية وبديهية.
• مفيدة: يمكن لتطبيقات الواقع المعزز تقديم حلول عملية لمشاكل العالم الحقيقي، مثل تصور الأثاث في غرفة أو قياس المسافات بين الكائنات.
• سهلة الوصول: يمكّن WebXR واكتشاف الأسطح من توفير تجارب واقع معزز متاحة على مجموعة متنوعة من الأجهزة دون مطالبة المستخدمين بتنزيل تطبيق مخصص.

كيف يعمل اكتشاف الأسطح في WebXR

يتضمن اكتشاف الأسطح في WebXR عادةً الخطوات التالية:

1. طلب تتبع الأسطح: يطلب تطبيق WebXR الوصول إلى إمكانيات الواقع المعزز بالجهاز، بما في ذلك تتبع الأسطح.
2. الحصول على XRFrame: في كل إطار (frame)، يسترد التطبيق كائن `XRFrame`، الذي يوفر معلومات حول الحالة الحالية لجلسة الواقع المعزز، بما في ذلك وضع الكاميرا والأسطح المكتشفة.
3. الاستعلام عن TrackedPlanes: يحتوي كائن `XRFrame` على قائمة من كائنات `XRPlane`، يمثل كل منها سطحًا مكتشفًا في المشهد.
4. تحليل بيانات XRPlane: يوفر كل كائن `XRPlane` معلومات حول السطح من حيث:
• الاتجاه: ما إذا كان السطح أفقيًا أم عموديًا.
• الموضع: موضع السطح في العالم ثلاثي الأبعاد.
• الأبعاد: عرض وارتفاع السطح.
• المضلع: مضلع حدودي يمثل شكل السطح المكتشف.
• وقت آخر تغيير: طابع زمني يشير إلى وقت آخر تحديث لخصائص السطح.
5. العرض والتفاعل: يستخدم التطبيق هذه المعلومات لعرض الكائنات الافتراضية على الأسطح المكتشفة وتمكين تفاعل المستخدم.

واجهات برمجة التطبيقات (APIs) وأمثلة التعليمات البرمجية لاكتشاف الأسطح في WebXR

دعنا نلقي نظرة على بعض أمثلة التعليمات البرمجية باستخدام JavaScript ومكتبة WebXR شائعة مثل Three.js:

تهيئة جلسة WebXR وطلب تتبع الأسطح

أولاً، تحتاج إلى طلب جلسة واقع معزز غامرة وتحديد رغبتك في تتبع الأسطح المكتشفة:

            
async function initXR() {
  if (navigator.xr) {
    const supported = await navigator.xr.isSessionSupported('immersive-ar');
    if (supported) {
      try {
        session = await navigator.xr.requestSession('immersive-ar', { 
          requiredFeatures: ['plane-detection'] 
        });
        // Setup WebGL renderer and other scene elements
      } catch (error) {
        console.error("Error initializing XR session:", error);
      }
    } else {
      console.log('immersive-ar not supported');
    }
  } else {
    console.log('WebXR not supported');
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

التعامل مع XRFrame و TrackedPlanes

داخل حلقة الرسوم المتحركة (animation loop)، ستحتاج إلى الوصول إلى `XRFrame` والتكرار عبر الأسطح المكتشفة:

            
function animate(time, frame) {
  if (frame) {
    const glLayer = session.renderState.baseLayer;
    renderer.render(scene, camera);

    const xrViewerPose = frame.getViewerPose(xrRefSpace);
    if (xrViewerPose) {
      // Update camera position/rotation based on xrViewerPose

      const planes = session.getWorldInformation().detectedPlanes;
      if (planes) {
        for (const plane of planes) {
          // Access plane data and update the corresponding mesh in your scene
          updatePlaneMesh(plane);
        }
      }
    }
  }
  session.requestAnimationFrame(animate);
}

            

              
                Copy
              
            
          

إنشاء شبكة (Mesh) لكل سطح مكتشف

لتصور الأسطح المكتشفة، يمكنك إنشاء شبكة بسيطة (على سبيل المثال، `THREE.Mesh`) وتحديث هندستها بناءً على أبعاد ومضلع `XRPlane`. قد تحتاج إلى استخدام دالة مساعدة تحول رؤوس المضلع إلى تنسيق هندسي مناسب لمحرك العرض الخاص بك.

            
function updatePlaneMesh(plane) {
  if (!planeMeshes.has(plane.id)) {
    // Create a new mesh if it doesn't exist
    const geometry = new THREE.PlaneGeometry(plane.width, plane.height);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00, wireframe: true });
    const mesh = new THREE.Mesh(geometry, material);
    mesh.userData.plane = plane;

    scene.add(mesh);
    planeMeshes.set(plane.id, mesh);
  } else {
    // Update the existing mesh's geometry based on plane extents.
    const mesh = planeMeshes.get(plane.id);
    const planeGeometry = mesh.geometry;
    planeGeometry.width = plane.width;
    planeGeometry.height = plane.height;
    planeGeometry.needsUpdate = true;

    //Position and orientation of the plane.
    const pose = frame.getPose(plane.planeSpace, xrRefSpace);
    mesh.position.set(pose.transform.position.x,pose.transform.position.y,pose.transform.position.z);
    mesh.quaternion.set(pose.transform.orientation.x,pose.transform.orientation.y,pose.transform.orientation.z,pose.transform.orientation.w);
  }


}

            

              
                Copy
              
            
          

تقنيات تحديد مواضع الواقع المعزز: تثبيت الكائنات الافتراضية

بمجرد اكتشاف الأسطح، يمكنك تثبيت الكائنات الافتراضية عليها. يتضمن ذلك وضع الكائنات الافتراضية في الموضع والاتجاه الصحيحين بالنسبة للسطح المكتشف. هناك عدة طرق لتحقيق ذلك:

إطلاق الأشعة (Raycasting)

تتضمن تقنية إطلاق الأشعة إرسال شعاع من جهاز المستخدم (عادةً من مركز الشاشة) إلى المشهد. إذا تقاطع الشعاع مع سطح مكتشف، يمكنك استخدام نقطة التقاطع لوضع الكائن الافتراضي. يتيح هذا للمستخدم النقر على الشاشة لوضع كائن على السطح المطلوب.

            
function placeObject(x, y) {
  const raycaster = new THREE.Raycaster();
  const mouse = new THREE.Vector2();

  mouse.x = (x / renderer.domElement.clientWidth) * 2 - 1;
  mouse.y = -(y / renderer.domElement.clientHeight) * 2 + 1;

  raycaster.setFromCamera(mouse, camera);

  const intersects = raycaster.intersectObjects(scene.children, true); //Recursively search for intersections.

  if (intersects.length > 0) {
    // Place the object at the intersection point
    const intersection = intersects[0];
    const newObject = createVirtualObject();
    newObject.position.copy(intersection.point);

    //Adjust orientation of the object as required
    newObject.quaternion.copy(camera.quaternion);
    scene.add(newObject);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

استخدام واجهة برمجة تطبيقات اختبار الاصطدام (Hit-Test API) (إن وجدت)

توفر واجهة برمجة تطبيقات اختبار الاصطدام في WebXR طريقة أكثر مباشرة للعثور على التقاطعات بين شعاع والعالم الحقيقي. تتيح لك إطلاق شعاع من منظور المستخدم والحصول على قائمة من كائنات `XRHitResult`، يمثل كل منها تقاطعًا مع سطح في العالم الحقيقي. هذه الطريقة أكثر كفاءة ودقة من الاعتماد فقط على الأسطح المكتشفة.

            
async function createHitTestSource() {
  hitTestSource = await session.requestHitTestSource({
    space: xrRefSpace
  });
}

function placeObjectAtHit() {
  if (hitTestSource) {
    const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);
    if (hitTestResults.length > 0) {
      const hit = hitTestResults[0];
      const pose = hit.getPose(xrRefSpace);

      // Create or update the virtual object
      const newObject = createVirtualObject();
      newObject.position.set(pose.transform.position.x,pose.transform.position.y,pose.transform.position.z);
      newObject.quaternion.set(pose.transform.orientation.x,pose.transform.orientation.y,pose.transform.orientation.z,pose.transform.orientation.w);
      scene.add(newObject);
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

التثبيت على حدود السطح

يمكنك أيضًا استخدام المضلع الذي يمثل حدود السطح لوضع الكائنات على طول الحواف أو داخل السطح المكتشف. يمكن أن يكون هذا مفيدًا لوضع الكائنات الافتراضية في تكوين معين بالنسبة للسطح.

تحسين اكتشاف الأسطح في WebXR للأجهزة العالمية

تحتاج تطبيقات WebXR إلى العمل بسلاسة على مجموعة واسعة من الأجهزة، من الهواتف الذكية المتطورة إلى الأجهزة المحمولة منخفضة الطاقة. يعد تحسين تنفيذ اكتشاف الأسطح أمرًا بالغ الأهمية لضمان تجربة مستخدم جيدة عبر تكوينات الأجهزة المختلفة.

اعتبارات الأداء

• الحد من عدد الأسطح: يمكن أن يكون تتبع عدد كبير جدًا من الأسطح مكلفًا من الناحية الحسابية. فكر في تحديد عدد الأسطح التي يتتبعها تطبيقك بنشاط، أو إعطاء الأولوية للأسطح الأقرب للمستخدم.
• تحسين هندسة شبكة السطح: استخدم تمثيلات هندسية فعالة لشبكات الأسطح. تجنب التفاصيل المفرطة أو الرؤوس غير الضرورية.
• استخدام WebAssembly: فكر في استخدام WebAssembly (WASM) لتنفيذ المهام الحسابية المكثفة، مثل خوارزميات اكتشاف الأسطح أو إجراءات الرؤية الحاسوبية المخصصة. يمكن أن يوفر WASM تحسينات كبيرة في الأداء مقارنة بـ JavaScript.
• تقليل عبء العرض: يعد تحسين عرض المشهد بأكمله، بما في ذلك الكائنات الافتراضية وشبكات الأسطح، أمرًا بالغ الأهمية. استخدم تقنيات مثل مستوى التفاصيل (LOD)، والإقصاء الاحتجابي (occlusion culling)، وضغط النسيج (texture compression) لتقليل عبء العمل على العرض.
• التوصيف والتحسين: قم بتوصيف تطبيقك بانتظام باستخدام أدوات المطورين في المتصفح لتحديد اختناقات الأداء. قم بتحسين التعليمات البرمجية الخاصة بك بناءً على نتائج التوصيف.

التوافق عبر المنصات

• اكتشاف الميزات: استخدم اكتشاف الميزات للتحقق مما إذا كان الجهاز يدعم اكتشاف الأسطح قبل محاولة استخدامه. قم بتوفير آليات بديلة أو تجارب بديلة للأجهزة التي لا تدعم اكتشاف الأسطح.
• ARCore و ARKit: تعتمد تطبيقات WebXR عادةً على أطر عمل الواقع المعزز الأساسية مثل ARCore (لنظام Android) و ARKit (لنظام iOS). كن على دراية بالاختلافات في قدرات اكتشاف الأسطح والأداء بين هذه الأطر.
• تحسينات خاصة بالجهاز: فكر في تنفيذ تحسينات خاصة بالجهاز للاستفادة من القدرات الفريدة للأجهزة المختلفة.

اعتبارات إمكانية الوصول

من الضروري جعل تجارب الواقع المعزز في WebXR متاحة للمستخدمين ذوي الإعاقة. بالنسبة لاكتشاف الأسطح، ضع في اعتبارك ما يلي:

• ردود الفعل المرئية: قدم ردود فعل مرئية واضحة عند اكتشاف سطح، مثل تمييز السطح بلون أو نمط مميز. يمكن أن يساعد هذا المستخدمين ذوي الرؤية المنخفضة على فهم البيئة.
• ردود الفعل السمعية: قدم ردود فعل سمعية للإشارة إلى وقت اكتشاف سطح، مثل مؤثر صوتي أو وصف لفظي لاتجاه السطح وحجمه.
• طرق الإدخال البديلة: قدم طرق إدخال بديلة لوضع الكائنات الافتراضية، مثل الأوامر الصوتية أو إدخال لوحة المفاتيح، بالإضافة إلى إيماءات اللمس.
• إمكانية تعديل الموضع: اسمح للمستخدمين بتعديل موضع واتجاه الكائنات الافتراضية لتلبية احتياجاتهم وتفضيلاتهم الفردية.

أفضل الممارسات لتطوير اكتشاف الأسطح في WebXR عالميًا

يتطلب تطوير تطبيقات اكتشاف الأسطح في WebXR لجمهور عالمي دراسة متأنية للاختلافات الثقافية ودعم اللغة وقدرات الأجهزة المتغيرة. فيما يلي بعض أفضل الممارسات:

• الترجمة والتوطين: قم بترجمة محتوى النص والصوت في تطبيقك لدعم لغات مختلفة. استخدم تنسيقات التاريخ والأرقام المناسبة للمناطق المختلفة.
• الحساسية الثقافية: كن على دراية بالاختلافات الثقافية في كيفية إدراك المستخدمين وتفاعلهم مع تجارب الواقع المعزز. تجنب استخدام الرموز أو الصور الحساسة ثقافيًا.
• إمكانية الوصول: اتبع إرشادات إمكانية الوصول لضمان أن تطبيقك قابل للاستخدام من قبل الأشخاص ذوي الإعاقة.
• تحسين الأداء: قم بتحسين أداء تطبيقك لضمان تشغيله بسلاسة على مجموعة واسعة من الأجهزة.
• الاختبار: اختبر تطبيقك جيدًا على أجهزة مختلفة وفي بيئات مختلفة لتحديد وإصلاح أي مشكلات. فكر في إشراك مستخدمين من مناطق وخلفيات ثقافية مختلفة في عملية الاختبار.
• الخصوصية: تواصل بوضوح مع المستخدمين حول كيفية استخدام بياناتهم وتأكد من امتثالك للوائح الخصوصية ذات الصلة.
• توفير تعليمات واضحة: قدم تعليمات واضحة وموجزة حول كيفية استخدام التطبيق، مع مراعاة المستويات المختلفة من الكفاءة التقنية.

أمثلة على تطبيقات اكتشاف الأسطح في WebXR

يمكن استخدام اكتشاف الأسطح في WebXR لإنشاء مجموعة واسعة من تطبيقات الواقع المعزز، بما في ذلك:

• تصور الأثاث: يسمح للمستخدمين بتصور كيف سيبدو الأثاث في منازلهم قبل الشراء. يعد IKEA Place مثالاً معروفًا.
• الألعاب: يخلق تجارب ألعاب واقع معزز غامرة حيث تتفاعل الشخصيات والكائنات الافتراضية مع العالم الحقيقي.
• التعليم: يوفر تجارب تعليمية تفاعلية حيث يمكن للطلاب استكشاف النماذج ثلاثية الأبعاد والمحاكاة في بيئتهم الخاصة. على سبيل المثال، تصور النظام الشمسي على سطح طاولة.
• التطبيقات الصناعية: يمكّن العمال من تصور التعليمات والمخططات والمعلومات الأخرى مباشرة في مجال رؤيتهم، مما يحسن الكفاءة والدقة.
• تجارة التجزئة: يسمح للعملاء بتجربة الملابس أو الإكسسوارات الافتراضية قبل شرائها. يعد Sephora Virtual Artist مثالاً جيدًا.
• أدوات القياس: يسمح للمستخدمين بقياس المسافات والمساحات في العالم الحقيقي باستخدام أجهزتهم المحمولة.

مستقبل اكتشاف الأسطح في WebXR

يعد اكتشاف الأسطح في WebXR مجالًا سريع التطور. مع ازدياد قوة الأجهزة وتحسن خوارزميات الرؤية الحاسوبية، يمكننا أن نتوقع رؤية قدرات اكتشاف أسطح أكثر دقة وقوة في المستقبل. تشمل بعض التطورات المستقبلية المحتملة ما يلي:

• تحسين دقة اكتشاف الأسطح: اكتشاف أسطح أكثر دقة وقوة، حتى في البيئات الصعبة.
• الفهم الدلالي: القدرة على فهم المعنى الدلالي للأسطح المكتشفة، مثل التمييز بين أنواع مختلفة من الأسطح (على سبيل المثال، الخشب، المعدن، الزجاج).
• إعادة بناء المشهد: القدرة على إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للبيئة بأكملها، وليس فقط الأسطح المستوية.
• اكتشاف الأسطح المدعوم بالذكاء الاصطناعي: الاستفادة من الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحسين أداء ودقة اكتشاف الأسطح.
• التكامل مع الخدمات السحابية: التكامل مع الخدمات السحابية لتمكين تجارب الواقع المعزز التعاونية والمساحات الافتراضية المشتركة.

الخلاصة

يعد اكتشاف الأسطح في WebXR تقنية قوية تمكّن من إنشاء تجارب واقع معزز غامرة وتفاعلية مباشرة داخل متصفحات الويب. من خلال إتقان تقنيات التعرف على الأسطح وتحديد مواضع الواقع المعزز، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات مقنعة تلقى صدى لدى جمهور عالمي. من خلال مراعاة تحسين الأداء وإمكانية الوصول والحساسية الثقافية، يمكنك ضمان أن تكون تطبيقات WebXR الخاصة بك قابلة للاستخدام وممتعة للناس من جميع أنحاء العالم.

مع استمرار تطور تقنية WebXR، سيلعب اكتشاف الأسطح دورًا متزايد الأهمية في تشكيل مستقبل الواقع المعزز. استمر في التجربة، وابق فضوليًا، واستمر في دفع حدود الممكن مع WebXR!