WebXR ruumide valdamine: süvauuring koordinaatsüsteemide haldamisse

Tere tulemast kaasahaarava veebi piirimaile. Arendajatena ei piirdu me enam ekraani kahemõõtmelise tasapinnaga; me loome kogemusi, mis ühendavad digitaalse ja füüsilise maailma. WebXR avab ukse veenvate liitreaalsuse (AR) ja virtuaalreaalsuse (VR) rakenduste loomiseks otse brauseris, mis on kättesaadavad ülemaailmsele publikule ilma kohalike rakenduste installimist vajamata. Kuid see uus paradigma toob kaasa põhilise väljakutse: kuidas hallata positsiooni, orientatsiooni ja skaalat viisil, mis tundub loomulik, stabiilne ja järjepidev laias seadmete ökosüsteemis? Vastus peitub WebXR-i koordinaatsüsteemi haldamise valdamises, eriti XRSpace ja XRReferenceSpace API-de kaudu.

See põhjalik juhend viib teid süvitsi WebXR-i ruumide maailma. Me hajutame peamised kontseptsioonid, uurime iga viiteruumi tüüpi üksikasjalikult ja pakume praktilisi teadmisi, mis aitavad teil luua jõulisi, mugavaid ja ülemaailmselt juurdepääsetavaid kaasahaaravaid kogemusi. Olenemata sellest, kas loote lihtsat 3D-mudeli vaatajat või keerulist, interaktiivset ruumimõõtmelist rakendust, on koordinaatsüsteemide põhjalik mõistmine möödapääsmatu.

Peamine väljakutse: miks on koordinaatsüsteemid XR-is olulised?

Traditsioonilises veebiarenduses on meie koordinaatsüsteem lihtne. Alguspunkt (0,0) on tavaliselt vaateava ülemine vasak nurk. Paigutame elemendid selle alguspunkti suhtes ja see jääb staatiliseks. Laiendatud reaalsuses (XR) on kasutaja ise kaamera ja nende füüsiline liikumine kandub otse digitaalsesse liikumisse. See toob kaasa tohutu keerukuse:

• Kasutaja liikumine: Kus on kasutaja oma füüsilises ruumis? Kas nad istuvad, seisavad või jalutavad ringi? Rakendus peab seda teadma, et stseeni õigesti renderdada.
• Seadmete mitmekesisus: Mobiiltelefon AR jaoks, 3-DoF (vabadusaste) istuv VR-peakomplekt ja 6-DoF ruumimõõtmeline VR-süsteem – kõigil neil on erinevad jälgimisvõimalused ja need määratlevad kasutaja ruumi erinevalt.
• Maailmataju: AR-is peab rakendus mõistma reaalsust – tuvastama põrandad, seinad ja lauad –, et virtuaalseid objekte veenvalt paigutada.
• Kasutaja mugavus: Halvasti hallatud koordinaatsüsteem võib põhjustada lahknevuse kasutaja füüsilise liikumise ja nende tajutava virtuaalse liikumise vahel, põhjustades kiiresti iiveldust ja ebamugavust.

WebXR Device API loodi nende keerukuste eemaldamiseks. See pakub standardiseeritud viisi erinevat tüüpi koordinaatsüsteemide või "ruumide" taotlemiseks ja haldamiseks, võimaldades teil kirjutada koodi, mis töötab selles mitmekesises riistvaramaastikus. Eesmärk on pakkuda stabiilset võrdlusraamistikku, mille suhtes saate virtuaalseid objekte paigutada ja kasutaja positsiooni jälgida.

Aluse mõistmine: XRSpace ja XRReferenceSpace

Enne kui sukeldume konkreetsetesse ruumitüüpidesse, peame mõistma kahte API pakutavat põhilist ehitusplokki. Mõelge neile kui abstraktsetele kontseptsioonidele, mis muudavad ruumilise halduse võimalikuks.

Mis on XRSpace?

XRSpace on kõigi WebXR-i koordinaatsüsteemide põhiliides. See on abstraktne kontseptsioon, mis esindab alguspunkti ja orientatsiooni 3D-maailmas. Te ei saa XRSpace otse luua. Selle asemel saate konkreetsemaid ruumitüüpe, nagu XRReferenceSpace või XRBoundedReferenceSpace, mis pärivad sellelt.

XRSpace peamine funktsioon on toimida võrdlusraamistikuna. Peamine kasutusjuht on ühe ruumi poosi (positsiooni ja orientatsiooni) teise suhtes päringu tegemine. Näiteks peate pidevalt teadma: "Kus on kasutaja pea (ruum "vaataja") kogemuse alguspunkti (ruum "kohalik") suhtes?" Vastus sellele küsimusele, XRPose objekt, on see, mida kasutate oma virtuaalse kaamera positsioneerimiseks igas kaadris.

Tutvustame XRReferenceSpace: teie ankur reaalsuses

XRReferenceSpace on konkreetsem XRSpace tüüp. Selle peamine eesmärk on pakkuda stabiilset, maailmas fikseeritud koordinaatsüsteemi, mida teie rakendus saab kasutada oma peamise võrdlusraamistikuna. Kui kasutaja pea ("vaataja") on pidevalt liikumas, siis viiteruum on loodud olema staatiline ankur. Paigutate oma virtuaalse maailma sisu selle viiteruumi suhtes ja süsteem jälgib, kuidas kasutaja selles liigub.

Maagia juhtub siis, kui taotlete konkreetset tüüpi viiteruumi. Põhimõtteliselt ütlete XR-seadmele: "Ma vajan koordinaatsüsteemi, mis põhineb sellel konkreetsel kasutaja kehaasendil või keskkonnal." Seejärel kasutab seade oma andureid ja maailma mõistmist, et see süsteem teie jaoks luua ja säilitada.

Põhjalik juhend viiteruumide tüüpidele

WebXR API võimsus peitub erinevates viiteruumide tüüpides, mida saate taotleda. Igaüks neist on kohandatud konkreetsele kasutajakogemuse tüübile, alates lihtsatest pea külge lukustatud kasutajaliidestest kuni suurte ruumimõõtmeliste seiklusteni. Uurime igaüht neist üksikasjalikult.

1. Viiteruum "vaataja": peakomplekti vaatenurk

Ruum vaataja on ainulaadne, kuna selle alguspunkt ei ole staatiline; see on lukustatud kasutaja vaatamisseadme (nende pea külge kinnitatava ekraani või telefoni) külge. See liigub ja pöörleb, kui kasutaja oma pead liigutab.

• Alguspunkt ja orientatsioon: Alguspunkt asub kasutaja silmade vahelises keskpunktis. Positiivne Z-telg osutab ekraanist välja (kasutajast eemale), positiivne Y-telg osutab üles ja positiivne X-telg osutab paremale.
• Peamised kasutusjuhud:
  • Pea ülespoole kuvad (HUD): Kasutajaliidese elementide (nagu terviseribad, menüüd või sihikud) kinnitamine ruumi vaataja tagab, et need jäävad kasutaja vaates fikseerituks, olenemata sellest, kuhu nad vaatavad.
  • Kontrolleri jälgimine: Sisendkontrollerite poos on sageli kõige kasulikum, kui see on esitatud kasutaja pea suhtes, muutes käepositsioonide arvutamise interaktsioonide jaoks lihtsaks.
• Olulised kaalutlused: Te ei tohiks kunagi kasutada ruumi vaataja oma peamise maailmastseeni peamise viitena. Kogu oma maailma sellesse ruumi paigutamine paneks selle iga pisikese pealiigutusega pöörlema ja liikuma, mis on garanteeritud retsept merehaiguse tekitamiseks. See on mõeldud rangelt pea külge lukustatud sisule.

2. Viiteruum "kohalik": istuv või seisev kogemus

Ruum kohalik on üks levinumaid ja mitmekülgsemaid viiteruume. See loob staatilise alguspunkti XR-seansi loomisel kasutaja positsioonis või selle läheduses.

• Alguspunkt ja orientatsioon: Alguspunkt paigutatakse taotluse esitamise ajal vaataja pea positsiooni. Orientatsioon on samuti joondatud vaataja ettepoole suunaga sel hetkel. Oluline on see, et alguspunkti kõrgus on silmade kõrgusel. See alguspunkt ei liigu, isegi kui kasutaja püsti tõuseb või ära kõnnib.
• Peamised kasutusjuhud:
  • Istuvad kogemused: Ideaalne rakenduste jaoks, kus kasutaja jääb suuresti ühte kohta, näiteks virtuaalkino, kokpiti simulatsioon või 360-kraadine videopleier.
  • Seisev, statsionaarne VR: Toimib hästi mängude või rakenduste jaoks, kus kasutaja seisab paigal, kuid saab ringi vaadata ja pöörata.
  • Põhiline AR: Lihtsate AR-rakenduste jaoks, kus soovite seansi alguses paigutada objekti kasutaja ette.
• Olulised kaalutlused: Ruum kohalik peamine piirang on see, et sellel pole põranda mõistet. Selle alguspunkt on silmade kõrgusel, mistõttu on raske objekte realistlikult maapinnale paigutada ilma eeldusi tegemata. Kui kasutaja liigub füüsiliselt alguspunktist kaugele, võib jälgimise kvaliteet halveneda, kuna süsteem üritab seda suvalist alguspunkti säilitada.

3. Viiteruum "local-floor": ruumimõõtmeline interaktsioon

Kogemuste jaoks, kus kasutaja peab ringi kõndima ja maapinnal olevate objektidega suhtlema, on ruum local-floor hädavajalik. See sarnaneb ruumiga kohalik, kuid ühe olulise erinevusega: selle alguspunkt on põrandal.

• Alguspunkt ja orientatsioon: Alguspunkt paigutatakse otse kasutaja pea alla, põranda tasapinnale (Y=0). Ettepoole suund on joondatud sellega, kuhu kasutaja seansi alguses vaatas. See alguspunkt jääb kogu seansi vältel staatiliseks.
• Peamised kasutusjuhud:
  • Ruumimõõtmeline VR: See on standard enamiku interaktiivsete VR-mängude ja rakenduste jaoks, kus kasutajad saavad oma füüsilises ruumis ringi kõndida. See võimaldab teil paigutada virtuaalse põranda, mis sobib ideaalselt reaalsega.
  • AR-objekti paigutus: AR-is on see ruum uskumatult kasulik mööbli, tegelaste või muude virtuaalsete objektide realistlikuks paigutamiseks kasutaja toa põrandale.
• Olulised kaalutlused: Ruum local-floor tugi sõltub seadme võimest keskkonda tajuda. Enamik 6-DoF VR-peakomplekte toetab seda hästi. AR jaoks mobiilseadmetes on vaja, et alusplatvorm (nagu ARCore või ARKit) oleks horisontaalse tasandi edukalt tuvastanud. Teie rakendus peab olema valmis, et see ruum pole saadaval.

4. Viiteruum "bounded-floor": turvalised ja määratletud mängualad

Ruum bounded-floor tugineb ruumile local-floor, pakkudes täiendavat teavet kasutaja eelkonfigureeritud turvalise mänguala kohta. See on piir, mille kasutajad sageli oma tuppa joonistavad, kui nad oma VR-süsteemi seadistavad.

• Alguspunkt ja orientatsioon: Alguspunkt on põranda tasapinnal, tavaliselt eelmääratletud piiri keskel. Orientatsioon on sageli joondatud ühe piiri servaga.
• Peamised kasutusjuhud:
  • Ohutussüsteemid: Saate kasutada piirigeomeetriat, et kuvada virtuaalset seina või hoiatust, kui kasutaja jõuab liiga lähedale oma füüsilistele seintele.
  • Sisu paigutus: Rakendus saab intelligentselt paigutada sisu ja interaktiivseid elemente teadaolevale turvalisele alale, tagades, et need on kättesaadavad ilma, et kasutaja peaks piirist lahkuma.
  • Teleporteerimismehhaanika: Piirid võivad teavitada mänguloogikat, näiteks vältides teleporteerumist väljaspool turvatsooni.
• Piirav geomeetria: Kui taotlete edukalt ruumi bounded-floor, sisaldab saadud XRBoundedReferenceSpace objekt omadust boundsGeometry. See on punktide massiiv, mis määratleb mänguala kuju põrandal (Y=0).
• Olulised kaalutlused: See on kõige spetsiifilisem ruum ja on sageli saadaval ainult kõrgekvaliteedilistes VR-süsteemides, kus kasutaja on selgesõnaliselt konfigureerinud eestkoste või saatja süsteemi. Ärge kunagi eeldage, et see ruum on saadaval. See on progressiivne täiustus kogemuste jaoks, mis saavad sellest kasu.

5. Viiteruum "unbounded": maailma avastamine

Viiteruum unbounded on mõeldud laiaulatuslikeks, maailma jälgivateks AR-kogemusteks, mis ei piirdu ühe ruumiga. Mõelge linnapõhistele AR-mängudele või välitingimustes navigeerimisrakendustele.

• Alguspunkt ja orientatsioon: Alguspunkt luuakse seansi alguses kasutaja lähedale, kuid süsteem on optimeeritud kasutaja positsiooni jälgimiseks potentsiaalselt tohutute vahemaade tagant. Koordinaatsüsteem võib ja nihutab oma alguspunkti aja jooksul diskreetselt, et säilitada jälgimise täpsus ja stabiilsus.
• Peamised kasutusjuhud:
  • Suuremahuline AR: Rakendused, mis nõuavad kasutajatel kõndimist suures hoones, pargis või linnas.
  • Püsiv AR: Kuigi WebXR Anchors API sobib selleks paremini, pakub unbounded põhjaliku jälgimise, mida on vaja kogemuste jaoks, mis hõlmavad suuri alasid.
• Hoiatused ja ohutus: Selle ruumiga kaasneb märkimisväärne vastutus. Kuna julgustate kasutajaid potentsiaalselt seadmesse vaadates liikuma suurte vahemaade taha, peate rakendama jõulisi ohutusmeetmeid. Teie rakendus ei tea reaalmaailma takistustest, nagu liiklus, trepid või muud inimesed. API on mõeldud jälgimiseks, mitte keskkonnaohutuse teadlikkuse pakkumiseks. Lisaks sellele ei sobi see alguspunkti nihkumise potentsiaali tõttu sisu paigutamiseks, mis peab pikema aja jooksul jääma ideaalselt fikseerituks oma alguspunkti suhtes.

Praktiline rakendamine: viiteruumide taotlemine ja kasutamine

Teooria mõistmine on üks asi; selle praktikas rakendamine on teine. Vaatame läbi tüüpilise töövoo viiteruumi seadistamiseks ja kasutamiseks WebXR-i rakenduses.

1. samm: XRSessioni alustamine

Esmalt peate taotlema kaasahaarava seansi. Seda tehes saate ka märkida, milliseid viiteruume teie rakendus nõuab või eelistab. See võimaldab brauseril eelnevalt tuge kontrollida.

            
// Näide: VR-seansi alustamine, mis nõuab põrandatasandi ruumi
if (navigator.xr) {
    navigator.xr.requestSession('immersive-vr', {
        requiredFeatures: ['local-floor']
    }).then(onSessionStarted);
} else {
    console.log("WebXR ei ole selles seadmes toetatud.");
}

            

              
                Copy
              
            
          

2. samm: soovitud viiteruumi taotlemine

Kui seanss on alanud, saate ametlikult taotleda viiteruumi, mida soovite kasutada oma maailma alguspunktina. Seda tehakse meetodi XRSession.requestReferenceSpace() abil.

            
let xrReferenceSpace = null;

async function onSessionStarted(session) {
    // ... seansi seadistamine ...

    try {
        xrReferenceSpace = await session.requestReferenceSpace('local-floor');
        // Nüüd on xrReferenceSpace meie peamine ankur virtuaalse maailma jaoks
    } catch (error) {
        console.error("Ei saanud viiteruumi 'local-floor': ", error);
        // Käsitsege viga, võib-olla lülitudes tagasi ruumi 'local'
    }

    // Alustage renderdamise tsüklit
    session.requestAnimationFrame(onXRFrame);
}

            

              
                Copy
              
            
          

3. samm: sujuv tagavaravariant globaalse ühilduvuse tagamiseks

Tugeva WebXR-i arenduse peamine põhimõte on mitte kunagi eeldada, et konkreetne viiteruum on saadaval. Seadmetel kogu maailmas on erinevad võimalused. Kõrgekvaliteediline VR-peakomplekt toetab ruumi bounded-floor, samas kui põhilisem võib toetada ainult ruumi local. Teie kood peaks seda sujuvalt käsitlema.

Levinud muster on taotleda kõigepealt kõige soovitud ruumi ja ebaõnnestumise korral lülituda tagasi vähem nõudlikele.

            
// Tugevam viis ruumi taotlemiseks
async function setupReferenceSpace(session) {
    let referenceSpaceType = 'local-floor';
    try {
        const space = await session.requestReferenceSpace(referenceSpaceType);
        console.log("Saadi edukalt ruum 'local-floor'.");
        return space;
    } catch (e) {
        console.warn(`Ei saanud ruumi '${referenceSpaceType}'. Lülitutakse tagasi ruumi 'local'.`);
        referenceSpaceType = 'local';
        try {
            const space = await session.requestReferenceSpace(referenceSpaceType);
            console.log("Saadi edukalt ruum 'local'.");
            return space;
        } catch (e2) {
            console.error("Ei õnnestunud saada ühtegi toetatud viiteruumi.");
            // Võimalik, et peate seansi siin lõpetama
            return null;
        }
    }
}

// Funktsioonis onSessionStarted:
xrReferenceSpace = await setupReferenceSpace(session);
if (!xrReferenceSpace) {
    // Käsitsege käivitamise ebaõnnestumist
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. samm: ruumi kasutamine renderdamise tsüklis

Oma renderdamise tsükli sees (funktsioon, mida kutsutakse funktsiooni requestAnimationFrame abil) saate objekti XRFrame. Kasutate seda kaadrit koos valitud viiteruumiga, et saada vaataja praegune poos. See poos ütleb teile, kuhu oma virtuaalne kaamera paigutada ja orienteerida.

            
function onXRFrame(time, frame) {
    const session = frame.session;
    session.requestAnimationFrame(onXRFrame);

    // Hankige vaataja poos meie valitud viiteruumi suhtes
    const viewerPose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

    if (viewerPose) {
        // viewerPose sisaldab vaadete massiivi (üks iga silma jaoks)
        // ja teisendust (positsiooni ja orientatsiooni)
        const view = viewerPose.views[0];
        const pose = viewerPose.transform;

        // Värskendage oma 3D-teegi kaamerat, kasutades poosi positsiooni ja orientatsiooni
        // Näiteks Three.js abil:
        // camera.position.copy(pose.position);
        // camera.quaternion.copy(pose.orientation);

        // Renderdage stseen iga vaate jaoks
        // ...
    }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Täiustatud kontseptsioonid, mis on loodud viiteruumidele

Viiteruumide valdamine on võti, mis avab täiustatud WebXR-i funktsioonid. Need funktsioonid tuginevad stabiilsele koordinaatsüsteemile, et korralikult toimida.

WebXR-i ankrud: virtuaalse sisu säilitamine

WebXR Anchors API võimaldab teil luua XRAnchor. Ankur on suvaline punkt ruumis, mida alusplatvorm aja jooksul jälgib. Ankru loomisel ütlete süsteemile: "Jäta see konkreetne koht reaalses maailmas meelde." Ankru poos teatatakse alati viiteruumi suhtes, sidudes need kaks kontseptsiooni kokku. See on ülioluline AR-kogemuste jaoks, kus soovite, et virtuaalsed objektid jääksid lukustatuks reaalmaailma asukohtadesse, isegi kui süsteemi arusaam maailmast paraneb.

WebXR-i tabamuse testimine: suhtlemine reaalse maailmaga

WebXR Hit Test API võimaldab teil saata reaalsesse maailma kiire ja saada teada, kus see ristub tuvastatud pindadega. Tabamuse testi tegemisel esitate kiire alguspunkti ja suuna XRSpace (tavaliselt kontrolleri ruum või vaataja ruum). Tulemused tagastatakse poosina teie valitud viiteruumis (nt local-floor). See võimaldab teil näiteks lasta kasutajal koputada oma reaalmaailma põrandale, et paigutada virtuaalne objekt täpselt sellele.

Parimad tavad jõulise koordinaatsüsteemi haldamiseks

Professionaalsete, kvaliteetsete WebXR-i kogemuste loomiseks ülemaailmsele publikule järgige neid parimaid tavasid:

• Seadke esikohale kasutaja mugavus: Kasutage oma peamise stseeni jaoks alati staatilist viiteruumi (nagu local-floor või local). Ärge kunagi siduge oma maailma ruumiga vaataja. See on kuldreegel merehaiguse vältimiseks.
• Kavandage mitme ruumitüübi jaoks: Ehitage oma rakendus eeldusel, et see võib töötada ruumiga local (istuv) või ruumiga local-floor (ruumimõõtmeline). Näiteks kui te ei saa põrandatasandi ruumi, peate võib-olla pakkuma kasutajaliidest, et kasutaja saaks põranda kõrgust käsitsi reguleerida.
• Kontrollige funktsioonide tuge: Enne funktsiooni kasutamist kontrollige, kas seda toetatakse. Kasutage funktsiooni XRSession.isSupported() ja käsitsege tõrkeid sujuvalt, nagu on kirjeldatud ülaltoodud tagavaravariandi näites. See tagab, et teie rakendus ei kuku kokku vähem võimekatel seadmetel.
• Käsitsege seansi lähtestamisi ja katkestusi: Mõnel platvormil võib XR-seanss katkestada (nt süsteemiteatise tõttu). Kui seanss jätkub, võidakse teie viiteruumi alguspunkt lähtestada. Nende olukordade käsitlemiseks ja vajadusel sisu ümberpaigutamiseks kuulake sündmust reset oma XRReferenceSpace.

Ruumilise halduse tulevik WebXR-is

WebXR-i spetsifikatsioon on elav standard, mis areneb pidevalt, et vastata arendajate nõudmistele ja uue riistvara võimalustele. Võime oodata tulevikus täiustatud ruumilise halduse funktsioone. Teemad, nagu jagatud ruumid mitme kasutaja kogemuste jaoks, üksikasjalikum keskkonna mõistmine (võrgusilma tuvastamine) ja sujuv integreerimine geolokatsioonide API-dega, on kõik aktiivse arenduse valdkonnad. Ehitades täna tugeva aluse koordinaatsüsteemi haldamisel, olete hästi ette valmistatud nende uute funktsioonide kasutuselevõtmiseks, kui need kättesaadavaks muutuvad.

Järeldus: kaasahaarava veebi tuleviku ehitamine

Koordinaatsüsteemi haldamine on kogu WebXR-i arenduse alustala. See on nähtamatu raamistik, mis tagab, et virtuaalsed objektid näivad stabiilsed, kasutaja liikumine tundub loomulik ning kogemused on mugavad ja kaasahaaravad. Mõistes iga viiteruumi nüansse – alates pea külge lukustatud ruumist vaataja kuni maailmateadliku ruumini unbounded – saate jõu luua rakendusi, mis pole mitte ainult tehniliselt muljetavaldavad, vaid ka intuitiivsed ja juurdepääsetavad mitmekesisele ülemaailmsele publikule.

Teekond ruumilisse andmetöötlusesse on alles algamas. Võtke aega nende viiteruumidega katsetamiseks, ehitage jõuline tagavaraloogika ja seadke alati esikohale kasutaja mugavus ja ohutus. Seda tehes ei kirjuta te ainult koodi; te ehitate tuleviku intuitiivseid, inimkeskseid liideseid, üks XRReferenceSpace korraga.