WebXR kihid: komposiitreaalsuse renderdamine kaasahaaravate kogemuste jaoks

WebXR on revolutsiooniliselt muutmas meie suhtlust veebiga, võimaldades kaasahaaravaid liitreaalsuse (AR), segareaalsuse (MR) ja virtuaalreaalsuse (VR) kogemusi otse veebilehitsejas. Kuigi WebXR loob aluse nendele kogemustele, mängib renderdamise torustik olulist rolli kõrge jõudluse ja visuaalse täpsuse saavutamisel. WebXR kihid on võimas funktsioon, mis pakub paindlikumat ja tõhusamat viisi erinevate visuaalsete elementide haldamiseks ja komponeerimiseks teie WebXR stseenis.

Mis on WebXR kihid?

WebXR kihid pakuvad standardiseeritud liidest piltide kogumi esitamiseks, mille WebXR käituskeskkond komponeerib kokku lõpliku renderdatud stseeni moodustamiseks. Mõelge sellest kui süsteemist, kus erinevad visuaalse sisu kihid – alates virtuaalsest maailmast kuni reaalse maailma kaameravooga – joonistatakse iseseisvalt ja seejärel kombineerib veebilehitseja need arukalt. See lähenemine avab olulisi eeliseid võrreldes traditsioonilise ühe lõuendi renderdamisega.

Selle asemel, et sundida kogu renderdamist ühte WebGL-i konteksti, võimaldavad WebXR kihid arendajatel luua erinevaid XRCompositionLayer objekte, millest igaüks esindab eraldiseisvat sisukihti. Seejärel esitatakse need kihid WebXR käituskeskkonnale, mis tegeleb lõpliku komponeerimisprotsessiga, kasutades potentsiaalselt platvormispetsiifilisi optimeerimisi ja riistvaralist kiirendust parema jõudluse saavutamiseks.

Miks kasutada WebXR kihte?

WebXR kihid lahendavad mitmeid traditsioonilise WebXR renderdamisega seotud väljakutseid ja pakuvad arendajatele mitmeid eeliseid:

1. Parem jõudlus

Delegeerides komponeerimise WebXR käituskeskkonnale, mis saab kasutada platvormiomaseid API-sid ja riistvaralist kiirendust, toovad WebXR kihid sageli kaasa märkimisväärse jõudluse paranemise, eriti mobiilseadmetes ja piiratud ressurssidega riistvaras. See võimaldab luua keerukamaid ja visuaalselt rikkalikumaid kogemusi ilma kaadrisagedust ohverdamata. Käituskeskkond suudab ka ressursse tõhusamalt hallata, mis tagab sujuvamad ja reageerivamad interaktsioonid.

Näide: Kujutage ette keerulist AR-rakendust, mis katab virtuaalse mööbli reaalse maailma kaameravoole. Ilma WebXR kihtideta tuleks kogu stseen renderdada ühe läbimisega, mis võib põhjustada jõudluse kitsaskohti. Kihtidega saab kaameravoo ja virtuaalse mööbli renderdada iseseisvalt ning käituskeskkond saab need tõhusalt kokku komponeerida, maksimeerides jõudlust.

2. Suurem paindlikkus ja kontroll

WebXR kihid pakuvad peeneteralisemat kontrolli renderdamisprotsessi üle. Arendajad saavad määratleda iga kihi omadused, nagu selle läbipaistmatus, segamisrežiim ja transformatsioonimaatriks, mis võimaldab luua keerukaid visuaalseid efekte ning sujuvalt integreerida virtuaalset ja reaalset sisu. Selline kontrollitase on realistlike ja kaasahaaravate AR- ja MR-kogemuste loomisel ülioluline.

Näide: Kujutage ette VR-rakendust, kus soovite kuvada kasutajaliidese elementi esmase stseeni peal. WebXR kihtidega saate luua kasutajaliidese jaoks eraldi kihi ja kontrollida selle läbipaistmatust, et saavutada peen, poolläbipaistev kattekiht. See on oluliselt lihtsam ja tõhusam kui püüda renderdada kasutajaliidest otse põhistseeni.

3. Süsteemi komposiitori integreerimine

WebXR kihid võimaldavad paremat integreerimist aluseks oleva süsteemi komposiitoriga. Käituskeskkond saab komponeerimiseks ära kasutada platvormispetsiifilisi võimalusi, nagu riistvaralised kattekihid ja täiustatud segamisrežiimid, mis ei pruugi olla WebGL-i kaudu otse kättesaadavad. Tulemuseks on visuaalselt atraktiivsemad ja jõudsamad kogemused.

Näide: Mõnedel AR-peakomplektidel saab süsteemi komposiitor otse katta kaameravoo virtuaalsele sisule, kasutades riistvaralist kiirendust. WebXR kihid võimaldavad veebilehitsejal sujuvalt selle võimekusega integreeruda, mis tagab voolavama ja reageerivama AR-kogemuse.

4. Vähendatud mälu kasutus

Lubades WebXR käituskeskkonnal hallata lõplikku komponeerimist, võivad WebXR kihid vähendada teie rakenduse mälu jalajälge. Selle asemel, et salvestada kogu renderdatud stseen ühte suurde kaadripuhvrisse, saab käituskeskkond hallata mitut väiksemat kaadripuhvrit iga kihi jaoks, mis võib viia tõhusama mälukasutuseni.

Näide: Väga detailsete tekstuuridega VR-kogemus võib tarbida märkimisväärsel hulgal mälu. Kasutades WebXR kihte staatilise keskkonna eraldamiseks dünaamilistest objektidest, saab rakendus vähendada üldist mälu jalajälge ja parandada jõudlust.

5. Parem tugi täiustatud renderdamistehnikatele

WebXR kihid hõlbustavad täiustatud renderdamistehnikate kasutamist, nagu asünkroonne reprojektsioon ja foveeritud renderdamine. Need tehnikad võivad märkimisväärselt parandada WebXR-kogemuste tajutavat jõudlust ja visuaalset kvaliteeti, eriti piiratud ressurssidega seadmetes. Asünkroonne reprojektsioon aitab vähendada latentsust, võimaldades käituskeskkonnal ekstrapoleerida kasutaja pea asendit ja reprojitseerida renderdatud stseeni, samal ajal kui foveeritud renderdamine koondab renderdamise detailsuse aladele, kuhu kasutaja vaatab, vähendades renderduskoormust perifeerias.

WebXR kihtide tüübid

WebXR kihtide API määratleb mitut tüüpi kompositsioonikihte, millest igaüks on mõeldud konkreetseks otstarbeks:

1. XRProjectionLayer

XRProjectionLayer on kõige levinum kihi tüüp ja seda kasutatakse virtuaalse sisu renderdamiseks, mis projitseeritakse kasutaja vaatevälja. See kiht sisaldab tavaliselt teie VR- või AR-rakenduse põhistseeni.

2. XRQuadLayer

XRQuadLayer esindab ristkülikukujulist pinda, mida saab 3D-ruumis paigutada ja orienteerida. See on kasulik kasutajaliidese elementide, videote või muu 2D-sisu kuvamiseks virtuaalses keskkonnas.

3. XRCylinderLayer

XRCylinderLayer esindab silindrilist pinda, mis võib kasutaja ümber keerduda. See on kasulik kaasahaaravate keskkondade loomiseks või sisu kuvamiseks, mis ulatub kasutaja vaateväljast kaugemale.

4. XREquirectLayer

XREquirectLayer on mõeldud ekvirektaangulaarsete (360-kraadiste) piltide või videote kuvamiseks. Seda kasutatakse tavaliselt panoraamsete VR-kogemuste loomiseks.

5. XRCompositionLayer (abstraktne baasklass)

Kõik kihitüübid pärivad abstraktsest klassist XRCompositionLayer, mis määratleb kõigi kihtide ühised omadused ja meetodid.

WebXR kihtide kasutamine: praktiline näide

Vaatame läbi lihtsustatud näite, kuidas kasutada WebXR kihte WebXR-rakenduses. See näide demonstreerib, kuidas luua kahte kihti: üks põhistseeni ja teine kasutajaliidese elemendi jaoks.

1. samm: XR-sessiooni taotlemine

Esmalt peate taotlema XR-sessiooni. See on iga WebXR-rakenduse standardne sisenemispunkt.

            navigator.xr.requestSession('immersive-vr', { requiredFeatures: ['layers'] })
  .then(session => {
    // Sessioon algas edukalt
    onSessionStarted(session);
  }).catch(error => {
    console.error('XR-sessiooni alustamine ebaõnnestus:', error);
  });
            

              
                Copy
              
            
          

2. samm: WebGL konteksti ja XRRenderState'i loomine

            function onSessionStarted(session) {
  xrSession = session;

  // Loo WebGL kontekst
  gl = document.createElement('canvas').getContext('webgl', { xrCompatible: true });

  // Seadista XRRenderState
  xrSession.updateRenderState({
    baseLayer: new XRWebGLLayer(xrSession, gl)
  });

  xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);
}
            

              
                Copy
              
            
          

3. samm: Kihtide loomine

Nüüd loome kaks kihti:

            let mainSceneLayer = new XRProjectionLayer({
  space: xrSession.requestReferenceSpace('local'),
  next: null  // Esialgu pole selle kihi järel ühtegi kihti
});

let uiLayer = new XRQuadLayer({
  space: xrSession.requestReferenceSpace('local'),
  width: 0.5, // Kasutajaliidese nelinurga laius
  height: 0.3, // Kasutajaliidese nelinurga kõrgus
  transform: new XRRigidTransform({x: 0, y: 1, z: -2}, {x: 0, y: 0, z: 0, w: 1}) // Asukoht ja orientatsioon
});
            

              
                Copy
              
            
          

4. samm: XRRenderState'i värskendamine kihtidega

            xrSession.updateRenderState({
  layers: [mainSceneLayer, uiLayer]
});
            

              
                Copy
              
            
          

5. samm: Renderdustsükkel

Renderdustsüklis renderdate iga kihi sisu eraldi.

            function renderLoop(time, frame) {
  xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);

  const pose = frame.getViewerPose(xrSession.requestReferenceSpace('local'));
  if (!pose) return;

  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, xrSession.renderState.baseLayer.framebuffer);
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

  for (const view of pose.views) {
    const viewport = xrSession.renderState.baseLayer.getViewport(view);
    gl.viewport(viewport.x, viewport.y, viewport.width, viewport.height);

    // Renderda põhistseen mainSceneLayer'ile
    renderMainScene(view, viewport);

    // Renderda kasutajaliides uiLayer'ile
    renderUI(view, viewport);
  }
}
            

              
                Copy
              
            
          

6. samm: Sisu renderdamine igale kihile

            function renderMainScene(view, viewport) {
  // Seadista vaate- ja projektsioonimaatriksid
  // Renderda oma 3D-objektid

  // Näide:
  // gl.uniformMatrix4fv(projectionMatrixLocation, false, view.projectionMatrix);
  // gl.uniformMatrix4fv(modelViewMatrixLocation, false, view.transform.matrix);
  // gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, vertexCount);
}

function renderUI(view, viewport) {
  // Seadista kasutajaliidese vaate- ja projektsioonimaatriksid
  // Renderda oma kasutajaliidese elemendid (nt kasutades 2D-renderdusraamistiku)
}
            

              
                Copy
              
            
          

See lihtsustatud näide demonstreerib WebXR kihtide kasutamisega seotud põhilisi samme. Reaalses rakenduses peaksite tegelema keerukamate renderdusülesannetega, nagu valgustus, varjutamine ja tekstuurimine.

Koodilõigud ja parimad praktikad

Siin on mõned täiendavad koodilõigud ja parimad praktikad, mida WebXR kihtidega töötades meeles pidada:

• Kihtide järjestus: Järjekord, milles te kihte layers massiivis määrate, määrab renderdamise järjekorra. Massiivi esimene kiht renderdatakse esimesena ja järgnevad kihid renderdatakse selle peale.
• Kaadripuhvri tühjendamine: On oluline tühjendada iga kihi kaadripuhver enne selle sisu renderdamist. See tagab, et eelmise kaadri sisu ei ole praeguses kaadris nähtav.
• Segamisrežiimid: Saate kasutada segamisrežiime, et kontrollida, kuidas erinevad kihid kokku komponeeritakse. Levinud segamisrežiimid hõlmavad normal, additive ja subtractive.
• Jõudluse optimeerimine: Profileerige oma WebXR-rakendust, et tuvastada jõudluse kitsaskohad ja optimeerida vastavalt oma renderduskoodi. WebXR kihid võivad aidata jõudlust parandada, kuid oluline on neid tõhusalt kasutada.
• Vigade käsitlemine: Rakendage robustset vigade käsitlemist, et graatsiliselt toime tulla vigadega, mis võivad tekkida WebXR-sessiooni või renderdamisprotsessi ajal.

Täiustatud tehnikad ja kasutusjuhud

WebXR kihid avavad ukse mitmesugustele täiustatud renderdamistehnikatele ja kasutusjuhtudele:

1. Asünkroonne reprojektsioon

Nagu varem mainitud, hõlbustavad WebXR kihid asünkroonset reprojektsiooni, mis võib märkimisväärselt vähendada latentsust ja parandada WebXR-kogemuste tajutavat jõudlust. Lubades käituskeskkonnal ekstrapoleerida kasutaja pea asendit ja reprojitseerida renderdatud stseeni, saab asünkroonne reprojektsioon maskeerida renderdusviivituse mõjusid. See on eriti oluline piiratud ressurssidega seadmetes, kus renderduse jõudlus võib olla piiratud.

2. Foveeritud renderdamine

Foveeritud renderdamine on veel üks täiustatud tehnika, mis võib parandada jõudlust, koondades renderdamise detailsuse aladele, kuhu kasutaja vaatab. Seda saab saavutada, renderdades foveaalset piirkonda (kasutaja pilgu keskpunkti) kõrgema eraldusvõimega kui perifeerseid piirkondi. WebXR kihte saab kasutada foveeritud renderdamise rakendamiseks, luues foveaalse ja perifeerse piirkonna jaoks eraldi kihid ja renderdades neid erineva eraldusvõimega.

3. Mitme läbimiga renderdamine

WebXR kihte saab kasutada ka mitme läbimiga renderdamistehnikate rakendamiseks, nagu edasilükatud varjutamine ja järeltöötlusefektid. Mitme läbimiga renderdamisel renderdatakse stseen mitme läbimisega, kus iga läbimine täidab konkreetset renderdusülesannet. See võimaldab luua keerukamaid ja realistlikumaid renderdusefekte.

4. Reaalse ja virtuaalse sisu komponeerimine

Üks kõige köitvamaid WebXR kihtide kasutusjuhte on võime sujuvalt komponeerida reaalset ja virtuaalset sisu. See on oluline kaasahaaravate AR- ja MR-kogemuste loomisel. Kasutades kaameravoogu ühe kihina ja virtuaalset sisu teisena, saavad arendajad luua kogemusi, mis segavad veenvalt reaalset ja virtuaalset maailma.

Platvormiülesed kaalutlused

Kihtidega WebXR-rakendusi arendades on oluline arvestada platvormiülest ühilduvust. Erinevatel veebilehitsejatel ja seadmetel võib olla erinev WebXR kihtide toe tase. Soovitatav on testida oma rakendust erinevatel seadmetel ja veebilehitsejatel, et tagada selle ootuspärane toimimine. Lisaks olge teadlik platvormispetsiifilistest iseärasustest või piirangutest, mis võivad renderdamisprotsessi mõjutada.

Näiteks mõnedel mobiilseadmetel võib olla piiratud graafikaprotsessori võimsus, mis võib mõjutada kihtidega WebXR-rakenduste jõudlust. Sellistel juhtudel võib olla vajalik optimeerida oma renderduskoodi või vähendada stseeni keerukust, et saavutada vastuvõetav jõudlus.

WebXR kihtide tulevik

WebXR kihid on kiiresti arenev tehnoloogia ja tulevikus on oodata edasisi arenguid. Mõned potentsiaalsed arenguvaldkonnad hõlmavad:

• Parem jõudlus: Jätkuvad jõupingutused WebXR käituskeskkonna ja riistvaralise kiirenduse optimeerimiseks parandavad veelgi WebXR kihtide jõudlust.
• Uued kihitüübid: Võidakse kasutusele võtta uusi kihitüüpe täiendavate renderdamistehnikate ja kasutusjuhtude toetamiseks.
• Täiustatud komponeerimisvõimalused: WebXR kihtide komponeerimisvõimalusi võidakse täiustada, et võimaldada keerukamaid visuaalseid efekte ning reaalse ja virtuaalse sisu sujuvamat integreerimist.
• Paremad arendustööriistad: Paremad arendustööriistad muudavad kihtidega WebXR-rakenduste silumise ja optimeerimise lihtsamaks.

Kokkuvõte

WebXR kihid on võimas funktsioon, mis pakub paindlikumat ja tõhusamat viisi erinevate visuaalsete elementide haldamiseks ja komponeerimiseks teie WebXR stseenis. Delegeerides komponeerimise WebXR käituskeskkonnale, võivad WebXR kihid parandada jõudlust, suurendada paindlikkust, vähendada mälu jalajälge ja võimaldada täiustatud renderdamistehnikaid. Kuna WebXR areneb edasi, mängivad WebXR kihid üha olulisemat rolli kaasahaaravate AR-, MR- ja VR-kogemuste loomisel veebis.

Olenemata sellest, kas loote lihtsat AR-rakendust või keerulist VR-simulatsiooni, aitavad WebXR kihid teil oma eesmärke saavutada. Mõistes selles artiklis käsitletud põhimõtteid ja tehnikaid, saate ära kasutada WebXR kihtide võimsust, et luua tõeliselt hämmastavaid kaasahaaravaid kogemusi.

Põhisõnum: WebXR kihid kujutavad endast märkimisväärset sammu edasi jõudluspõhiste ja visuaalselt rikaste kaasahaaravate veebikogemuste võimaldamisel. Seda tehnoloogiat mõistes ja kasutades saavad arendajad luua järgmise põlvkonna AR-, MR- ja VR-rakendusi, mis nihutavad veebis võimaliku piire.

Lisaressursid

• WebXR kihtide API spetsifikatsioon
• Mozilla WebXR API dokumentatsioon
• Immersive Web'i kogukonnagrupp