تشخیص سطح در WebXR: تسلط بر شناسایی سطوح و جایگذاری واقعیت افزوده برای مخاطبان جهانی

WebXR دروازه‌ای قدرتمند برای خلق تجربیات جذاب واقعیت افزوده (AR) به طور مستقیم در مرورگرهای وب فراهم می‌کند. سنگ بنای بسیاری از برنامه‌های AR، تشخیص سطح است که به برنامه شما امکان می‌دهد محیط دنیای واقعی را درک کرده و محتوای مجازی را به طور یکپارچه در آن ادغام کند. این پست وبلاگ یک راهنمای جامع برای تشخیص سطح در WebXR ارائه می‌دهد و بر شناسایی سطوح، تکنیک‌های جایگذاری AR و بهترین شیوه‌ها برای ایجاد تجربیات فراگیر و کارآمد که با مخاطبان جهانی ارتباط برقرار می‌کند، تمرکز دارد.

تشخیص سطح در WebXR چیست؟

تشخیص سطح، فرآیند شناسایی و درک سطوح صاف در محیط فیزیکی کاربر با استفاده از سنسورهای دستگاه (معمولاً دوربین و سنسورهای حرکتی) است. WebXR از این ورودی‌های سنسور، همراه با الگوریتم‌های بینایی کامپیوتر، برای مکان‌یابی و ردیابی سطوح افقی و عمودی مانند کف، میز، دیوارها و حتی سقف‌ها استفاده می‌کند.

هنگامی که یک سطح شناسایی شد، برنامه WebXR می‌تواند از این اطلاعات برای موارد زیر استفاده کند:

• اتصال اشیاء مجازی به دنیای واقعی، به طوری که به نظر برسد واقعاً در محیط حضور دارند.
• فعال کردن تجربیات تعاملی که در آن کاربران می‌توانند اشیاء مجازی را در ارتباط با سطوح دنیای واقعی دستکاری کنند.
• ارائه نورپردازی و سایه‌های واقع‌گرایانه بر اساس محیط درک شده.
• پیاده‌سازی تشخیص برخورد بین اشیاء مجازی و سطوح دنیای واقعی.

چرا تشخیص سطح برای WebXR مهم است؟

تشخیص سطح برای ایجاد تجربیات AR جذاب و باورپذیر حیاتی است. بدون آن، اشیاء مجازی به سادگی در فضا شناور می‌مانند و از محیط اطراف کاربر جدا می‌شوند و توهم واقعیت افزوده را از بین می‌برند.

با تشخیص و درک دقیق سطوح، تشخیص سطح به شما امکان می‌دهد برنامه‌های AR بسازید که:

• فراگیر باشند: اشیاء مجازی به گونه‌ای حس می‌شوند که گویی واقعاً بخشی از دنیای واقعی هستند.
• تعاملی باشند: کاربران می‌توانند با اشیاء مجازی به روشی طبیعی و شهودی تعامل داشته باشند.
• مفید باشند: برنامه‌های AR می‌توانند راه‌حل‌های عملی برای مشکلات دنیای واقعی ارائه دهند، مانند تجسم مبلمان در یک اتاق یا اندازه‌گیری فواصل بین اشیاء.
• در دسترس باشند: WebXR و تشخیص سطح، تجربیات AR را که بر روی دستگاه‌های مختلف در دسترس هستند، بدون نیاز به دانلود یک برنامه اختصاصی توسط کاربران، قدرتمند می‌سازد.

تشخیص سطح در WebXR چگونه کار می‌کند

تشخیص سطح در WebXR معمولاً شامل مراحل زیر است:

1. درخواست ردیابی سطح: برنامه WebXR دسترسی به قابلیت‌های AR دستگاه، از جمله ردیابی سطح را درخواست می‌کند.
2. دریافت XRFrame: در هر فریم، برنامه یک شیء `XRFrame` را بازیابی می‌کند که اطلاعاتی در مورد وضعیت فعلی نشست AR، از جمله موقعیت دوربین و سطوح شناسایی شده را ارائه می‌دهد.
3. پرس‌وجو از TrackedPlanes: شیء `XRFrame` حاوی لیستی از اشیاء `XRPlane` است که هر کدام نماینده یک سطح شناسایی شده در صحنه هستند.
4. تحلیل داده‌های XRPlane: هر شیء `XRPlane` اطلاعاتی در مورد موارد زیر از سطح ارائه می‌دهد:
• جهت‌گیری: اینکه سطح افقی است یا عمودی.
• موقعیت: موقعیت سطح در دنیای سه‌بعدی.
• ابعاد: عرض و ارتفاع سطح.
• چندضلعی: یک چندضلعی مرزی که شکل سطح شناسایی شده را نشان می‌دهد.
• آخرین زمان تغییر: مهر زمانی که نشان‌دهنده آخرین به‌روزرسانی ویژگی‌های سطح است.
5. رندر و تعامل: برنامه از این اطلاعات برای رندر کردن اشیاء مجازی بر روی سطوح شناسایی شده و فعال کردن تعامل کاربر استفاده می‌کند.

APIهای تشخیص سطح در WebXR و نمونه کدها

بیایید به چند نمونه کد با استفاده از جاوا اسکریپت و یک کتابخانه محبوب WebXR مانند Three.js نگاهی بیندازیم:

راه‌اندازی نشست WebXR و درخواست ردیابی سطح

ابتدا، شما باید یک نشست AR فراگیر درخواست کنید و مشخص کنید که می‌خواهید سطوح شناسایی شده را ردیابی کنید:

            
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
              
            
          

مدیریت XRFrame و سطوح ردیابی شده (TrackedPlanes)

درون حلقه انیمیشن خود، باید به `XRFrame` دسترسی پیدا کرده و سطوح شناسایی شده را پیمایش کنید:

            
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
              
            
          

ایجاد یک مش (Mesh) برای هر سطح شناسایی شده

برای تجسم سطوح شناسایی شده، می‌توانید یک مش ساده (مثلاً `THREE.Mesh`) ایجاد کرده و هندسه آن را بر اساس ابعاد و چندضلعی `XRPlane` به‌روز کنید. ممکن است نیاز به استفاده از یک تابع کمکی داشته باشید که رئوس چندضلعی را به فرمت هندسی مناسب برای موتور رندر شما تبدیل کند.

            
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
              
            
          

تکنیک‌های جایگذاری AR: اتصال اشیاء مجازی

هنگامی که سطوح را شناسایی کردید، می‌توانید اشیاء مجازی را به آنها متصل کنید. این کار شامل قرار دادن اشیاء مجازی در موقعیت و جهت‌گیری صحیح نسبت به سطح شناسایی شده است. چندین راه برای دستیابی به این هدف وجود دارد:

پرتوافکنی (Raycasting)

پرتوافکنی شامل پرتاب یک پرتو از دستگاه کاربر (معمولاً از مرکز صفحه) به داخل صحنه است. اگر پرتو با یک سطح شناسایی شده برخورد کند، می‌توانید از نقطه برخورد برای موقعیت‌یابی شیء مجازی استفاده کنید. این به کاربر اجازه می‌دهد تا با ضربه زدن روی صفحه، یک شیء را روی سطح مورد نظر قرار دهد.

            
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
              
            
          

استفاده از API تست برخورد (Hit-Test) (در صورت وجود)

API تست برخورد WebXR روش مستقیم‌تری برای یافتن برخورد بین یک پرتو و دنیای واقعی فراهم می‌کند. این API به شما امکان می‌دهد یک پرتو از دید کاربر پرتاب کرده و لیستی از اشیاء `XRHitResult` را به دست آورید که هر کدام نماینده یک برخورد با یک سطح در دنیای واقعی هستند. این روش کارآمدتر و دقیق‌تر از تکیه صرف بر سطوح شناسایی شده است.

            
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
              
            
          

اتصال به مرزهای سطح

شما همچنین می‌توانید از چندضلعی نماینده مرز سطح برای موقعیت‌یابی اشیاء در امتداد لبه‌ها یا داخل سطح شناسایی شده استفاده کنید. این می‌تواند برای قرار دادن اشیاء مجازی در یک پیکربندی خاص نسبت به سطح مفید باشد.

بهینه‌سازی تشخیص سطح WebXR برای دستگاه‌های جهانی

برنامه‌های WebXR باید بر روی طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها، از گوشی‌های هوشمند پیشرفته تا دستگاه‌های موبایل با قدرت کمتر، به روانی اجرا شوند. بهینه‌سازی پیاده‌سازی تشخیص سطح برای اطمینان از تجربه کاربری خوب در پیکربندی‌های سخت‌افزاری مختلف، حیاتی است.

ملاحظات عملکردی

• محدود کردن تعداد سطوح: ردیابی تعداد زیادی از سطوح می‌تواند از نظر محاسباتی پرهزینه باشد. محدود کردن تعداد سطوحی که برنامه شما به طور فعال ردیابی می‌کند را در نظر بگیرید، یا سطوحی را که به کاربر نزدیک‌تر هستند در اولویت قرار دهید.
• بهینه‌سازی هندسه مش سطح: از نمایش‌های هندسی کارآمد برای مش‌های سطح استفاده کنید. از جزئیات بیش از حد یا رئوس غیر ضروری خودداری کنید.
• استفاده از WebAssembly: برای پیاده‌سازی وظایف محاسباتی سنگین، مانند الگوریتم‌های تشخیص سطح یا روتین‌های بینایی کامپیوتر سفارشی، استفاده از WebAssembly (WASM) را در نظر بگیرید. WASM می‌تواند بهبودهای عملکردی قابل توجهی در مقایسه با جاوا اسکریپت ارائه دهد.
• کاهش بار رندر: بهینه‌سازی رندر کل صحنه، از جمله اشیاء مجازی و مش‌های سطح، حیاتی است. از تکنیک‌هایی مانند سطح جزئیات (LOD)، حذف انسداد (occlusion culling) و فشرده‌سازی بافت برای کاهش بار کاری رندر استفاده کنید.
• پروفایل‌گیری و بهینه‌سازی: به طور منظم برنامه خود را با استفاده از ابزارهای توسعه‌دهنده مرورگر پروفایل کنید تا تنگناهای عملکردی را شناسایی کنید. کد خود را بر اساس نتایج پروفایل‌گیری بهینه کنید.

سازگاری بین پلتفرمی

• تشخیص ویژگی: از تشخیص ویژگی برای بررسی اینکه آیا دستگاه از تشخیص سطح پشتیبانی می‌کند یا خیر، قبل از تلاش برای استفاده از آن، استفاده کنید. برای دستگاه‌هایی که از تشخیص سطح پشتیبانی نمی‌کنند، مکانیزم‌های جایگزین یا تجربیات دیگری فراهم کنید.
• ARCore و ARKit: پیاده‌سازی‌های WebXR معمولاً به فریم‌ورک‌های AR زیربنایی مانند ARCore (برای اندروید) و ARKit (برای iOS) متکی هستند. از تفاوت‌های قابلیت‌های تشخیص سطح و عملکرد بین این فریم‌ورک‌ها آگاه باشید.
• بهینه‌سازی‌های مختص دستگاه: پیاده‌سازی بهینه‌سازی‌های مختص دستگاه را برای بهره‌برداری از قابلیت‌های منحصر به فرد دستگاه‌های مختلف در نظر بگیرید.

ملاحظات دسترسی‌پذیری

لازم است تجربیات AR در WebXR برای کاربران دارای معلولیت قابل دسترس باشد. برای تشخیص سطح، موارد زیر را در نظر بگیرید:

• بازخورد بصری: هنگام شناسایی یک سطح، بازخورد بصری واضحی ارائه دهید، مانند برجسته کردن سطح با یک رنگ یا الگوی متمایز. این می‌تواند به کاربران کم‌بینا در درک محیط کمک کند.
• بازخورد شنیداری: برای نشان دادن زمان شناسایی یک سطح، بازخورد شنیداری ارائه دهید، مانند یک افکت صوتی یا توصیف کلامی جهت‌گیری و اندازه سطح.
• روش‌های ورودی جایگزین: علاوه بر حرکات لمسی، روش‌های ورودی جایگزین برای قرار دادن اشیاء مجازی، مانند دستورات صوتی یا ورودی صفحه‌کلید، فراهم کنید.
• جایگذاری قابل تنظیم: به کاربران اجازه دهید موقعیت و جهت‌گیری اشیاء مجازی را برای تطبیق با نیازها و ترجیحات فردی خود تنظیم کنند.

بهترین شیوه‌ها برای توسعه تشخیص سطح WebXR جهانی

توسعه برنامه‌های تشخیص سطح WebXR برای مخاطبان جهانی نیازمند توجه دقیق به تفاوت‌های فرهنگی، پشتیبانی از زبان و قابلیت‌های متفاوت دستگاه‌ها است. در اینجا برخی از بهترین شیوه‌ها آورده شده است:

• بومی‌سازی: محتوای متنی و صوتی برنامه خود را برای پشتیبانی از زبان‌های مختلف بومی‌سازی کنید. از فرمت‌های مناسب تاریخ و شماره برای مناطق مختلف استفاده کنید.
• حساسیت فرهنگی: نسبت به تفاوت‌های فرهنگی در نحوه درک و تعامل کاربران با تجربیات AR آگاه باشید. از استفاده از نمادها یا تصاویر حساس فرهنگی خودداری کنید.
• دسترسی‌پذیری: از دستورالعمل‌های دسترسی‌پذیری پیروی کنید تا اطمینان حاصل شود که برنامه شما برای افراد دارای معلولیت قابل استفاده است.
• بهینه‌سازی عملکرد: عملکرد برنامه خود را بهینه کنید تا اطمینان حاصل شود که بر روی طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها به روانی اجرا می‌شود.
• تست: برنامه خود را به طور کامل بر روی دستگاه‌های مختلف و در محیط‌های مختلف تست کنید تا هرگونه مشکلی را شناسایی و برطرف کنید. در نظر بگیرید که کاربرانی از مناطق و پیشینه‌های فرهنگی مختلف را در فرآیند تست خود بگنجانید.
• حریم خصوصی: به وضوح به کاربران اطلاع دهید که داده‌های آنها چگونه استفاده می‌شود و اطمینان حاصل کنید که با مقررات مربوط به حریم خصوصی مطابقت دارید.
• ارائه دستورالعمل‌های واضح: دستورالعمل‌های واضح و مختصری در مورد نحوه استفاده از برنامه ارائه دهید و سطوح مختلف مهارت فنی را در نظر بگیرید.

نمونه‌هایی از کاربردهای تشخیص سطح در WebXR

تشخیص سطح در WebXR می‌تواند برای ایجاد طیف گسترده‌ای از برنامه‌های AR استفاده شود، از جمله:

• تجسم مبلمان: به کاربران اجازه می‌دهد تا قبل از خرید، ببینند که مبلمان در خانه‌هایشان چگونه به نظر می‌رسد. IKEA Place یک نمونه شناخته شده است.
• بازی: تجربیات بازی AR فراگیر ایجاد می‌کند که در آن شخصیت‌ها و اشیاء مجازی با دنیای واقعی تعامل دارند.
• آموزش: تجربیات آموزشی تعاملی فراهم می‌کند که در آن دانش‌آموزان می‌توانند مدل‌های سه‌بعدی و شبیه‌سازی‌ها را در محیط خود کاوش کنند. به عنوان مثال، تجسم منظومه شمسی روی یک میز.
• کاربردهای صنعتی: کارگران را قادر می‌سازد تا دستورالعمل‌ها، نقشه‌ها و سایر اطلاعات را مستقیماً در میدان دید خود مشاهده کنند و کارایی و دقت را بهبود بخشند.
• خرده‌فروشی: به مشتریان اجازه می‌دهد تا لباس یا لوازم جانبی مجازی را قبل از خرید امتحان کنند. Sephora Virtual Artist یک مثال خوب است.
• ابزارهای اندازه‌گیری: به کاربران اجازه می‌دهد تا فواصل و مساحت‌ها را در دنیای واقعی با استفاده از دستگاه‌های تلفن همراه خود اندازه‌گیری کنند.

آینده تشخیص سطح در WebXR

تشخیص سطح در WebXR یک حوزه در حال تحول سریع است. با قدرتمندتر شدن دستگاه‌ها و بهبود الگوریتم‌های بینایی کامپیوتر، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که در آینده قابلیت‌های تشخیص سطح دقیق‌تر و قوی‌تری را ببینیم. برخی از پیشرفت‌های بالقوه آینده عبارتند از:

• دقت بهبود یافته در تشخیص سطح: تشخیص سطح دقیق‌تر و قوی‌تر، حتی در محیط‌های چالش‌برانگیز.
• درک معنایی: توانایی درک معنای معنایی سطوح شناسایی شده، مانند تمایز بین انواع مختلف سطوح (مثلاً چوب، فلز، شیشه).
• بازسازی صحنه: توانایی ایجاد یک مدل سه‌بعدی از کل محیط، نه فقط سطوح صاف.
• تشخیص سطح مبتنی بر هوش مصنوعی: بهره‌گیری از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای بهبود عملکرد و دقت تشخیص سطح.
• ادغام با خدمات ابری: ادغام با خدمات ابری برای فعال کردن تجربیات AR مشترک و فضاهای مجازی مشترک.

نتیجه‌گیری

تشخیص سطح در WebXR یک فناوری قدرتمند است که امکان ایجاد تجربیات AR فراگیر و تعاملی را مستقیماً در مرورگرهای وب فراهم می‌کند. با تسلط بر تکنیک‌های شناسایی سطوح و جایگذاری AR، توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌های جذابی ایجاد کنند که با مخاطبان جهانی ارتباط برقرار می‌کنند. با در نظر گرفتن بهینه‌سازی عملکرد، دسترسی‌پذیری و حساسیت فرهنگی، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که برنامه‌های WebXR شما برای مردم از سراسر جهان قابل استفاده و لذت‌بخش هستند.

همچنان که فناوری WebXR به تکامل خود ادامه می‌دهد، تشخیص سطح نقش مهمی در شکل‌دهی آینده واقعیت افزوده ایفا خواهد کرد. به آزمایش ادامه دهید، کنجکاو بمانید و به پیش بردن مرزهای آنچه با WebXR ممکن است، ادامه دهید!