ژست WebXR: رمزگشایی از ردیابی موقعیت و جهت برای تجربه‌های همه‌جانبه

WebXR در حال ایجاد انقلابی در نحوه تعامل ما با وب است و تجربه‌های واقعیت مجازی و افزوده همه‌جانبه را مستقیماً در مرورگر امکان‌پذیر می‌سازد. در قلب این تجربه‌ها، مفهوم ژست (pose) قرار دارد – موقعیت و جهت یک دستگاه یا دست در فضای سه‌بعدی. درک و استفاده مؤثر از داده‌های ژست برای ایجاد برنامه‌های کاربردی WebXR جذاب و تعاملی بسیار مهم است.

ژست WebXR چیست؟

در WebXR، ژست نشان‌دهنده رابطه فضایی یک شیء (مانند هدست، کنترلر یا دست ردیابی‌شده) نسبت به یک سیستم مختصات تعریف‌شده است. این اطلاعات برای رندر کردن صحیح دنیای مجازی از دیدگاه کاربر و امکان تعامل طبیعی او با اشیاء مجازی ضروری است. یک ژست WebXR از دو جزء کلیدی تشکیل شده است:

• موقعیت: یک بردار سه‌بعدی که مکان شیء در فضا را نشان می‌دهد (معمولاً بر حسب متر اندازه‌گیری می‌شود).
• جهت: یک کواترنیون که چرخش شیء را نشان می‌دهد. کواترنیون‌ها برای جلوگیری از قفل گیمبال (gimbal lock)، که یک مشکل رایج در استفاده از زوایای اویلر برای نمایش چرخش‌ها است، استفاده می‌شوند.

واسط‌های XRViewerPose و XRInputSource در WebXR API دسترسی به این اطلاعات ژست را فراهم می‌کنند.

درک سیستم‌های مختصات

قبل از پرداختن به کد، درک سیستم‌های مختصات مورد استفاده در WebXR بسیار مهم است. سیستم مختصات اصلی، فضای مرجع 'local' است که به محیط فیزیکی کاربر گره خورده است. مبدأ (0, 0, 0) این فضا معمولاً هنگام شروع جلسه XR تعریف می‌شود.

فضاهای مرجع دیگر، مانند 'viewer' و 'bounded-floor'، زمینه بیشتری را فراهم می‌کنند. فضای 'viewer' موقعیت سر را نشان می‌دهد، در حالی که 'bounded-floor' ناحیه ردیابی شده روی زمین را نشان می‌دهد.

کار با سیستم‌های مختصات مختلف اغلب شامل تبدیل ژست از یک فضا به فضای دیگر است. این کار معمولاً با استفاده از تبدیلات ماتریسی انجام می‌شود.

دسترسی به داده‌های ژست در WebXR

در اینجا یک راهنمای گام به گام در مورد نحوه دسترسی به داده‌های ژست در یک برنامه WebXR، با فرض اینکه یک جلسه WebXR در حال اجرا دارید، آورده شده است:

1. دریافت XRFrame: XRFrame یک تصویر لحظه‌ای از محیط WebXR در یک نقطه زمانی خاص است. شما آن را در حلقه انیمیشن خود بازیابی می‌کنید.
2. دریافت XRViewerPose: از متد getViewerPose() در XRFrame برای به دست آوردن ژست بیننده (هدست) استفاده کنید. این متد به یک XRReferenceSpace به عنوان آرگومان نیاز دارد که سیستم مختصاتی را که می‌خواهید ژست نسبت به آن باشد، مشخص می‌کند.
3. دریافت ژست‌های منبع ورودی: با استفاده از متد getInputSources() در XRSession به ژست‌های منابع ورودی (کنترلرها یا دست‌های ردیابی‌شده) دسترسی پیدا کنید. سپس، از متد getPose() هر XRInputSource استفاده کنید و دوباره یک XRReferenceSpace ارائه دهید.
4. استخراج موقعیت و جهت: از XRViewerPose یا ژست یک XRInputSource، موقعیت و جهت را استخراج کنید. موقعیت یک Float32Array به طول 3 و جهت یک Float32Array به طول 4 (یک کواترنیون) است.

مثال کد (با استفاده از Three.js):

این مثال دسترسی به ژست بیننده و اعمال آن به یک دوربین Three.js را نشان می‌دهد:

async function onXRFrame(time, frame) {
  const session = frame.session;
  const pose = frame.getViewerPose(xrRefSpace);

  if (pose) {
    const x = pose.transform.position.x;
    const y = pose.transform.position.y;
    const z = pose.transform.position.z;

    const quaternionX = pose.transform.orientation.x;
    const quaternionY = pose.transform.orientation.y;
    const quaternionZ = pose.transform.orientation.z;
    const quaternionW = pose.transform.orientation.w;

    camera.position.set(x, y, z);
    camera.quaternion.set(quaternionX, quaternionY, quaternionZ, quaternionW);
  }

  renderer.render(scene, camera);
  session.requestAnimationFrame(onXRFrame);
}

توضیح:

• تابع onXRFrame حلقه اصلی انیمیشن برای تجربه WebXR است.
• frame.getViewerPose(xrRefSpace) ژست بیننده را نسبت به xrRefSpace مشخص‌شده بازیابی می‌کند.
• مؤلفه‌های موقعیت و جهت از شیء pose.transform استخراج می‌شوند.
• سپس موقعیت و جهت به دوربین Three.js اعمال می‌شوند.

کاربردهای ژست WebXR

درک و استفاده از داده‌های ژست، طیف گسترده‌ای از امکانات را برای برنامه‌های WebXR باز می‌کند:

• بازی‌های واقعیت مجازی: ردیابی دقیق سر به بازیکنان اجازه می‌دهد تا به اطراف نگاه کنند و در دنیای بازی غرق شوند. ردیابی کنترلر امکان تعامل با اشیاء مجازی را فراهم می‌کند. بازی‌هایی مانند Beat Saber یا Superhot VR را در نظر بگیرید که اکنون به طور بالقوه در مرورگر با وفاداری WebXR مطابق با عملکرد بومی قابل بازی هستند.
• پوشش‌های واقعیت افزوده: داده‌های ژست برای الصاق اشیاء مجازی به دنیای واقعی ضروری است. تصور کنید مدل‌های مبلمان را با استفاده از AR در اتاق نشیمن خود قرار می‌دهید یا اطلاعات لحظه‌ای در مورد مکان‌های دیدنی را در حین یک تور پیاده‌روی در رم ارائه می‌دهید.
• مدل‌سازی و طراحی سه‌بعدی: کاربران می‌توانند با استفاده از ردیابی دست یا کنترلرها، مدل‌های سه‌بعدی را دستکاری کنند. به معمارانی فکر کنید که در یک فضای مجازی مشترک، همگی با استفاده از WebXR، روی طراحی یک ساختمان همکاری می‌کنند.
• آموزش و شبیه‌سازی: شبیه‌سازی‌های واقع‌گرایانه را می‌توان با استفاده از داده‌های ژست برای سناریوهایی مانند آموزش خلبانی یا روش‌های پزشکی ایجاد کرد. مثال‌ها می‌توانند شامل شبیه‌سازی کار با یک ماشین پیچیده یا انجام یک عمل جراحی باشند که از هر کجا با یک مرورگر قابل دسترسی است.
• همکاری از راه دور: تسهیل تیم‌های راه دور که می‌توانند در پروژه‌های مجازی در فضاهای واقعیت افزوده یا مجازی مشترک همکاری کنند.

چالش‌ها و ملاحظات

در حالی که ژست WebXR پتانسیل زیادی را ارائه می‌دهد، چندین چالش برای در نظر گرفتن وجود دارد:

• عملکرد: دسترسی و پردازش داده‌های ژست می‌تواند از نظر محاسباتی سنگین باشد، به خصوص با چندین شیء ردیابی‌شده. بهینه‌سازی کد و استفاده از تکنیک‌های رندر کارآمد بسیار مهم است.
• دقت و تأخیر: دقت و تأخیر ردیابی ژست بسته به سخت‌افزار و محیط می‌تواند متفاوت باشد. هدست‌های VR/AR پیشرفته‌تر معمولاً ردیابی دقیق‌تر و با تأخیر کمتری نسبت به دستگاه‌های موبایل ارائه می‌دهند.
• راحتی کاربر: ردیابی نادرست یا با تأخیر بالا می‌تواند منجر به بیماری حرکت شود. اطمینان از یک تجربه روان و پاسخگو بسیار مهم است.
• دسترس‌پذیری: باید ملاحظات دقیقی در طراحی برای اطمینان از دسترسی‌پذیری برنامه برای کاربران دارای معلولیت در نظر گرفته شود. روش‌های ورودی جایگزین و راه‌هایی برای کاهش بیماری حرکت را در نظر بگیرید.
• حریم خصوصی: هنگام جمع‌آوری و استفاده از داده‌های ژست، به حریم خصوصی کاربر توجه داشته باشید. توضیحات واضحی در مورد نحوه استفاده از داده‌ها ارائه دهید و رضایت آگاهانه را کسب کنید.

بهترین شیوه‌ها برای استفاده از ژست WebXR

برای ایجاد تجربه‌های WebXR با کیفیت بالا، این بهترین شیوه‌ها را دنبال کنید:

• بهینه‌سازی عملکرد: میزان پردازش انجام شده در حلقه انیمیشن خود را به حداقل برسانید. از تکنیک‌هایی مانند object pooling و frustum culling برای بهبود عملکرد رندر استفاده کنید.
• مدیریت صحیح از دست دادن ردیابی: مکانیزم‌هایی را برای مدیریت موقعیت‌هایی که ردیابی از دست می‌رود (مثلاً کاربر از ناحیه ردیابی خارج می‌شود) پیاده‌سازی کنید. نشانه‌های بصری برای نشان دادن زمانی که ردیابی غیرقابل اعتماد است، ارائه دهید.
• استفاده از هموارسازی و فیلتر کردن: برای کاهش لرزش و بهبود پایداری داده‌های ژست، از تکنیک‌های هموارسازی یا فیلتر کردن استفاده کنید. این می‌تواند به ایجاد یک تجربه کاربری راحت‌تر کمک کند.
• در نظر گرفتن روش‌های ورودی مختلف: برنامه خود را طوری طراحی کنید که از انواع روش‌های ورودی، از جمله کنترلرها، دست‌های ردیابی‌شده و دستورات صوتی پشتیبانی کند.
• تست روی دستگاه‌های مختلف: برنامه خود را روی طیف وسیعی از دستگاه‌های VR/AR تست کنید تا از سازگاری و عملکرد اطمینان حاصل کنید.
• اولویت‌بندی راحتی کاربر: برنامه خود را با در نظر گرفتن راحتی کاربر طراحی کنید. از حرکات سریع یا انتقال‌های ناگهانی که می‌توانند باعث بیماری حرکت شوند، خودداری کنید.
• پیاده‌سازی جایگزین‌ها (Fallbacks): برای مرورگرهایی که از WebXR پشتیبانی نمی‌کنند یا برای دستگاه‌هایی با قابلیت‌های ردیابی محدود، جایگزین‌های مناسبی ارائه دهید.

ژست WebXR با فریم‌ورک‌های مختلف

بسیاری از فریم‌ورک‌های جاوا اسکریپت توسعه WebXR را ساده می‌کنند، از جمله:

• Three.js: یک کتابخانه گرافیک سه‌بعدی محبوب با پشتیبانی گسترده از WebXR. Three.js انتزاع‌هایی برای رندر، مدیریت صحنه و مدیریت ورودی فراهم می‌کند.
• Babylon.js: یک موتور سه‌بعدی قدرتمند دیگر با ویژگی‌های قوی WebXR. Babylon.js قابلیت‌های رندر پیشرفته و مجموعه‌ای جامع از ابزارها را برای ایجاد تجربه‌های همه‌جانبه ارائه می‌دهد.
• A-Frame: یک فریم‌ورک اعلانی که بر روی Three.js ساخته شده و ایجاد تجربه‌های WebXR را با استفاده از سینتکس شبه-HTML آسان می‌کند. A-Frame برای مبتدیان و نمونه‌سازی سریع ایده‌آل است.
• React Three Fiber: یک رندرکننده React برای Three.js که به شما امکان می‌دهد تجربه‌های WebXR را با استفاده از کامپوننت‌های React بسازید.

هر فریم‌ورک روش خاص خود را برای دسترسی و دستکاری داده‌های ژست WebXR فراهم می‌کند. برای دستورالعمل‌ها و مثال‌های خاص به مستندات فریم‌ورک مراجعه کنید.

آینده ژست WebXR

فناوری ژست WebXR به طور مداوم در حال تحول است. پیشرفت‌های آینده ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• بهبود دقت ردیابی: سنسورها و الگوریتم‌های ردیابی جدید منجر به ردیابی ژست دقیق‌تر و قابل‌اعتمادتری خواهند شد.
• ادغام عمیق‌تر با هوش مصنوعی: تخمین ژست مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند تعاملات پیچیده‌تری با محیط‌های مجازی را امکان‌پذیر سازد.
• ردیابی استاندارد دست: استانداردهای بهبود یافته ردیابی دست منجر به تعاملات دستی سازگارتر و شهودی‌تر در دستگاه‌های مختلف خواهد شد.
• درک پیشرفته از جهان: ترکیب داده‌های ژست با فناوری‌های درک محیطی (مانند SLAM) امکان تجربه‌های واقعیت افزوده واقع‌گرایانه‌تر و همه‌جانبه‌تری را فراهم می‌کند.
• سازگاری بین پلتفرمی: توسعه مداوم برای اطمینان از اینکه WebXR و فناوری‌های مرتبط تا حد امکان بین پلتفرمی هستند و دسترسی جهانی را فراهم می‌کنند.

نتیجه‌گیری

ژست WebXR یک بلوک ساختمانی اساسی برای ایجاد تجربه‌های واقعیت مجازی و افزوده جذاب و تعاملی در وب است. با درک اصول ردیابی موقعیت و جهت و پیروی از بهترین شیوه‌ها، توسعه‌دهندگان می‌توانند پتانسیل کامل WebXR را باز کرده و برنامه‌های همه‌جانبه‌ای بسازند که مرزهای ممکن را جابجا می‌کنند. با پیشرفت فناوری و افزایش پذیرش، امکانات WebXR بی‌پایان است و آینده‌ای را نوید می‌دهد که در آن وب یک رسانه واقعاً همه‌جانبه و تعاملی برای کاربران در سراسر جهان خواهد بود.