توسعه WebXR: ساخت اپلیکیشن‌های وب واقعیت مجازی و افزوده

وب فراگیر به سرعت در حال تکامل است و WebXR در خط مقدم این تحول قرار دارد. این فناوری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا تجربیات واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR) را مستقیماً در مرورگرهای وب ایجاد کنند و آن‌ها را برای مخاطبان گسترده‌تری نسبت به اپلیکیشن‌های بومی (native) در دسترس قرار دهند. این راهنما یک نمای کلی و جامع از توسعه WebXR را ارائه می‌دهد که برای توسعه‌دهندگان در تمام سطوح که قصد ایجاد اپلیکیشن‌های وب VR/AR جذاب و در دسترس را دارند، مناسب است.

WebXR چیست؟

WebXR یک API جاوا اسکریپت است که دسترسی به قابلیت‌های VR و AR را در مرورگرهای وب فراهم می‌کند. این API به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تجربیات فراگیری را ایجاد کنند که می‌توانند بر روی دستگاه‌های مختلفی از جمله هدست‌های VR، تلفن‌های همراه با قابلیت AR و حتی کامپیوترهای رومیزی استاندارد اجرا شوند. مزایای کلیدی WebXR عبارتند از:

• سازگاری بین پلتفرمی: اپلیکیشن‌های WebXR می‌توانند بر روی هر دستگاهی با یک مرورگر وب سازگار اجرا شوند، که نیاز به توسعه جداگانه برای هر پلتفرم را کاهش می‌دهد.
• دسترسی‌پذیری: تجربیات WebXR را می‌توان به راحتی از طریق URL به اشتراک گذاشت، که آن‌ها را بدون نیاز به دانلود یا نصب اپلیکیشن برای مخاطبان جهانی در دسترس قرار می‌دهد.
• مقرون‌به‌صرفه: توسعه VR/AR مبتنی بر وب اغلب به سرمایه‌گذاری کمتری نسبت به توسعه اپلیکیشن‌های بومی نیاز دارد.
• توسعه سریع: فریمورک‌ها و کتابخانه‌های طراحی شده برای WebXR فرآیند توسعه را ساده می‌کنند و امکان نمونه‌سازی و تکرار سریع‌تر را فراهم می‌آورند.

مفاهیم اصلی توسعه WebXR

درک مفاهیم اصلی WebXR برای ساخت تجربیات VR/AR جذاب ضروری است. این مفاهیم عبارتند از:

۱. جلسه XR

جلسه XR (XR session) پایه و اساس هر اپلیکیشن WebXR است. این جلسه نشان‌دهنده ارتباط بین اپلیکیشن وب و سخت‌افزار XR است. دو نوع اصلی جلسه XR وجود دارد:

• جلسات درون‌خطی (Inline Sessions): تجربه XR را درون یک عنصر HTML موجود رندر می‌کنند. این نوع برای تجربیات AR در دستگاه‌های تلفن همراه یا نمایشگرهای ساده VR مناسب است.
• جلسات فراگیر (Immersive Sessions): یک تجربه کاملاً فراگیر را ارائه می‌دهند که معمولاً با استفاده از یک هدست VR انجام می‌شود.

ایجاد یک جلسه XR شامل درخواست دسترسی به دستگاه XR و پیکربندی زمینه رندرینگ (rendering context) است.

۲. فریم XR

فریم XR (XR frame) نشان‌دهنده یک فریم واحد از تجربه XR است. هر فریم اطلاعات به‌روز شده‌ای در مورد وضعیت (موقعیت و جهت) دستگاه و همچنین هرگونه رویداد ورودی را ارائه می‌دهد.

حلقه انیمیشن در یک اپلیکیشن WebXR به طور مداوم فریم‌های جدید XR را درخواست می‌کند و صحنه را بر اساس آن به‌روز می‌کند.

۳. منابع ورودی XR

منابع ورودی XR (XR input sources) راه‌های مختلفی را نشان می‌دهند که کاربران می‌توانند با محیط XR تعامل داشته باشند. این منابع می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• کنترلرها: دستگاه‌های دستی که برای تعامل با صحنه VR/AR استفاده می‌شوند.
• ردیابی دست: استفاده از دوربین‌ها برای ردیابی حرکات دست کاربر.
• ورودی صوتی: استفاده از دستورات صوتی برای تعامل با اپلیکیشن.
• ورودی نگاه: ردیابی نگاه کاربر برای تعیین اینکه به کجا نگاه می‌کند.

پردازش رویدادهای ورودی از این منابع برای ایجاد تجربیات تعاملی و جذاب بسیار مهم است.

۴. سیستم‌های مختصات

درک سیستم‌های مختصات برای موقعیت‌یابی و جهت‌دهی دقیق اشیاء در محیط XR ضروری است. WebXR از یک سیستم مختصات راست‌گرد استفاده می‌کند که در آن محور X مثبت به سمت راست، محور Y مثبت به سمت بالا و محور Z مثبت به سمت کاربر اشاره دارد.

تبدیلات (انتقال، چرخش و مقیاس‌بندی) برای دستکاری اشیاء در صحنه استفاده می‌شوند.

ابزارها و فناوری‌های توسعه WebXR

چندین ابزار و فناوری می‌توانند فرآیند ساخت اپلیکیشن‌های WebXR را ساده‌تر کنند:

۱. A-Frame

A-Frame یک فریمورک وب برای ساخت تجربیات VR است. این فریمورک مبتنی بر HTML است و ایجاد صحنه‌های سه‌بعدی را با استفاده از تگ‌های سفارشی HTML آسان می‌کند. A-Frame به دلیل سینتکس اعلانی و سهولت استفاده، گزینه‌ای عالی برای مبتدیان است.

مثال:

<a-scene>
<a-box color="red" position="0 1 -5"></a-box>
</a-scene>

این قطعه کد یک صحنه VR ساده با یک جعبه قرمز ایجاد می‌کند.

۲. Three.js

Three.js یک کتابخانه سه‌بعدی جاوا اسکریپت است که یک API سطح پایین‌تر برای ایجاد گرافیک سه‌بعدی فراهم می‌کند. این کتابخانه انعطاف‌پذیری و کنترل بیشتری نسبت به A-Frame ارائه می‌دهد و برای اپلیکیشن‌های VR/AR پیچیده‌تر مناسب است.

Three.js به دانش برنامه‌نویسی بیشتری نیاز دارد اما امکان سفارشی‌سازی بیشتری را فراهم می‌کند.

۳. Babylon.js

Babylon.js یکی دیگر از کتابخانه‌های قدرتمند سه‌بعدی جاوا اسکریپت است که طیف گسترده‌ای از ویژگی‌ها را برای ایجاد تجربیات وب فراگیر ارائه می‌دهد. این کتابخانه شامل ابزارهایی برای مدیریت صحنه، فیزیک و انیمیشن است.

Babylon.js به خاطر مجموعه ویژگی‌های قوی و عملکرد عالی خود شناخته شده است.

۴. WebXR Device API

API اصلی WebXR پایه و اساس دسترسی به سخت‌افزار VR/AR را فراهم می‌کند. درک این API برای ساخت تجربیات سفارشی WebXR یا گسترش فریمورک‌های موجود بسیار مهم است.

۵. WebAssembly (Wasm)

WebAssembly به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا کدهای با کارایی بالا را در مرورگر اجرا کنند. این قابلیت می‌تواند به ویژه برای کارهای محاسباتی سنگین مانند شبیه‌سازی‌های فیزیک یا رندرینگ سه‌بعدی پیچیده مفید باشد.

شروع کار با WebXR: یک مثال عملی

بیایید یک اپلیکیشن ساده WebXR با استفاده از A-Frame بسازیم که یک مکعب چرخان را در VR نمایش می‌دهد.

1. کتابخانه A-Frame را در HTML خود قرار دهید:

<script src="https://aframe.io/releases/1.2.0/aframe.min.js"></script>

1. صحنه A-Frame را ایجاد کنید:

<a-scene vr-mode-ui="enabled: true">
<a-box color="blue" position="0 1 -5" rotation="0 45 0"></a-box>
</a-scene>

این کد یک صحنه VR با یک مکعب آبی ایجاد می‌کند که ۴۵ درجه حول محور Y چرخیده است. ویژگی vr-mode-ui دکمه حالت VR را فعال می‌کند و به کاربران اجازه می‌دهد در دستگاه‌های سازگار وارد حالت VR شوند.

1. انیمیشن اضافه کنید:

برای اینکه مکعب به طور مداوم بچرخد، کامپوننت animation را اضافه کنید:

<a-box color="blue" position="0 1 -5" rotation="0 45 0"
animation="property: rotation; to: 360 45 0; loop: true; dur: 5000">
</a-box>

این کد ویژگی rotation مکعب را متحرک می‌کند و باعث می‌شود حول محور X بچرخد. ویژگی loop: true تضمین می‌کند که انیمیشن به طور نامحدود تکرار شود و ویژگی dur: 5000 مدت زمان انیمیشن را روی ۵ ثانیه تنظیم می‌کند.

ساخت اپلیکیشن‌های وب واقعیت افزوده

WebXR از تجربیات واقعیت افزوده (AR) نیز پشتیبانی می‌کند. اپلیکیشن‌های AR محتوای دیجیتال را بر روی دنیای واقعی، معمولاً با استفاده از دوربین دستگاه، قرار می‌دهند. ساخت اپلیکیشن‌های AR با WebXR شامل استفاده از API‌های XRPlane و XRAnchor برای تشخیص سطوح و ردیابی اشیاء در دنیای واقعی است.

۱. تشخیص سطح (Plane Detection)

تشخیص سطح به اپلیکیشن AR اجازه می‌دهد تا سطوح افقی و عمودی را در محیط شناسایی کند، مانند کف، میز و دیوار. این اطلاعات برای قرار دادن واقع‌گرایانه اشیاء مجازی در دنیای واقعی استفاده می‌شود.

۲. ردیابی لنگر (Anchor Tracking)

ردیابی لنگر به اپلیکیشن AR اجازه می‌دهد تا موقعیت و جهت اشیاء دنیای واقعی را ردیابی کند. این قابلیت برای ایجاد تجربیات AR که با اشیاء خاصی در محیط تعامل دارند، مفید است.

مثال: واقعیت افزوده با Three.js

در اینجا یک مثال ساده از نحوه راه‌اندازی یک صحنه AR با استفاده از Three.js آورده شده است:

1. صحنه و دوربین Three.js را مقداردهی اولیه کنید:

const scene = new THREE.Scene();
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(70, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 20);

1. یک رندرکننده WebGL با پشتیبانی از XR ایجاد کنید:

const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.xr.enabled = true;
document.body.appendChild(renderer.domElement);

1. یک جلسه AR درخواست کنید:

navigator.xr.requestSession('immersive-ar', { requiredFeatures: ['plane-detection'] }).then(session => {
renderer.xr.setSession(session);
});

این کد یک صحنه AR پایه را راه‌اندازی می‌کند و یک جلسه AR فراگیر با قابلیت تشخیص سطح را درخواست می‌کند.

بهینه‌سازی اپلیکیشن‌های WebXR برای عملکرد بهتر

عملکرد برای ایجاد یک تجربه WebXR روان و فراگیر بسیار مهم است. در اینجا چند نکته برای بهینه‌سازی اپلیکیشن‌های WebXR آورده شده است:

• کاهش تعداد چندضلعی‌ها: از مدل‌های کم‌جزئیات (low-poly) برای به حداقل رساندن بار رندرینگ استفاده کنید.
• بهینه‌سازی بافت‌ها: از بافت‌های فشرده و mipmapping برای بهبود بارگذاری و عملکرد رندر بافت‌ها استفاده کنید.
• استفاده از سطح جزئیات (LOD): LOD را پیاده‌سازی کنید تا پیچیدگی مدل‌ها را به صورت پویا بر اساس فاصله آن‌ها از دوربین تنظیم کنید.
• رندر دسته‌ای (Batch Rendering): چندین شیء را در یک فراخوانی رسم (draw call) ترکیب کنید تا سربار رندر اشیاء جداگانه را کاهش دهید.
• استفاده از WebAssembly: برای کارهای محاسباتی سنگین، از WebAssembly برای دستیابی به عملکردی نزدیک به بومی (native) استفاده کنید.
• اپلیکیشن خود را پروفایل کنید: از ابزارهای توسعه‌دهنده مرورگر برای شناسایی گلوگاه‌های عملکرد و بهینه‌سازی متناسب با آن استفاده کنید.

ملاحظات برای مخاطبان جهانی

هنگام توسعه اپلیکیشن‌های WebXR برای مخاطبان جهانی، در نظر گرفتن موارد زیر مهم است:

• دسترسی‌پذیری: اپلیکیشن را طوری طراحی کنید که برای کاربران دارای معلولیت، با پیروی از دستورالعمل‌های WCAG، قابل دسترسی باشد.
• بومی‌سازی: اپلیکیشن را به چندین زبان ترجمه کنید تا به مخاطبان گسترده‌تری دسترسی پیدا کنید.
• حساسیت فرهنگی: به تفاوت‌های فرهنگی توجه داشته باشید و از استفاده از تصاویر یا محتوایی که ممکن است در مناطق خاصی توهین‌آمیز یا نامناسب باشد، خودداری کنید.
• سازگاری با دستگاه‌ها: اپلیکیشن را روی دستگاه‌ها و مرورگرهای مختلف آزمایش کنید تا از سازگاری و عملکرد بهینه در پلتفرم‌های مختلف اطمینان حاصل کنید.
• شرایط شبکه: اپلیکیشن را برای محیط‌های با پهنای باند کم بهینه کنید تا تجربه‌ای روان برای کاربران با دسترسی محدود به اینترنت فراهم شود. استفاده از تکنیک‌های بارگذاری تدریجی (progressive loading) را برای اولویت‌بندی محتوای ضروری در نظر بگیرید.
• حریم خصوصی داده‌ها: با مقررات حریم خصوصی داده‌ها، مانند GDPR و CCPA، مطابقت داشته باشید تا از داده‌های کاربران محافظت کنید. در مورد نحوه جمع‌آوری و استفاده از داده‌های کاربران شفاف باشید.
• انطباق با قوانین: از انطباق با قوانین و مقررات مربوطه در کشورهای مختلف، مانند قوانین کپی‌رایت و مقررات تبلیغات، اطمینان حاصل کنید.

موارد استفاده از WebXR

WebXR طیف گسترده‌ای از کاربردهای بالقوه را در صنایع مختلف دارد:

• آموزش: سفرهای میدانی مجازی، تجربیات یادگیری تعاملی و شبیه‌سازی‌ها. به عنوان مثال، یک تور مجازی از جنگل‌های آمازون برای دانش‌آموزان در اروپا.
• آموزش تخصصی: شبیه‌سازی‌های آموزشی مجازی برای مشاغل پرخطر، مانند جراحی یا آتش‌نشانی. به عنوان مثال، یک شبیه‌سازی VR برای آموزش تکنسین‌های توربین بادی در دانمارک.
• خرده‌فروشی: نمایشگاه‌های محصولات مجازی، پیش‌نمایش محصولات با AR و تجربیات خرید تعاملی. به عنوان مثال، یک خرده‌فروش مبلمان که به مشتریان اجازه می‌دهد مبلمان را با استفاده از AR در خانه‌های خود مشاهده کنند.
• سرگرمی: بازی‌های فراگیر، داستان‌سرایی تعاملی و کنسرت‌های مجازی. به عنوان مثال، یک تجربه کنسرت VR با حضور یک هنرمند موسیقی محبوب جهانی.
• مراقبت‌های بهداشتی: درمان مجازی، آموزش پزشکی و آموزش بیماران. به عنوان مثال، یک اپلیکیشن VR برای کمک به بیماران در مدیریت دردهای مزمن.
• تولید: مونتاژ و نگهداری با کمک AR، نمونه‌سازی مجازی و همکاری از راه دور. به عنوان مثال، استفاده از AR برای راهنمایی کارگران در فرآیندهای پیچیده مونتاژ.
• املاک و مستغلات: تورهای مجازی املاک، نقشه‌های طبقات تعاملی و بازدید از املاک از راه دور. به عنوان مثال، امکان بازدید مجازی خریداران بالقوه از املاک در کشورهای مختلف.
• گردشگری: تورهای مجازی از مکان‌های تاریخی، موزه‌ها و جاذبه‌های گردشگری. به عنوان مثال، یک تور VR از دیوار بزرگ چین.

آینده WebXR

WebXR یک فناوری به سرعت در حال تکامل با آینده‌ای روشن است. با بالغ شدن این فناوری، می‌توان انتظار داشت که شاهد موارد زیر باشیم:

• عملکرد بهبودیافته: پیشرفت‌های مداوم در فناوری مرورگر و سخت‌افزار منجر به بهبود عملکرد و تجربیات WebXR پیچیده‌تر خواهد شد.
• قابلیت‌های AR پیشرفته‌تر: ویژگی‌های AR پیچیده‌تر، مانند تشخیص و ردیابی بهتر اشیاء، تجربیات AR واقع‌گرایانه‌تر و فراگیرتری را امکان‌پذیر می‌سازد.
• یکپارچه‌سازی با وب ۳ (Web3): WebXR احتمالاً نقش کلیدی در توسعه متاورس، امکان‌پذیر ساختن جهان‌های مجازی فراگیر و اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز، ایفا خواهد کرد.
• پذیرش گسترده‌تر: با در دسترس‌تر و آسان‌تر شدن استفاده از WebXR، می‌توان انتظار داشت که شاهد پذیرش گسترده‌تری در صنایع و کاربردهای مختلف باشیم.

نتیجه‌گیری

WebXR راهی قدرتمند و در دسترس برای ایجاد تجربیات واقعیت مجازی و افزوده برای مخاطبان جهانی ارائه می‌دهد. با درک مفاهیم اصلی، ابزارها و بهترین شیوه‌های توسعه WebXR، توسعه‌دهندگان می‌توانند اپلیکیشن‌های جذاب و فراگیری را ایجاد کنند که مرزهای وب را جابجا می‌کنند. با ادامه تکامل این فناوری، WebXR آماده است تا نقش مهمی در شکل‌دهی آینده وب و متاورس ایفا کند. پتانسیل WebXR را در آغوش بگیرید و شروع به ساختن تجربیات فراگیر فردا کنید!