מחשוב מרחבי ב-WebXR: מעקב בקנה מידה של חדר וחסימה (Occlusion)

WebXR מחולל מהפכה באינטראקציה שלנו עם הרשת, ועובר מממשקי 2D מסורתיים ליצירת חוויות מחשוב מרחבי סוחפות ואינטראקטיביות. שתי טכנולוגיות יסוד העומדות בבסיס מהפכה זו הן מעקב בקנה מידה של חדר וחסימה (Occlusion). הבנה ומינוף של תכונות אלו חיוניים לבניית יישומי WebXR משכנעים ומציאותיים.

מהו מחשוב מרחבי?

מחשוב מרחבי הוא האבולוציה הבאה של המחשוב, המטשטש את הגבולות בין העולם הפיזי והדיגיטלי. הוא כולל את האינטראקציה בין בני אדם, מחשבים ומרחבים פיזיים. בניגוד למחשוב מסורתי, המוגבל למסכים ומקלדות, מחשוב מרחבי מאפשר למשתמשים ליצור אינטראקציה עם מידע וסביבות דיגיטליות במרחב תלת-ממדי. זה כולל טכנולוגיות כמו מציאות רבודה (AR), מציאות מדומה (VR) ומציאות מעורבת (MR).

WebXR מביא את המחשוב המרחבי לרשת, ומאפשר למפתחים ליצור חוויות אלו שרצות ישירות בדפדפן, ובכך מבטל את הצורך בהתקנת אפליקציות נייטיב. זה הופך את המחשוב המרחבי לנגיש ודמוקרטי יותר.

מעקב בקנה מידה של חדר: תנועה סוחפת

מעקב בקנה מידה של חדר מאפשר למשתמשים לנוע בחופשיות בתוך מרחב פיזי מוגדר בעודם חובשים משקפי VR או AR. המערכת עוקבת אחר מיקום המשתמש והכיוון שלו, ומתרגמת את תנועותיו בעולם האמיתי לסביבה הווירטואלית. זה יוצר תחושה גדולה יותר של נוכחות והתעמקות, והופך את החוויה להרבה יותר מרתקת ומציאותית מאשר VR נייח.

כיצד פועל מעקב בקנה מידה של חדר

מעקב בקנה מידה של חדר מסתמך בדרך כלל על אחת מכמה טכנולוגיות:

• מעקב מבפנים החוצה (Inside-Out Tracking): משקפי ה-VR/AR עצמם משתמשים במצלמות כדי לעקוב אחר מיקומם ביחס לסביבה. זוהי הגישה הנפוצה ביותר, המשמשת מכשירים כמו סדרת Meta Quest ו-HTC Vive Focus. המכשיר מנתח מאפיינים חזותיים בסביבה כדי לקבוע את מיקומו ואת כיוונו. זה דורש סביבה מוארת היטב ועשירה ויזואלית לביצועים מיטביים.
• מעקב מבחוץ פנימה (Outside-In Tracking): תחנות בסיס או חיישנים חיצוניים ממוקמים ברחבי החדר, ופולטים אותות שהמכשיר משתמש בהם כדי לקבוע את מיקומו. גישה זו, ששימשה את ה-HTC Vive המקורי, יכולה לספק מעקב מדויק מאוד אך דורשת יותר התקנה וכיול.

יישום מעקב בקנה מידה של חדר ב-WebXR

WebXR מספק API סטנדרטי לגישה לנתוני מעקב של המכשיר. הנה דוגמה מפושטת המשתמשת ב-JavaScript וספרייה כמו three.js:

            
  // Assuming you have a WebXR session established
  xrSession.requestAnimationFrame(function animate(time, frame) {
    const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

    if (pose) {
      const transform = pose.transform;
      const position = transform.position;
      const orientation = transform.orientation;

      // Update the position and rotation of your 3D scene based on the tracked pose
      camera.position.set(position.x, position.y, position.z);
      camera.quaternion.set(orientation.x, orientation.y, orientation.z, orientation.w);
    }

    renderer.render(scene, camera);
    xrSession.requestAnimationFrame(animate);
  });

            

              
                Copy
              
            
          

הסבר:

1. לולאת `xrSession.requestAnimationFrame` מבקשת באופן רציף פריימים של אנימציה מסשן ה-WebXR.
2. `frame.getViewerPose(xrReferenceSpace)` מאחזר את התנוחה (pose) הנוכחית (מיקום וכיוון) של ראש המשתמש ביחס ל-`xrReferenceSpace` המוגדר.
3. נתוני המיקום והכיוון נשלפים מהמאפיין `transform` של התנוחה.
4. המיקום והכיוון מיושמים לאחר מכן על המצלמה בסצנת ה-three.js, ובכך מזיזים ביעילות את העולם הווירטואלי יחד עם המשתמש.

דוגמאות מעשיות למעקב בקנה מידה של חדר

• סימולציות הדרכה אינטראקטיביות: חברת ייצור יכולה להשתמש ב-VR בקנה מידה של חדר כדי להדריך עובדים על הרכבת מכונות מורכבות. משתמשים יכולים להסתובב סביב המכונה הווירטואלית, לתקשר עם רכיביה בסביבה מציאותית ובטוחה. ניתן ליישם זאת במגזרים כמו תעופה וחלל, רכב ותרופות ברחבי העולם.
• הדמיות אדריכליות: רוכשי בתים פוטנציאליים יכולים לחקור מודל וירטואלי של בית או דירה, להסתובב בחדרים ולחוות את המרחב עוד לפני שהוא נבנה. ניתן להציע זאת בינלאומית כדי להציג נכסים בכל מקום בעולם.
• גיימינג ובידור: מעקב בקנה מידה של חדר מאפשר חוויות משחק מרתקות ואינטראקטיביות יותר. שחקנים יכולים להתחמק פיזית ממכשולים, להושיט יד לאובייקטים וירטואליים ולחקור עולמות משחק סוחפים. מפתחים מיפן, אירופה וצפון אמריקה מחדשים ללא הרף בתחום זה.
• עיצוב שיתופי: צוותים של מעצבים ומהנדסים יכולים לשתף פעולה על מודלים תלת-ממדיים במרחב וירטואלי משותף, להסתובב סביב המודל, להוסיף הערות ולדון בשינויים עיצוביים בזמן אמת. זהו כלי שלא יסולא בפז עבור צוותים בינלאומיים העובדים על פרויקטים הנדסיים מורכבים.

חסימה (Occlusion): שילוב אובייקטים וירטואליים באופן מציאותי

חסימה (Occlusion) היא היכולת של אובייקטים וירטואליים להיות מוסתרים או מוסתרים חלקית על ידי אובייקטים מהעולם האמיתי. ללא חסימה, אובייקטים וירטואליים ייראו כאילו הם צפים מול אובייקטים מהעולם האמיתי, מה ששובר את אשליית ההתעמקות. חסימה היא קריטית ליצירת חוויות מציאות רבודה אמינות.

כיצד פועלת חסימה

חסימה ב-WebXR פועלת בדרך כלל באמצעות יכולות חישת עומק של מכשיר ה-AR. המכשיר משתמש במצלמות וחיישנים כדי ליצור מפת עומק של הסביבה. מפת עומק זו משמשת לאחר מכן כדי לקבוע אילו חלקים של האובייקטים הווירטואליים צריכים להיות מוסתרים מאחורי אובייקטים מהעולם האמיתי.

טכנולוגיות שונות משמשות ליצירת מפת העומק:

• חיישני זמן-מעוף (ToF): חיישני ToF פולטים אור אינפרא-אדום ומודדים את הזמן שלוקח לאור לחזור, מה שמאפשר להם לחשב את המרחק לאובייקטים.
• מצלמות סטריאו: באמצעות שתי מצלמות, המערכת יכולה לחשב עומק על בסיס הפרלקסה בין שתי התמונות.
• אור מובנה: המכשיר מקרין תבנית של אור על הסביבה ומנתח את עיוות התבנית כדי לקבוע את העומק.

יישום חסימה ב-WebXR

יישום חסימה ב-WebXR כולל מספר שלבים:

1. בקשת התכונה `XRDepthSensing`: עליכם לבקש את התכונה `XRDepthSensing` בעת יצירת סשן ה-WebXR.
2. קבלת מידע העומק: ה-API של WebXR מספק שיטות לגישה למידע העומק שנלכד על ידי המכשיר. זה כרוך לעתים קרובות בשימוש ב-`XRCPUDepthInformation` או `XRWebGLDepthInformation` בהתבסס על שיטת הרינדור.
3. שימוש במידע העומק בתהליך הרינדור: יש לשלב את מידע העומק בתהליך הרינדור כדי לקבוע אילו פיקסלים של האובייקטים הווירטואליים צריכים להיות מוסתרים על ידי אובייקטים מהעולם האמיתי. זה נעשה בדרך כלל באמצעות שיידר מותאם אישית או שימוש בתכונות מובנות של מנוע הרינדור (כמו three.js או Babylon.js).

הנה דוגמה מפושטת המשתמשת ב-three.js (שימו לב: זוהי המחשה ברמה גבוהה; יישום בפועל כולל תכנות שיידרים מורכב יותר):

            
  // Assuming you have a WebXR session with depth sensing enabled
  xrSession.requestAnimationFrame(function animate(time, frame) {
    const depthInfo = frame.getDepthInformation(xrView);

    if (depthInfo) {
      // Access the depth buffer from depthInfo
      const depthBuffer = depthInfo.data;
      const width = depthInfo.width;
      const height = depthInfo.height;

      // Create a texture from the depth buffer
      const depthTexture = new THREE.DataTexture(depthBuffer, width, height, THREE.RedFormat, THREE.FloatType);
      depthTexture.needsUpdate = true;

      // Pass the depth texture to your shader
      material.uniforms.depthTexture.value = depthTexture;

      // In your shader, compare the depth of the virtual object pixel
      // to the depth value from the depth texture.  If the real-world
      // depth is closer, discard the virtual object pixel (occlusion).
    }

    renderer.render(scene, camera);
    xrSession.requestAnimationFrame(animate);
  });

            

              
                Copy
              
            
          

הסבר:

1. `frame.getDepthInformation(xrView)` מאחזר את מידע העומק עבור תצוגת XR ספציפית.
2. `depthInfo.data` מכיל את נתוני העומק הגולמיים, בדרך כלל כמערך של נקודה צפה (floating-point).
3. `DataTexture` של three.js נוצר ממאגר העומק, מה שמאפשר להשתמש בו בשיידרים.
4. טקסטורת העומק מועברת כ-uniform לשיידר מותאם אישית.
5. השיידר משווה את העומק של כל פיקסל באובייקט הווירטואלי לערך העומק המתאים בטקסטורה. אם העומק בעולם האמיתי קרוב יותר, הפיקסל של האובייקט הווירטואלי מושלך, ובכך מושגת חסימה.

דוגמאות מעשיות לחסימה

• הדמיית מוצרים ב-AR: חברת רהיטים יכולה לאפשר ללקוחות לדמיין כיצד רהיט ייראה בסלון שלהם, כאשר הרהיט הווירטואלי מוסתר כראוי על ידי אובייקטים מהעולם האמיתי כמו שולחנות וכיסאות. חברה המבוססת בשוודיה או באיטליה עשויה להציע שירות זה.
• משחקי AR ובידור: משחקי AR יכולים להפוך לסוחפים הרבה יותר כאשר דמויות וירטואליות יכולות לתקשר באופן מציאותי עם הסביבה, ללכת מאחורי שולחנות, להסתתר מאחורי קירות ולתקשר עם אובייקטים מהעולם האמיתי. אולפני משחקים בדרום קוריאה ובסין בוחנים זאת באופן פעיל.
• הדמיה רפואית: מנתחים יכולים להשתמש ב-AR כדי להציג מודלים תלת-ממדיים של איברים על גופו של המטופל, כאשר האיברים הווירטואליים מוסתרים כראוי על ידי עורו ורקמותיו של המטופל. בתי חולים בגרמניה ובארה"ב מריצים פיילוטים לטכנולוגיה זו.
• חינוך והדרכה: סטודנטים יכולים להשתמש ב-AR כדי לחקור מודלים וירטואליים של חפצים היסטוריים או מושגים מדעיים, כאשר המודלים מוסתרים כראוי על ידי ידיהם או חפצים פיזיים אחרים. מוסדות חינוך ברחבי העולם יכולים להפיק תועלת מכך.

בחירת הפריימוורק הנכון ל-WebXR

מספר פריימוורקים של WebXR יכולים לפשט את תהליך הפיתוח:

• three.js: ספריית 3D פופולרית ב-JavaScript המספקת מגוון רחב של תכונות, כולל תמיכה ב-WebXR.
• Babylon.js: מנוע 3D חזק נוסף ב-JavaScript המציע אינטגרציית WebXR מצוינת ומערך כלים חזק.
• A-Frame: פריימוורק HTML דקלרטיבי לבניית חוויות WebXR, המקל על מתחילים להתחיל.
• React Three Fiber: מנוע רינדור של React עבור three.js, המאפשר לבנות חוויות WebXR באמצעות רכיבי React.

בחירת הפריימוורק תלויה בצרכים ובהעדפות הספציפיות שלכם. three.js ו-Babylon.js מציעים גמישות ושליטה רבות יותר, בעוד ש-A-Frame מספק נקודת פתיחה פשוטה ונגישה יותר.

אתגרים ושיקולים

למרות האפשרויות המלהיבות, פיתוח יישומי WebXR עם מעקב בקנה מידה של חדר וחסימה מציב מספר אתגרים:

• ביצועים: מעקב בקנה מידה של חדר וחסימה דורשים כוח עיבוד משמעותי, מה שיכול להשפיע על הביצועים, במיוחד במכשירים ניידים. אופטימיזציה של הקוד והמודלים שלכם היא חיונית.
• תאימות מכשירים: לא כל המכשירים תומכים ב-WebXR או בעלי יכולות חישת העומק הדרושות לחסימה. עליכם לקחת בחשבון את תאימות המכשירים בעת תכנון היישום שלכם ולספק אפשרויות חלופיות למכשירים שאינם נתמכים.
• חווית משתמש: תכנון חווית משתמש נוחה ואינטואיטיבית ב-WebXR דורש שיקול דעת זהיר. הימנעו מגרימת בחילת תנועה וודאו שמשתמשים יכולים לנווט בקלות בסביבה הווירטואלית.
• גורמים סביבתיים: מעקב בקנה מידה של חדר מסתמך על מידע חזותי מהסביבה. תאורה לקויה, חללים עמוסים או משטחים מחזירי אור יכולים להשפיע לרעה על דיוק המעקב. באופן דומה, ביצועי החסימה יכולים להיות מושפעים מאיכות חיישן העומק וממורכבות הסצנה.
• חששות פרטיות: טכנולוגיית חישת עומק מעלה חששות פרטיות, מכיוון שהיא יכולה פוטנציאלית ללכוד מידע מפורט על סביבת המשתמש. חשוב להיות שקופים לגבי אופן השימוש בנתוני העומק ולספק למשתמשים שליטה על הגדרות הפרטיות שלהם.

אופטימיזציה לקהלים גלובליים

בעת פיתוח חוויות WebXR לקהל גלובלי, חשוב לקחת בחשבון את הדברים הבאים:

• לוקליזציה: תרגמו טקסט ושמע למספר שפות כדי להגיע לקהל רחב יותר. שקלו להשתמש בשירות כמו Transifex או Lokalise.
• נגישות: עצבו את היישום שלכם כך שיהיה נגיש למשתמשים עם מוגבלויות. ספקו שיטות קלט חלופיות, כתוביות ותיאורי שמע. התייעצו עם הנחיות WCAG.
• רגישות תרבותית: הימנעו מסטריאוטיפים תרבותיים או דימויים שעלולים לפגוע בחלק מהמשתמשים. חקרו נורמות והעדפות תרבותיות באזורים שונים.
• קישוריות רשת: בצעו אופטימיזציה של היישום שלכם לחיבורים ברוחב פס נמוך כדי להבטיח שניתן להשתמש בו באזורים עם גישה מוגבלת לאינטרנט. שקלו להשתמש ברשתות להעברת תוכן (CDNs) כדי להגיש נכסים משרתים קרובים יותר למשתמש.
• זמינות מכשירים: למדינות שונות יש רמות גישה שונות לחומרת XR. שקלו לספק חוויות חלופיות למשתמשים שאין להם גישה למכשירים העדכניים ביותר.
• פורמטים של תאריך ושעה: השתמשו בפורמטים בינלאומיים של תאריך ושעה כדי למנוע בלבול. תקן ISO 8601 מומלץ בדרך כלל.
• מטבעות ויחידות מידה: אפשרו למשתמשים לבחור את המטבע ויחידות המידה המועדפות עליהם.

העתיד של WebXR ומחשוב מרחבי

WebXR ומחשוב מרחבי עדיין נמצאים בשלביהם המוקדמים, אך יש להם פוטנציאל לשנות את האופן שבו אנו מתקשרים עם הרשת והעולם סביבנו. ככל שהחומרה והתוכנה ימשיכו להשתפר, אנו יכולים לצפות לראות חוויות WebXR סוחפות ואינטראקטיביות עוד יותר.

מגמות מפתח שכדאי לעקוב אחריהן כוללות:

• דיוק מעקב משופר: התקדמות בטכנולוגיית החיישנים ובאלגוריתמים תוביל למעקב מדויק וחזק יותר בקנה מידה של חדר.
• חסימה מציאותית יותר: טכניקות חישת עומק מתוחכמות יותר יאפשרו חסימה מציאותית וחלקה יותר של אובייקטים וירטואליים.
• גרפיקה וביצועים משופרים: שיפורים ב-WebGL וב-WebAssembly יאפשרו חוויות WebXR מורכבות ומרהיבות יותר מבחינה ויזואלית.
• נגישות מוגברת: WebXR יהפוך לנגיש יותר למגוון רחב יותר של מכשירים ומשתמשים, הודות להתקדמות בפיתוח חוצה-פלטפורמות ובתכונות נגישות.
• אימוץ רחב יותר: ככל שהטכנולוגיה תתבגר ותהפוך למשתלמת יותר, WebXR יאומץ על ידי מגוון רחב יותר של תעשיות ויישומים.

סיכום

מעקב בקנה מידה של חדר וחסימה הם כלים רבי עוצמה ליצירת חוויות WebXR סוחפות ואינטראקטיביות באמת. על ידי הבנה ומינוף של טכנולוגיות אלו, מפתחים יכולים לבנות יישומים משכנעים המטשטשים את הגבולות בין העולם הפיזי והדיגיטלי. ככל ש-WebXR ימשיך להתפתח, אנו יכולים לצפות לראות עוד יישומים חדשניים ומרגשים שיופיעו, וישנו את האופן שבו אנו לומדים, עובדים ומשחקים.

אמצו את הטכנולוגיות הללו והתחילו לבנות את עתיד הרשת עוד היום!