WebXR平面検出：表面認識とAR配置をマスターし、グローバルなオーディエンスに対応する

WebXRは、ウェブブラウザ内で直接、魅力的な拡張現実（AR）体験を創造するための強力な入口を提供します。多くのARアプリケーションの基礎となるのが平面検出です。これにより、アプリケーションは実世界の環境を理解し、仮想コンテンツをシームレスに統合できます。このブログ記事では、WebXRの平面検出に関する包括的なガイドを提供し、表面認識、AR配置技術、そしてグローバルなオーディエンスに響く、インクルーシブで高性能な体験を創造するためのベストプラクティスに焦点を当てます。

WebXR平面検出とは？

平面検出とは、デバイスのセンサー（通常はカメラとモーションセンサー）を使用して、ユーザーの物理的環境にある平らな面を識別し、理解するプロセスです。WebXRはこれらのセンサー入力とコンピュータービジョンアルゴリズムを活用して、床、テーブル、壁、さらには天井などの水平および垂直な平面を特定し、追跡します。

平面が検出されると、WebXRアプリケーションはこの情報を使用して次のことを行えます：

• 仮想オブジェクトを実世界に固定（アンカー）し、それらが本当にその環境に存在するかのように見せる。
• ユーザーが実世界の表面に関連して仮想オブジェクトを操作できるインタラクティブな体験を可能にする。
• 知覚された環境に基づいて、リアルな照明や影を提供する。
• 仮想オブジェクトと実世界の表面との間で衝突検出を実装する。

なぜ平面検出はWebXRにとって重要なのか？

平面検出は、説得力のある信じられるAR体験を創造するために不可欠です。それがなければ、仮想オブジェクトは単に空間に浮かんでいるだけで、ユーザーの周囲から切り離され、拡張現実の幻想を壊してしまいます。

表面を正確に検出し理解することで、平面検出は次のようなARアプリケーションの作成を可能にします：

• 没入型：仮想オブジェクトが本当に実世界の一部であるかのように感じられる。
• インタラクティブ：ユーザーが自然で直感的な方法で仮想オブジェクトと対話できる。
• 実用的：部屋に家具を配置して視覚化したり、オブジェクト間の距離を測定したりするなど、ARアプリケーションが実世界の問題に対する実用的な解決策を提供できる。
• アクセシブル：WebXRと平面検出は、ユーザーが専用アプリをダウンロードすることなく、さまざまなデバイスで利用できるAR体験を可能にする。

WebXR平面検出の仕組み

WebXRの平面検出は、通常、以下のステップを含みます：

1. 平面追跡の要求：WebXRアプリケーションは、平面追跡を含むデバイスのAR機能へのアクセスを要求します。
2. XRFrameの取得：各フレームで、アプリケーションは`XRFrame`オブジェクトを取得します。これには、カメラのポーズや検出された平面など、現在のARセッションの状態に関する情報が含まれています。
3. TrackedPlanesのクエリ：`XRFrame`オブジェクトには`XRPlane`オブジェクトのリストが含まれており、それぞれがシーン内で検出された平面を表します。
4. XRPlaneデータの分析：各`XRPlane`オブジェクトは、平面に関する以下の情報を提供します：
• 向き：平面が水平か垂直か。
• 位置：3Dワールド内での平面の位置。
• 範囲：平面の幅と高さ。
• ポリゴン：検出された平面の形状を表す境界ポリゴン。
• 最終変更時刻：平面のプロパティが最後に更新された日時を示すタイムスタンプ。
5. レンダリングとインタラクション：アプリケーションはこの情報を使用して、検出された平面上に仮想オブジェクトをレンダリングし、ユーザーインタラクションを可能にします。

WebXR平面検出APIとコード例

JavaScriptとThree.jsのような人気のWebXRライブラリを使用したコード例を見てみましょう：

WebXRセッションの初期化と平面追跡の要求

まず、イマーシブARセッションを要求し、検出された平面を追跡したいことを指定する必要があります：

            
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');
  }
}

            

              
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XRFrameとTrackedPlanesの処理

アニメーションループ内で、`XRFrame`にアクセスし、検出された平面を反復処理する必要があります：

            
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
              
            
          

検出された各平面のメッシュ作成

検出された平面を視覚化するために、シンプルなメッシュ（例：`THREE.Mesh`）を作成し、`XRPlane`の範囲とポリゴンに基づいてそのジオメトリを更新できます。ポリゴンの頂点をレンダリングエンジンに適したジオメトリ形式に変換するヘルパー関数が必要になる場合があります。

            
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
              
            
          

AR配置技術：仮想オブジェクトのアンカー

平面を検出したら、それに仮想オブジェクトをアンカーできます。これには、検出された平面に対して正しい位置と向きに仮想オブジェクトを配置することが含まれます。これを実現するにはいくつかの方法があります：

レイキャスティング

レイキャスティングは、ユーザーのデバイス（通常は画面の中央）からシーンにレイ（光線）を投射することです。レイが検出された平面と交差する場合、その交差点を使用して仮想オブジェクトを配置できます。これにより、ユーザーは画面をタップして目的の表面にオブジェクトを配置できます。

            
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);
  }
}

            

              
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ヒットテストAPIの使用（利用可能な場合）

WebXRヒットテストAPIは、レイと実世界との交差点を見つけるためのより直接的な方法を提供します。これにより、ユーザーのビューからレイを投射し、`XRHitResult`オブジェクトのリストを取得できます。各オブジェクトは実世界の表面との交差点を表します。これは、純粋に検出された平面に依存するよりも効率的で正確です。

            
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
              
            
          

平面の境界へのアンカー

平面の境界を表すポリゴンを使用して、検出された平面の端に沿って、または内部にオブジェクトを配置することもできます。これは、平面に対して特定の構成で仮想オブジェクトを配置するのに役立ちます。

グローバルデバイス向けのWebXR平面検出の最適化

WebXRアプリケーションは、ハイエンドのスマートフォンから低消費電力のモバイルデバイスまで、幅広いデバイスでスムーズに実行される必要があります。平面検出の実装を最適化することは、さまざまなハードウェア構成で良好なユーザーエクスペリエンスを確保するために不可欠です。

パフォーマンスに関する考慮事項

• 平面数の制限：あまりにも多くの平面を追跡すると、計算コストが高くなる可能性があります。アプリケーションがアクティブに追跡する平面の数を制限するか、ユーザーに最も近い平面を優先することを検討してください。
• 平面メッシュジオメトリの最適化：平面メッシュには効率的なジオメトリ表現を使用します。過剰な詳細や不要な頂点は避けてください。
• WebAssemblyの使用：平面検出アルゴリズムやカスタムコンピュータービジョンルーチンなど、計算量の多いタスクを実装するためにWebAssembly（WASM）の使用を検討してください。WASMはJavaScriptと比較して大幅なパフォーマンス向上をもたらすことができます。
• レンダリング負荷の削減：仮想オブジェクトや平面メッシュを含むシーン全体のレンダリングを最適化することが重要です。LOD（Level of Detail）、オクルージョンカリング、テクスチャ圧縮などの技術を使用して、レンダリングの負荷を軽減します。
• プロファイリングと最適化：ブラウザの開発者ツールを使用してアプリケーションを定期的にプロファイリングし、パフォーマンスのボトルネックを特定します。プロファイリング結果に基づいてコードを最適化してください。

クロスプラットフォーム互換性

• 機能検出：機能検出を使用して、デバイスが平面検出をサポートしているかどうかを確認してから使用します。平面検出をサポートしていないデバイスには、フォールバックメカニズムや代替体験を提供してください。
• ARCoreとARKit：WebXRの実装は通常、ARCore（Android用）やARKit（iOS用）などの基盤となるARフレームワークに依存しています。これらのフレームワーク間での平面検出の能力とパフォーマンスの違いに注意してください。
• デバイス固有の最適化：さまざまなデバイスの独自の機能を活用するために、デバイス固有の最適化を実装することを検討してください。

アクセシビリティに関する考慮事項

WebXRのAR体験を障害のあるユーザーにもアクセスしやすくすることが不可欠です。平面検出については、以下を考慮してください：

• 視覚的フィードバック：平面が検出されたときに、平面を際立った色やパターンで強調表示するなど、明確な視覚的フィードバックを提供します。これは、低視力のユーザーが環境を理解するのに役立ちます。
• 聴覚的フィードバック：平面が検出されたことを示すために、効果音や平面の向きとサイズについての口頭での説明など、聴覚的なフィードバックを提供します。
• 代替入力方法：タッチジェスチャーに加えて、音声コマンドやキーボード入力など、仮想オブジェクトを配置するための代替入力方法を提供します。
• 調整可能な配置：ユーザーが個々のニーズや好みに合わせて仮想オブジェクトの位置と向きを調整できるようにします。

グローバルなWebXR平面検出開発のためのベストプラクティス

グローバルなオーディエンス向けにWebXR平面検出アプリケーションを開発するには、文化的な違い、言語サポート、さまざまなデバイスの能力を慎重に考慮する必要があります。以下にいくつかのベストプラクティスを示します：

• ローカリゼーション：アプリケーションのテキストと音声コンテンツをローカライズして、さまざまな言語をサポートします。さまざまな地域に適した日付と数値の形式を使用してください。
• 文化的配慮：ユーザーがAR体験をどのように認識し、対話するかにおける文化的な違いに注意してください。文化的にデリケートなシンボルや画像の使用は避けてください。
• アクセシビリティ：アクセシビリティガイドラインに従って、アプリケーションが障害を持つ人々にも利用可能であることを確認してください。
• パフォーマンス最適化：アプリケーションのパフォーマンスを最適化して、幅広いデバイスでスムーズに動作するようにします。
• テスト：さまざまなデバイスや環境でアプリケーションを徹底的にテストし、問題を特定して修正します。テストプロセスには、さまざまな地域や文化的背景を持つユーザーを含めることを検討してください。
• プライバシー：ユーザーのデータがどのように使用されているかを明確に伝え、関連するプライバシー規制を遵守していることを確認してください。
• 明確な指示の提供：さまざまな技術的習熟度を考慮して、アプリケーションの使用方法について明確で簡潔な指示を提供してください。

WebXR平面検出アプリケーションの例

WebXR平面検出は、以下を含むさまざまなARアプリケーションの作成に使用できます：

• 家具の視覚化：ユーザーが購入前に自宅で家具がどのように見えるかを視覚化できます。IKEA Placeが有名な例です。
• ゲーム：仮想キャラクターやオブジェクトが実世界と相互作用する没入型のARゲーム体験を作成します。
• 教育：学生が自分の環境で3Dモデルやシミュレーションを探求できるインタラクティブな教育体験を提供します。例えば、テーブルトップで太陽系を視覚化するなどです。
• 産業用アプリケーション：作業者が指示書、設計図、その他の情報を直接視野内に視覚化できるようにし、効率と正確性を向上させます。
• 小売：顧客が購入前に仮想の衣類やアクセサリーを試着できるようにします。セフォラのバーチャルアーティストが良い例です。
• 測定ツール：ユーザーがモバイルデバイスを使用して実世界の距離や面積を測定できるようにします。

WebXR平面検出の未来

WebXR平面検出は急速に進化している分野です。デバイスがより強力になり、コンピュータービジョンアルゴリズムが改善されるにつれて、将来的にはさらに正確で堅牢な平面検出機能が期待できます。将来の潜在的な発展には以下のようなものがあります：

• 平面検出精度の向上：困難な環境でも、より正確で堅牢な平面検出。
• セマンティック理解：検出された平面の意味を理解する能力。例えば、異なる種類の表面（木材、金属、ガラスなど）を区別する。
• シーン再構築：平らな表面だけでなく、環境全体の3Dモデルを作成する能力。
• AIによる平面検出：AIと機械学習を活用して、平面検出のパフォーマンスと精度を向上させる。
• クラウドサービスとの統合：クラウドサービスとの統合により、共同AR体験や共有仮想空間を可能にする。

結論

WebXR平面検出は、ウェブブラウザ内で直接、没入型でインタラクティブなAR体験の作成を可能にする強力な技術です。表面認識とAR配置技術をマスターすることで、開発者はグローバルなオーディエンスに響く魅力的なアプリケーションを作成できます。パフォーマンスの最適化、アクセシビリティ、文化的配慮を考慮することで、あなたのWebXRアプリケーションが世界中の人々にとって使いやすく楽しいものになることを保証できます。

WebXR技術が進化し続けるにつれて、平面検出は拡張現実の未来を形作る上でますます重要な役割を果たすでしょう。実験を続け、好奇心を持ち続け、WebXRで可能なことの限界を押し広げ続けてください！