WebXR 포즈: 몰입형 경험을 위한 위치 및 방향 추적 완벽 해부

WebXR은 웹과의 상호작용 방식을 혁신하여 브라우저 내에서 직접 몰입형 가상 및 증강 현실 경험을 가능하게 합니다. 이러한 경험의 핵심에는 3D 공간에서 장치나 손의 위치와 방향을 나타내는 포즈(pose)라는 개념이 있습니다. 포즈 데이터를 이해하고 효과적으로 활용하는 것은 매력적이고 상호작용적인 WebXR 애플리케이션을 만드는 데 매우 중요합니다.

WebXR 포즈란 무엇인가?

WebXR에서 포즈는 정의된 좌표계를 기준으로 한 객체(헤드셋, 컨트롤러 또는 추적된 손 등)의 공간적 관계를 나타냅니다. 이 정보는 사용자의 관점에서 가상 세계를 올바르게 렌더링하고 가상 객체와 자연스럽게 상호작용할 수 있도록 하는 데 필수적입니다. WebXR 포즈는 두 가지 주요 구성 요소로 이루어집니다:

• 위치: 공간에서 객체의 위치를 나타내는 3D 벡터입니다 (일반적으로 미터 단위로 측정).
• 방향: 객체의 회전을 나타내는 쿼터니언입니다. 쿼터니언은 회전을 표현할 때 오일러 각도에서 흔히 발생하는 문제인 짐벌 락(gimbal lock)을 피하기 위해 사용됩니다.

WebXR API의 XRViewerPose 및 XRInputSource 인터페이스는 이 포즈 정보에 대한 접근을 제공합니다.

좌표계 이해하기

코드를 살펴보기 전에 WebXR에서 사용되는 좌표계를 이해하는 것이 중요합니다. 기본 좌표계는 사용자의 물리적 환경에 연결된 'local' 참조 공간입니다. 이 공간의 원점(0, 0, 0)은 일반적으로 XR 세션이 시작될 때 정의됩니다.

'viewer' 및 'bounded-floor'와 같은 다른 참조 공간은 추가적인 맥락을 제공합니다. 'viewer' 공간은 머리 위치를 나타내고, 'bounded-floor'는 바닥의 추적된 영역을 나타냅니다.

서로 다른 좌표계로 작업하는 것은 종종 한 공간에서 다른 공간으로 포즈를 변환하는 것을 포함합니다. 이는 일반적으로 행렬 변환을 사용하여 수행됩니다.

WebXR에서 포즈 데이터 접근하기

다음은 WebXR 세션이 실행 중이라고 가정하고 WebXR 애플리케이션에서 포즈 데이터에 접근하는 방법에 대한 단계별 가이드입니다:

1. XRFrame 가져오기: XRFrame은 특정 시점의 WebXR 환경 스냅샷을 나타냅니다. 애니메이션 루프 내에서 이를 검색합니다.
2. XRViewerPose 가져오기: XRFrame의 getViewerPose() 메서드를 사용하여 뷰어(헤드셋)의 포즈를 얻습니다. 이 메서드는 인수로 XRReferenceSpace를 필요로 하며, 포즈가 기준으로 할 좌표계를 지정합니다.
3. 입력 소스 포즈 가져오기: XRSession의 getInputSources() 메서드를 사용하여 입력 소스(컨트롤러 또는 추적된 손)의 포즈에 접근합니다. 그런 다음, 각 XRInputSource의 getPose() 메서드를 사용하며, 역시 XRReferenceSpace를 제공합니다.
4. 위치 및 방향 추출: XRViewerPose 또는 XRInputSource의 포즈에서 위치와 방향을 추출합니다. 위치는 길이가 3인 Float32Array이고, 방향은 길이가 4인 Float32Array(쿼터니언)입니다.

코드 예제 (Three.js 사용):

이 예제는 뷰어 포즈에 접근하여 Three.js 카메라에 적용하는 방법을 보여줍니다:

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);
}

설명:

• onXRFrame 함수는 WebXR 경험을 위한 기본 애니메이션 루프입니다.
• frame.getViewerPose(xrRefSpace)는 지정된 xrRefSpace에 대한 뷰어의 포즈를 검색합니다.
• 위치 및 방향 구성 요소는 pose.transform 객체에서 추출됩니다.
• 그런 다음 위치와 방향이 Three.js 카메라에 적용됩니다.

WebXR 포즈의 응용

포즈 데이터를 이해하고 활용하면 WebXR 애플리케이션에 대한 광범위한 가능성이 열립니다:

• 가상 현실 게이밍: 정확한 머리 추적을 통해 플레이어는 주변을 둘러보고 게임 세계에 몰입할 수 있습니다. 컨트롤러 추적은 가상 객체와의 상호작용을 가능하게 합니다. Beat Saber나 Superhot VR과 같은 게임을 생각해 보세요. 이제 WebXR을 통해 네이티브 성능에 버금가는 충실도로 브라우저에서 플레이할 수 있습니다.
• 증강 현실 오버레이: 포즈 데이터는 가상 객체를 현실 세계에 고정하는 데 필수적입니다. 거실에 가구 모델을 AR로 오버레이하거나, 로마를 도보 여행하는 동안 랜드마크에 대한 실시간 정보를 제공하는 것을 상상해 보세요.
• 3D 모델링 및 디자인: 사용자는 손 추적이나 컨트롤러를 사용하여 3D 모델을 조작할 수 있습니다. 건축가들이 공유된 가상 공간에서 건물 디자인에 대해 협업하는 것을 생각해 보세요. 모두 WebXR을 사용합니다.
• 훈련 및 시뮬레이션: 현실적인 시뮬레이션은 조종사 훈련이나 의료 절차와 같은 시나리오에 포즈 데이터를 사용하여 만들 수 있습니다. 복잡한 기계 작동을 시뮬레이션하거나 외과 수술을 수행하는 예가 있으며, 브라우저만 있으면 어디서든 접근할 수 있습니다.
• 원격 협업: 원격 팀이 공유된 증강 또는 가상 공간에서 가상 프로젝트에 대해 협업할 수 있도록 지원합니다.

과제 및 고려 사항

WebXR 포즈는 엄청난 잠재력을 제공하지만, 고려해야 할 몇 가지 과제가 있습니다:

• 성능: 포즈 데이터를 접근하고 처리하는 것은 계산 집약적일 수 있으며, 특히 여러 개의 추적된 객체가 있는 경우 더욱 그렇습니다. 코드를 최적화하고 효율적인 렌더링 기술을 사용하는 것이 중요합니다.
• 정확도 및 지연 시간: 포즈 추적의 정확도와 지연 시간은 하드웨어와 환경에 따라 달라질 수 있습니다. 고급 VR/AR 헤드셋은 일반적으로 모바일 장치보다 더 정확하고 지연 시간이 짧은 추적을 제공합니다.
• 사용자 편의성: 부정확하거나 지연 시간이 긴 추적은 멀미를 유발할 수 있습니다. 부드럽고 반응성이 뛰어난 경험을 보장하는 것이 가장 중요합니다.
• 접근성: 장애가 있는 사용자가 애플리케이션에 접근할 수 있도록 신중한 설계 고려가 이루어져야 합니다. 대체 입력 방법과 멀미를 완화할 방법을 고려하십시오.
• 개인정보 보호: 포즈 데이터를 수집하고 사용할 때 사용자 개인정보 보호에 유의하십시오. 데이터 사용 방식에 대해 명확하게 설명하고 사전 동의를 얻으십시오.

WebXR 포즈 사용을 위한 모범 사례

고품질 WebXR 경험을 만들려면 다음 모범 사례를 따르십시오:

• 성능 최적화: 애니메이션 루프에서 수행되는 처리량을 최소화하십시오. 객체 풀링 및 절두체 컬링과 같은 기술을 사용하여 렌더링 성능을 향상시키십시오.
• 추적 손실을 우아하게 처리하기: 추적이 손실되는 상황(예: 사용자가 추적 영역 밖으로 이동)을 처리하는 메커니즘을 구현하십시오. 추적이 불안정할 때 시각적 신호를 제공하십시오.
• 스무딩 및 필터링 사용: 스무딩 또는 필터링 기술을 적용하여 지터(jitter)를 줄이고 포즈 데이터의 안정성을 향상시키십시오. 이는 더 편안한 사용자 경험을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 다양한 입력 방법 고려: 컨트롤러, 추적된 손, 음성 명령 등 다양한 입력 방법을 지원하도록 애플리케이션을 설계하십시오.
• 다양한 장치에서 테스트: 호환성과 성능을 보장하기 위해 다양한 VR/AR 장치에서 애플리케이션을 테스트하십시오.
• 사용자 편의성 우선시: 사용자 편의성을 염두에 두고 애플리케이션을 설계하십시오. 멀미를 유발할 수 있는 빠른 움직임이나 갑작스러운 전환을 피하십시오.
• 대체 기능 구현: WebXR을 지원하지 않는 브라우저나 추적 기능이 제한된 장치를 위해 우아한 대체 기능(fallback)을 제공하십시오.

다양한 프레임워크와 함께하는 WebXR 포즈

많은 JavaScript 프레임워크가 WebXR 개발을 단순화합니다, 다음을 포함하여:

• Three.js: 광범위한 WebXR 지원을 갖춘 인기 있는 3D 그래픽 라이브러리입니다. Three.js는 렌더링, 장면 관리 및 입력 처리를 위한 추상화를 제공합니다.
• Babylon.js: 강력한 WebXR 기능을 갖춘 또 다른 강력한 3D 엔진입니다. Babylon.js는 고급 렌더링 기능과 몰입형 경험을 만들기 위한 포괄적인 도구 세트를 제공합니다.
• A-Frame: Three.js 위에 구축된 선언적 프레임워크로, HTML과 유사한 구문을 사용하여 WebXR 경험을 쉽게 만들 수 있습니다. A-Frame은 초보자와 빠른 프로토타이핑에 이상적입니다.
• React Three Fiber: Three.js를 위한 React 렌더러로, React 컴포넌트를 사용하여 WebXR 경험을 구축할 수 있습니다.

각 프레임워크는 WebXR 포즈 데이터에 접근하고 조작하는 고유한 방법을 제공합니다. 구체적인 지침과 예제는 해당 프레임워크의 문서를 참조하십시오.

WebXR 포즈의 미래

WebXR 포즈 기술은 끊임없이 발전하고 있습니다. 미래의 발전은 다음을 포함할 수 있습니다:

• 향상된 추적 정확도: 새로운 센서와 추적 알고리즘은 더 정확하고 신뢰할 수 있는 포즈 추적으로 이어질 것입니다.
• AI와의 깊은 통합: AI 기반 포즈 추정은 가상 환경과의 더 정교한 상호작용을 가능하게 할 수 있습니다.
• 표준화된 손 추적: 개선된 손 추적 표준은 다양한 장치에서 더 일관되고 직관적인 손 상호작용으로 이어질 것입니다.
• 향상된 세계 이해: 포즈 데이터를 환경 이해 기술(예: SLAM)과 결합하면 더 현실적이고 몰입감 있는 증강 현실 경험이 가능해집니다.
• 크로스 플랫폼 호환성: WebXR 및 관련 기술이 가능한 한 크로스 플랫폼이 되도록 지속적인 개발을 통해 전 세계적인 접근성을 허용합니다.

결론

WebXR 포즈는 웹에서 매력적이고 상호작용적인 가상 및 증강 현실 경험을 만들기 위한 기본 구성 요소입니다. 위치 및 방향 추적의 원리를 이해하고 모범 사례를 따르면 개발자는 WebXR의 모든 잠재력을 발휘하고 가능한 것의 경계를 넓히는 몰입형 애플리케이션을 구축할 수 있습니다. 기술이 발전하고 채택이 증가함에 따라 WebXR의 가능성은 무한하며, 웹이 전 세계 사용자를 위한 진정으로 몰입감 있고 상호작용적인 매체가 되는 미래를 약속합니다.