WebXR sluoksniai: Kompozicinis realybės atvaizdavimas įtraukiančioms patirtims

WebXR sukelia revoliuciją mūsų sąveikoje su žiniatinkliu, leisdama kurti įtraukiančias papildytos realybės (PR), mišrios realybės (MR) ir virtualios realybės (VR) patirtis tiesiogiai naršyklėje. Nors WebXR suteikia pagrindą šioms patirtims, atvaizdavimo procesas vaidina lemiamą vaidmenį siekiant didelio našumo ir vizualinio tikslumo. WebXR sluoksniai yra galinga funkcija, siūlanti lankstesnį ir efektyvesnį būdą valdyti ir komponuoti skirtingus vizualinius elementus jūsų WebXR scenoje.

Kas yra WebXR sluoksniai?

WebXR sluoksniai suteikia standartizuotą sąsają, skirtą pateikti vaizdų rinkinį, kurį WebXR vykdymo aplinka sujungia į galutinę atvaizduotą sceną. Pagalvokite apie tai kaip apie sistemą, kurioje skirtingi vizualinio turinio sluoksniai – nuo virtualaus pasaulio iki realaus pasaulio kameros vaizdo – yra piešiami nepriklausomai, o tada protingai sujungiami naršyklės. Šis metodas atveria didelius pranašumus, palyginti su tradiciniu vienos drobės atvaizdavimu.

Vietoj to, kad visas atvaizdavimas būtų priverstinai vykdomas viename WebGL kontekste, WebXR sluoksniai leidžia kūrėjams sukurti skirtingus XRCompositionLayer objektus, kurių kiekvienas atspindi atskirą turinio sluoksnį. Šie sluoksniai tada pateikiami WebXR vykdymo aplinkai, kuri tvarko galutinį kompozicijos procesą, potencialiai pasinaudodama platformai specifinėmis optimizacijomis ir aparatinės įrangos spartinimu siekiant geresnio našumo.

Kodėl verta naudoti WebXR sluoksnius?

WebXR sluoksniai sprendžia keletą iššūkių, susijusių su tradiciniu WebXR atvaizdavimu, ir siūlo kūrėjams įvairių privalumų:

1. Pagerintas našumas

Perkeliant kompozicijos procesą į WebXR vykdymo aplinką, kuri gali naudoti vietines platformos API ir aparatinės įrangos spartinimą, WebXR sluoksniai dažnai lemia žymų našumo pagerėjimą, ypač mobiliuosiuose įrenginiuose ir įrenginiuose su ribotais ištekliais. Tai leidžia kurti sudėtingesnes ir vizualiai turtingesnes patirtis neaukojant kadrų dažnio. Vykdymo aplinka taip pat geriau pritaikyta efektyviai valdyti išteklius, todėl sąveika tampa sklandesnė ir jautresnė.

Pavyzdys: Įsivaizduokite sudėtingą PR programą, kuri ant realaus pasaulio kameros vaizdo uždeda virtualius baldus. Be WebXR sluoksnių visa scena turėtų būti atvaizduojama vienu kartu, o tai galėtų sukelti našumo kliūtis. Naudojant sluoksnius, kameros vaizdas ir virtualūs baldai gali būti atvaizduojami nepriklausomai, o vykdymo aplinka gali efektyviai juos sujungti, taip maksimaliai padidindama našumą.

2. Didesnis lankstumas ir kontrolė

WebXR sluoksniai suteikia smulkesnę atvaizdavimo proceso kontrolę. Kūrėjai gali apibrėžti kiekvieno sluoksnio savybes, tokias kaip jo neskaidrumas, maišymo režimas ir transformacijos matrica, leidžiant sukurti sudėtingus vizualinius efektus ir sklandžiai integruoti virtualų bei realaus pasaulio turinį. Toks kontrolės lygis yra labai svarbus kuriant realistiškas ir patrauklias PR ir MR patirtis.

Pavyzdys: Apsvarstykite VR programą, kurioje norite rodyti vartotojo sąsajos elementą ant pagrindinės scenos. Naudodami WebXR sluoksnius, galite sukurti atskirą sluoksnį vartotojo sąsajai ir kontroliuoti jo neskaidrumą, kad pasiektumėte subtilų, pusiau permatomą perdengimą. Tai yra žymiai lengviau ir efektyviau nei bandyti atvaizduoti vartotojo sąsają tiesiogiai pagrindinėje scenoje.

3. Integracija su sistemos kompozitoriumi

WebXR sluoksniai įgalina geresnę integraciją su pagrindiniu sistemos kompozitoriumi. Vykdymo aplinka gali pasinaudoti platformai specifinėmis kompozicijos galimybėmis, tokiomis kaip aparatinės įrangos perdangos ir pažangūs maišymo režimai, kurie gali būti tiesiogiai nepasiekiami per WebGL. Tai lemia vizualiai patrauklesnes ir našesnes patirtis.

Pavyzdys: Kai kuriuose PR akiniuose sistemos kompozitorius gali tiesiogiai perdengti kameros vaizdą ant virtualaus turinio, naudodamas aparatinės įrangos spartinimą. WebXR sluoksniai leidžia naršyklei sklandžiai integruotis su šia galimybe, todėl PR patirtis tampa sklandesnė ir jautresnė.

4. Sumažintas atminties naudojimas

Leisdami WebXR vykdymo aplinkai valdyti galutinę kompoziciją, WebXR sluoksniai gali sumažinti jūsų programos atminties naudojimą. Užuot saugojus visą atvaizduotą sceną viename dideliame kadrų buferyje, vykdymo aplinka gali valdyti kelis mažesnius kadrų buferius kiekvienam sluoksniui, o tai potencialiai lemia efektyvesnį atminties naudojimą.

Pavyzdys: VR patirtis su labai detaliomis tekstūromis gali sunaudoti daug atminties. Naudodama WebXR sluoksnius statinei aplinkai atskirti nuo dinaminių objektų, programa gali sumažinti bendrą atminties naudojimą ir pagerinti našumą.

5. Geresnis palaikymas pažangioms atvaizdavimo technikoms

WebXR sluoksniai palengvina pažangių atvaizdavimo technikų, tokių kaip asinchroninė reprojekcija ir foveacinis atvaizdavimas, naudojimą. Šios technikos gali žymiai pagerinti suvokiamą WebXR patirčių našumą ir vizualinę kokybę, ypač įrenginiuose su ribotais ištekliais. Asinchroninė reprojekcija padeda sumažinti delsą, leisdama vykdymo aplinkai ekstrapoliuoti vartotojo galvos padėtį ir perprojektuoti atvaizduotą sceną, o foveacinis atvaizdavimas sutelkia atvaizdavimo detales tose srityse, į kurias žiūri vartotojas, sumažindamas atvaizdavimo apkrovą periferijoje.

WebXR sluoksnių tipai

WebXR sluoksnių API apibrėžia kelis kompozicijos sluoksnių tipus, kurių kiekvienas skirtas konkrečiam tikslui:

1. XRProjectionLayer

XRProjectionLayer yra labiausiai paplitęs sluoksnio tipas ir yra naudojamas atvaizduoti virtualų turinį, kuris projektuojamas į vartotojo vaizdą. Šiame sluoksnyje paprastai yra pagrindinė jūsų VR ar PR programos scena.

2. XRQuadLayer

XRQuadLayer atspindi stačiakampį paviršių, kurį galima pozicionuoti ir orientuoti 3D erdvėje. Tai naudinga rodant vartotojo sąsajos elementus, vaizdo įrašus ar kitą 2D turinį virtualioje aplinkoje.

3. XRCylinderLayer

XRCylinderLayer atspindi cilindrinį paviršių, kuris gali apsupti vartotoją. Tai naudinga kuriant įtraukiančias aplinkas arba rodant turinį, kuris išeina už vartotojo matymo lauko ribų.

4. XREquirectLayer

XREquirectLayer yra skirtas rodyti ekvirektanguliarinius (360 laipsnių) vaizdus ar vaizdo įrašus. Tai dažniausiai naudojama kuriant panoramines VR patirtis.

5. XRCompositionLayer (abstrakti bazinė klasė)

Visi sluoksnių tipai paveldi iš abstrakčios XRCompositionLayer klasės, kuri apibrėžia bendras savybes ir metodus visiems sluoksniams.

WebXR sluoksnių naudojimas: Praktinis pavyzdys

Panagrinėkime supaprastintą pavyzdį, kaip naudoti WebXR sluoksnius WebXR programoje. Šis pavyzdys parodys, kaip sukurti du sluoksnius: vieną pagrindinei scenai ir vieną vartotojo sąsajos elementui.

1 žingsnis: Užklauskite XR sesijos

Pirmiausia turite užklausti XR sesijos. Tai yra standartinis įėjimo taškas bet kuriai WebXR programai.

            navigator.xr.requestSession('immersive-vr', { requiredFeatures: ['layers'] }) 
  .then(session => {
    // Session started successfully
    onSessionStarted(session);
  }).catch(error => {
    console.error('Failed to start XR session:', error);
  });
            

              
                Copy
              
            
          

2 žingsnis: Sukurkite WebGL kontekstą ir XRRenderState

            function onSessionStarted(session) {
  xrSession = session;

  // Create a WebGL context
  gl = document.createElement('canvas').getContext('webgl', { xrCompatible: true });

  // Set up the XRRenderState
  xrSession.updateRenderState({
    baseLayer: new XRWebGLLayer(xrSession, gl)
  });

  xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);
}
            

              
                Copy
              
            
          

3 žingsnis: Sukurkite sluoksnius

Dabar sukurkime du sluoksnius:

            let mainSceneLayer = new XRProjectionLayer({
  space: xrSession.requestReferenceSpace('local'),
  next: null  // No layer after this one initially
});

let uiLayer = new XRQuadLayer({
  space: xrSession.requestReferenceSpace('local'),
  width: 0.5, // Width of the UI quad
  height: 0.3, // Height of the UI quad
  transform: new XRRigidTransform({x: 0, y: 1, z: -2}, {x: 0, y: 0, z: 0, w: 1}) // Position and orientation
});
            

              
                Copy
              
            
          

4 žingsnis: Atnaujinkite XRRenderState su sluoksniais

            xrSession.updateRenderState({
  layers: [mainSceneLayer, uiLayer]
});
            

              
                Copy
              
            
          

5 žingsnis: Atvaizdavimo ciklas

Atvaizdavimo cikle atskirai atvaizduosite turinį kiekvienam sluoksniui.

            function renderLoop(time, frame) {
  xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);

  const pose = frame.getViewerPose(xrSession.requestReferenceSpace('local'));
  if (!pose) return;

  gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, xrSession.renderState.baseLayer.framebuffer);
  gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

  for (const view of pose.views) {
    const viewport = xrSession.renderState.baseLayer.getViewport(view);
    gl.viewport(viewport.x, viewport.y, viewport.width, viewport.height);

    // Render the main scene to the mainSceneLayer
    renderMainScene(view, viewport);

    // Render the UI to the uiLayer
    renderUI(view, viewport);
  }
}
            

              
                Copy
              
            
          

6 žingsnis: Turinio atvaizdavimas kiekvienam sluoksniui

            function renderMainScene(view, viewport) {
  // Set up the view and projection matrices
  // Render your 3D objects

  // Example:
  // gl.uniformMatrix4fv(projectionMatrixLocation, false, view.projectionMatrix);
  // gl.uniformMatrix4fv(modelViewMatrixLocation, false, view.transform.matrix);
  // gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, vertexCount);
}

function renderUI(view, viewport) {
  // Set up the view and projection matrices for the UI
  // Render your UI elements (e.g., using a 2D rendering library)
}
            

              
                Copy
              
            
          

Šis supaprastintas pavyzdys parodo pagrindinius veiksmus, susijusius su WebXR sluoksnių naudojimu. Realioje programoje jums reikėtų tvarkyti sudėtingesnes atvaizdavimo užduotis, tokias kaip apšvietimas, šešėliavimas ir tekstūravimas.

Kodo fragmentai ir geriausios praktikos

Čia pateikiami keli papildomi kodo fragmentai ir geriausios praktikos, kurių reikėtų nepamiršti dirbant su WebXR sluoksniais:

• Sluoksnių tvarka: Tvarka, kuria nurodote sluoksnius layers masyve, lemia atvaizdavimo tvarką. Pirmasis sluoksnis masyve atvaizduojamas pirmas, o vėlesni sluoksniai atvaizduojami virš jo.
• Kadrų buferio valymas: Svarbu išvalyti kiekvieno sluoksnio kadrų buferį prieš atvaizduojant jo turinį. Tai užtikrina, kad ankstesnio kadro turinys nebus matomas dabartiniame kadre.
• Maišymo režimai: Galite naudoti maišymo režimus, kad valdytumėte, kaip skirtingi sluoksniai yra sujungiami. Įprasti maišymo režimai apima normal, additive ir subtractive.
• Našumo optimizavimas: Profiluokite savo WebXR programą, kad nustatytumėte našumo kliūtis ir atitinkamai optimizuotumėte savo atvaizdavimo kodą. WebXR sluoksniai gali padėti pagerinti našumą, tačiau svarbu juos naudoti efektyviai.
• Klaidų tvarkymas: Įdiekite patikimą klaidų tvarkymą, kad sklandžiai apdorotumėte bet kokias klaidas, kurios gali kilti WebXR sesijos ar atvaizdavimo proceso metu.

Pažangios technikos ir panaudojimo atvejai

WebXR sluoksniai atveria duris įvairioms pažangioms atvaizdavimo technikoms ir panaudojimo atvejams:

1. Asinchroninė reprojekcija

Kaip minėta anksčiau, WebXR sluoksniai palengvina asinchroninę reprojekciją, kuri gali žymiai sumažinti delsą ir pagerinti suvokiamą WebXR patirčių našumą. Leisdama vykdymo aplinkai ekstrapoliuoti vartotojo galvos padėtį ir perprojektuoti atvaizduotą sceną, asinchroninė reprojekcija gali užmaskuoti atvaizdavimo vėlavimo poveikį. Tai ypač svarbu įrenginiuose su ribotais ištekliais, kur atvaizdavimo našumas gali būti ribotas.

2. Foveacinis atvaizdavimas

Foveacinis atvaizdavimas yra dar viena pažangi technika, galinti pagerinti našumą, sutelkiant atvaizdavimo detales tose srityse, į kurias žiūri vartotojas. Tai galima pasiekti atvaizduojant fovealinę sritį (vartotojo žvilgsnio centrą) didesne raiška nei periferines sritis. WebXR sluoksniai gali būti naudojami foveaciniam atvaizdavimui įgyvendinti, sukuriant atskirus sluoksnius fovealinei ir periferinei sritims ir atvaizduojant juos skirtingomis raiškos.

3. Daugiapakopis atvaizdavimas

WebXR sluoksniai taip pat gali būti naudojami daugiapakopio atvaizdavimo technikoms, tokioms kaip atidėtasis šešėliavimas ir post-apdorojimo efektai, įgyvendinti. Daugiapakopiame atvaizdavime scena atvaizduojama keliais etapais, kiekviename etape atliekant konkrečią atvaizdavimo užduotį. Tai leidžia sukurti sudėtingesnius ir realistiškesnius atvaizdavimo efektus.

4. Realaus ir virtualaus turinio kompozicija

Vienas iš įspūdingiausių WebXR sluoksnių panaudojimo atvejų yra galimybė sklandžiai sujungti realaus pasaulio ir virtualų turinį. Tai yra būtina kuriant patrauklias PR ir MR patirtis. Naudodami kameros vaizdą kaip vieną sluoksnį ir virtualų turinį kaip kitą, kūrėjai gali sukurti patirtis, kurios įtikinamai sulieja realų ir virtualų pasaulius.

Tarp-platforminiai aspektai

Kuriant WebXR programas su sluoksniais, svarbu atsižvelgti į tarp-platforminį suderinamumą. Skirtingos naršyklės ir įrenginiai gali turėti skirtingą WebXR sluoksnių palaikymo lygį. Rekomenduojama išbandyti savo programą įvairiuose įrenginiuose ir naršyklėse, kad užtikrintumėte, jog ji veikia kaip tikėtasi. Be to, žinokite apie bet kokius platformai specifinius ypatumus ar apribojimus, kurie gali paveikti atvaizdavimo procesą.

Pavyzdžiui, kai kurie mobilieji įrenginiai gali turėti ribotą grafikos apdorojimo galią, o tai gali paveikti WebXR programų su sluoksniais našumą. Tokiais atvejais gali prireikti optimizuoti atvaizdavimo kodą arba sumažinti scenos sudėtingumą, kad būtų pasiektas priimtinas našumas.

WebXR sluoksnių ateitis

WebXR sluoksniai yra greitai besivystanti technologija, ir ateityje galime tikėtis tolesnių patobulinimų. Kai kurios potencialios plėtros sritys apima:

• Pagerintas našumas: Nuolatinės pastangos optimizuoti WebXR vykdymo aplinką ir aparatinės įrangos spartinimą dar labiau pagerins WebXR sluoksnių našumą.
• Nauji sluoksnių tipai: Gali būti pristatyti nauji sluoksnių tipai, skirti palaikyti papildomas atvaizdavimo technikas ir panaudojimo atvejus.
• Patobulintos kompozicijos galimybės: WebXR sluoksnių kompozicijos galimybės gali būti patobulintos, kad būtų galima sukurti sudėtingesnius vizualinius efektus ir sklandžiau integruoti realaus pasaulio ir virtualų turinį.
• Geresni kūrėjų įrankiai: Patobulinti kūrėjų įrankiai palengvins WebXR programų su sluoksniais derinimą ir optimizavimą.

Išvada

WebXR sluoksniai yra galinga funkcija, suteikianti lankstesnį ir efektyvesnį būdą valdyti ir komponuoti skirtingus vizualinius elementus jūsų WebXR scenoje. Perkeliant kompozicijos procesą į WebXR vykdymo aplinką, WebXR sluoksniai gali pagerinti našumą, padidinti lankstumą, sumažinti atminties naudojimą ir įgalinti pažangias atvaizdavimo technikas. WebXR toliau vystantis, WebXR sluoksniai vaidins vis svarbesnį vaidmenį kuriant patrauklias ir įtraukiančias PR, MR ir VR patirtis internete.

Nesvarbu, ar kuriate paprastą PR programą, ar sudėtingą VR simuliaciją, WebXR sluoksniai gali padėti jums pasiekti savo tikslus. Suprasdami šiame straipsnyje aptartus principus ir technikas, galite pasinaudoti WebXR sluoksnių galia ir sukurti tikrai nuostabias įtraukiančias patirtis.

Esmė: WebXR sluoksniai yra reikšmingas žingsnis į priekį, leidžiantis kurti našias ir vizualiai turtingas įtraukiančias žiniatinklio patirtis. Suprasdami ir naudodami šią technologiją, kūrėjai gali kurti naujos kartos PR, MR ir VR programas, kurios plečia galimybių ribas žiniatinklyje.

Papildomi ištekliai

• WebXR sluoksnių API specifikacija
• Mozilla WebXR API dokumentacija
• Immersive Web bendruomenės grupė