WebXR poza: pozicijos ir orientacijos sekimo demistifikavimas įtraukiančioms patirtims

WebXR keičia mūsų sąveikos su žiniatinkliu būdus, suteikdama galimybę patirti įtraukiančią virtualią ir papildytą realybę tiesiog naršyklėje. Šių patirčių pagrindas yra pozos koncepcija – įrenginio ar rankos pozicija ir orientacija 3D erdvėje. Suprasti ir efektyviai naudoti pozos duomenis yra labai svarbu kuriant patrauklias ir interaktyvias WebXR programas.

Kas yra WebXR poza?

WebXR kontekste poza reiškia erdvinį objekto (pvz., ausinių, valdiklio ar sekamos rankos) santykį su apibrėžta koordinačių sistema. Ši informacija yra būtina norint teisingai atvaizduoti virtualų pasaulį iš vartotojo perspektyvos ir leisti jam natūraliai sąveikauti su virtualiais objektais. WebXR pozą sudaro du pagrindiniai komponentai:

• Pozicija: 3D vektorius, nurodantis objekto vietą erdvėje (paprastai matuojama metrais).
• Orientacija: Kvaternionas, nurodantis objekto pasukimą. Kvaternionai naudojami siekiant išvengti „gimbal lock“ problemos, kuri dažnai pasitaiko naudojant Eulerio kampus rotacijoms vaizduoti.

XRViewerPose ir XRInputSource sąsajos WebXR API suteikia prieigą prie šios pozos informacijos.

Koordinačių sistemų supratimas

Prieš pradedant programuoti, būtina suprasti koordinačių sistemas, naudojamas WebXR. Pagrindinė koordinačių sistema yra 'local' (vietinė) atskaitos erdvė, kuri yra susieta su vartotojo fizine aplinka. Šios erdvės pradžios taškas (0, 0, 0) paprastai apibrėžiamas pradedant XR sesiją.

Kitos atskaitos erdvės, tokios kaip 'viewer' (žiūrovo) ir 'bounded-floor' (apribotų grindų), suteikia papildomo konteksto. 'Viewer' erdvė atspindi galvos poziciją, o 'bounded-floor' – sekamą plotą ant grindų.

Dirbant su skirtingomis koordinačių sistemomis, dažnai tenka transformuoti pozą iš vienos erdvės į kitą. Tai paprastai daroma naudojant matricų transformacijas.

Prieiga prie pozos duomenų WebXR

Pateikiame žingsnis po žingsnio vadovą, kaip pasiekti pozos duomenis WebXR programoje, darant prielaidą, kad turite veikiančią WebXR sesiją:

1. Gaukite XRFrame: XRFrame atspindi WebXR aplinkos momentinę būseną konkrečiu laiko momentu. Jį gaunate savo animacijos cikle.
2. Gaukite XRViewerPose: Naudokite XRFrame metodo getViewerPose() funkciją, kad gautumėte žiūrovo (ausinių) pozą. Šiam metodui reikalingas XRReferenceSpace argumentas, nurodantis koordinačių sistemą, kurios atžvilgiu norite gauti pozą.
3. Gaukite įvesties šaltinių pozas: Pasiekite įvesties šaltinių (valdiklių ar sekamų rankų) pozas naudodami XRSession metodo getInputSources() funkciją. Tada naudokite kiekvieno XRInputSource metodo getPose() funkciją, vėlgi pateikdami XRReferenceSpace.
4. Išskirkite poziciją ir orientaciją: Iš XRViewerPose arba XRInputSource pozos išskirkite poziciją ir orientaciją. Pozicija yra 3 elementų ilgio Float32Array, o orientacija – 4 elementų ilgio Float32Array (kvaternionas).

Kodo pavyzdys (naudojant Three.js):

Šis pavyzdys parodo, kaip pasiekti žiūrovo pozą ir pritaikyti ją Three.js kamerai:

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);
}

Paaiškinimas:

• onXRFrame funkcija yra pagrindinis WebXR patirties animacijos ciklas.
• frame.getViewerPose(xrRefSpace) gauna žiūrovo pozą nurodytos xrRefSpace atžvilgiu.
• Pozicijos ir orientacijos komponentai išskiriami iš pose.transform objekto.
• Tada pozicija ir orientacija pritaikomos Three.js kamerai.

WebXR pozos pritaikymai

Pozos duomenų supratimas ir naudojimas atveria platų galimybių spektrą WebXR programoms:

• Virtualios realybės žaidimai: Tikslus galvos sekimas leidžia žaidėjams apsižvalgyti ir pasinerti į žaidimo pasaulį. Valdiklių sekimas leidžia sąveikauti su virtualiais objektais. Pagalvokite apie tokius žaidimus kaip „Beat Saber“ ar „Superhot VR“, kuriuos dabar galima žaisti naršyklėje su WebXR, o tikslumas prilygsta natyviam veikimui.
• Papildytos realybės perdangos: Pozos duomenys yra būtini norint virtualius objektus susieti su realiu pasauliu. Įsivaizduokite, kad naudodami AR savo svetainėje išdėliojate baldų modelius arba gaunate realaus laiko informaciją apie lankytinas vietas vaikščiodami po Romą.
• 3D modeliavimas ir dizainas: Vartotojai gali manipuliuoti 3D modeliais naudodami rankų sekimą ar valdiklius. Pagalvokite apie architektus, bendradarbiaujančius prie pastato projekto bendroje virtualioje erdvėje, visi naudodami WebXR.
• Mokymai ir simuliacijos: Realistiškos simuliacijos gali būti sukurtos naudojant pozos duomenis scenarijams, tokiems kaip pilotų mokymai ar medicininės procedūros. Pavyzdžiai galėtų apimti sudėtingos mašinos valdymą ar chirurginės procedūros atlikimą, pasiekiamą bet kur su naršykle.
• Nuotolinis bendradarbiavimas: Palengvina nuotolinių komandų darbą, kurios gali bendradarbiauti ties virtualiais projektais bendrose papildytos ar virtualios realybės erdvėse.

Iššūkiai ir svarstymai

Nors WebXR poza siūlo didžiulį potencialą, yra keletas iššūkių, į kuriuos reikia atsižvelgti:

• Našumas: Pozos duomenų gavimas ir apdorojimas gali reikalauti daug skaičiavimo resursų, ypač su keliais sekamais objektais. Labai svarbu optimizuoti kodą ir naudoti efektyvias atvaizdavimo technikas.
• Tikslumas ir delsa: Pozos sekimo tikslumas ir delsa gali skirtis priklausomai nuo aparatūros ir aplinkos. Aukštesnės klasės VR/AR ausinės paprastai užtikrina tikslesnį ir mažesnės delsos sekimą nei mobilieji įrenginiai.
• Vartotojo komfortas: Netikslus arba didelės delsos sekimas gali sukelti judesio ligą. Užtikrinti sklandžią ir jautrią patirtį yra svarbiausia.
• Prieinamumas: Reikėtų atidžiai apsvarstyti dizainą, siekiant užtikrinti, kad programa būtų prieinama vartotojams su negalia. Apsvarstykite alternatyvius įvesties metodus ir būdus, kaip sumažinti judesio ligą.
• Privatumas: Būkite atidūs vartotojų privatumui renkant ir naudojant pozos duomenis. Pateikite aiškius paaiškinimus, kaip duomenys naudojami, ir gaukite informuotą sutikimą.

Geriausios WebXR pozos naudojimo praktikos

Norėdami sukurti aukštos kokybės WebXR patirtis, laikykitės šių geriausių praktikų:

• Optimizuokite našumą: Sumažinkite apdorojimo kiekį savo animacijos cikle. Naudokite tokias technikas kaip objektų telkimas (object pooling) ir matymo lauko atmetimas (frustum culling), kad pagerintumėte atvaizdavimo našumą.
• Sklandžiai tvarkykite sekimo praradimą: Įdiekite mechanizmus, skirtus tvarkytis su situacijomis, kai prarandamas sekimas (pvz., vartotojas išeina iš sekimo zonos). Pateikite vizualinius signalus, rodančius, kai sekimas yra nepatikimas.
• Naudokite gludinimą ir filtravimą: Taikykite gludinimo ar filtravimo technikas, kad sumažintumėte drebėjimą ir pagerintumėte pozos duomenų stabilumą. Tai gali padėti sukurti patogesnę vartotojo patirtį.
• Apsvarstykite skirtingus įvesties metodus: Projektuokite savo programą taip, kad ji palaikytų įvairius įvesties metodus, įskaitant valdiklius, sekamas rankas ir balso komandas.
• Testuokite skirtinguose įrenginiuose: Išbandykite savo programą įvairiuose VR/AR įrenginiuose, kad užtikrintumėte suderinamumą ir našumą.
• Teikite pirmenybę vartotojo komfortui: Projektuokite programą atsižvelgdami į vartotojo komfortą. Venkite staigių judesių ar trikdančių perėjimų, kurie gali sukelti judesio ligą.
• Įgyvendinkite atsarginius variantus: Suteikite sklandžius atsarginius variantus naršyklėms, kurios nepalaiko WebXR, arba įrenginiams su ribotomis sekimo galimybėmis.

WebXR poza su skirtingomis karkasų sistemomis

Daugelis „JavaScript“ karkasų sistemų supaprastina WebXR kūrimą, įskaitant:

• Three.js: Populiari 3D grafikos biblioteka su plačiu WebXR palaikymu. Three.js suteikia abstrakcijas atvaizdavimui, scenos valdymui ir įvesties tvarkymui.
• Babylon.js: Kitas galingas 3D variklis su tvirtomis WebXR funkcijomis. Babylon.js siūlo pažangias atvaizdavimo galimybes ir išsamų įrankių rinkinį įtraukiančioms patirtims kurti.
• A-Frame: Deklaratyvi karkasų sistema, sukurta ant Three.js, kuri leidžia lengvai kurti WebXR patirtis naudojant HTML panašią sintaksę. A-Frame idealiai tinka pradedantiesiems ir greitam prototipų kūrimui.
• React Three Fiber: „React“ atvaizdavimo priemonė, skirta Three.js, leidžianti kurti WebXR patirtis naudojant „React“ komponentus.

Kiekviena karkasų sistema suteikia savo būdą pasiekti ir manipuliuoti WebXR pozos duomenimis. Dėl konkrečių instrukcijų ir pavyzdžių žiūrėkite karkasų sistemos dokumentaciją.

WebXR pozos ateitis

WebXR pozos technologija nuolat tobulėja. Ateities pasiekimai gali apimti:

• Pagerintas sekimo tikslumas: Nauji jutikliai ir sekimo algoritmai leis pasiekti tikslesnį ir patikimesnį pozos sekimą.
• Gilesnė integracija su dirbtiniu intelektu: DI pagrįstas pozos įvertinimas galėtų įgalinti sudėtingesnes sąveikas su virtualiomis aplinkomis.
• Standartizuotas rankų sekimas: Pagerinti rankų sekimo standartai lems nuoseklesnes ir intuityvesnes rankų sąveikas skirtinguose įrenginiuose.
• Patobulintas pasaulio supratimas: Pozos duomenų derinimas su aplinkos supratimo technologijomis (pvz., SLAM) leis sukurti realistiškesnes ir labiau įtraukiančias papildytos realybės patirtis.
• Suderinamumas tarp platformų: Tolesnis vystymas siekiant užtikrinti, kad WebXR ir susijusios technologijos būtų kuo labiau suderinamos tarp platformų, suteikiant visuotinį prieinamumą.

Išvada

WebXR poza yra fundamentalus elementas, kuriant patrauklias ir interaktyvias virtualios bei papildytos realybės patirtis internete. Suprasdami pozicijos ir orientacijos sekimo principus bei laikydamiesi geriausių praktikų, kūrėjai gali atskleisti visą WebXR potencialą ir kurti įtraukiančias programas, kurios plečia galimybių ribas. Tobulėjant technologijoms ir augant pritaikymui, WebXR galimybės yra neribotos, žadančios ateitį, kurioje žiniatinklis taps tikrai įtraukiančia ir interaktyvia terpe vartotojams visame pasaulyje.