WebXR atvaizdavimo optimizavimas: našumo technikos įtraukiančioms patirtims

WebXR keičia mūsų sąveikos su internetu būdus, atverdamas duris įtraukiančioms patirtims, tokioms kaip virtuali realybė (VR) ir papildyta realybė (AR), tiesiogiai naršyklėje. Tačiau kuriant patrauklias ir sklandžias WebXR patirtis, būtina atidžiai stebėti atvaizdavimo optimizavimą. Prastai optimizuotos programos gali kentėti nuo žemo kadrų dažnio, sukeldamos judesio ligą ir neigiamą vartotojo patirtį. Šiame straipsnyje pateikiamas išsamus WebXR atvaizdavimo optimizavimo technikų vadovas, kuris padės jums sukurti didelio našumo, įtraukiančias patirtis pasaulinei auditorijai.

WebXR našumo aplinkos supratimas

Prieš gilinantis į konkrečias optimizavimo technikas, svarbu suprasti veiksnius, darančius įtaką WebXR našumui. Tai apima:

• Kadrų dažnis: VR ir AR programoms reikalingas aukštas ir stabilus kadrų dažnis (paprastai 60–90 Hz), siekiant sumažinti delsą ir išvengti judesio ligos.
• Apdorojimo galia: WebXR programos veikia įvairiuose įrenginiuose, nuo aukštos klasės kompiuterių iki mobiliųjų telefonų. Optimizavimas mažesnės galios įrenginiams yra būtinas norint pasiekti platesnę auditoriją.
• WebXR API pridėtinės išlaidos: Pats WebXR API sukuria tam tikras pridėtines išlaidas, todėl efektyvus jo naudojimas yra labai svarbus.
• Naršyklės našumas: Skirtingos naršyklės turi skirtingą WebXR palaikymo ir našumo lygį. Rekomenduojama testuoti keliose naršyklėse.
• Atminties valymas (Garbage Collection): Pernelyg dažnas atminties valymas gali sukelti kadrų dažnio kritimą. Minimizuokite atminties paskirstymą ir atlaisvinimą atvaizdavimo metu.

Jūsų WebXR programos profiliavimas

Pirmasis žingsnis optimizuojant jūsų WebXR programą yra nustatyti našumo „butelio kakliukus“. Naudokite naršyklės kūrėjo įrankius savo programos CPU ir GPU naudojimui profiliuoti. Ieškokite sričių, kuriose jūsų kodas praleidžia daugiausiai laiko.

Pavyzdys: „Chrome DevTools“ našumo skirtukas „Chrome DevTools“ našumo skirtukas leidžia įrašyti jūsų programos vykdymo laiko juostą. Tada galite analizuoti laiko juostą, kad nustatytumėte lėtas funkcijas, pernelyg dažną atminties valymą ir kitas našumo problemas.

Pagrindiniai stebimi rodikliai:

• Kadro laikas: Laikas, per kurį atvaizduojamas vienas kadras. Siekite, kad kadro laikas būtų 16,67 ms esant 60 Hz ir 11,11 ms esant 90 Hz.
• GPU laikas: Laikas, praleistas atvaizduojant GPU.
• CPU laikas: Laikas, praleistas vykdant JavaScript kodą CPU.
• Atminties valymo laikas: Laikas, praleistas valant atmintį.

Geometrijos optimizavimas

Sudėtingi 3D modeliai gali būti pagrindinis našumo „butelio kakliukas“. Štai keletas geometrijos optimizavimo technikų:

1. Sumažinkite daugiakampių skaičių

Daugiakampių skaičius jūsų scenoje tiesiogiai veikia atvaizdavimo našumą. Sumažinkite daugiakampių skaičių:

• Modelių supaprastinimas: Naudokite 3D modeliavimo programinę įrangą, kad sumažintumėte savo modelių daugiakampių skaičių.
• LOD (detalumo lygio) naudojimas: Sukurkite kelias savo modelių versijas su skirtingais detalumo lygiais. Naudokite aukščiausio detalumo modelius objektams, esantiems arti vartotojo, ir žemesnio detalumo modelius tolimesniems objektams.
• Nereikalingų detalių pašalinimas: Pašalinkite daugiakampius, kurie nėra matomi vartotojui.

Pavyzdys: LOD įgyvendinimas Three.js

```javascript const lod = new THREE.LOD(); lod.addLevel( objectHighDetail, 20 ); //High detail object visible up to 20 units lod.addLevel( objectMediumDetail, 50 ); //Medium detail object visible up to 50 units lod.addLevel( objectLowDetail, 100 ); //Low detail object visible up to 100 units lod.addLevel( objectVeryLowDetail, Infinity ); //Very low detail object always visible scene.add( lod ); ```

2. Optimizuokite viršūnių duomenis

Viršūnių duomenų (pozicijų, normalių, UV koordinačių) kiekis taip pat veikia našumą. Optimizuokite viršūnių duomenis:

• Indeksuotos geometrijos naudojimas: Indeksuota geometrija leidžia pakartotinai naudoti viršūnes, sumažinant apdorojamų duomenų kiekį.
• Mažesnio tikslumo duomenų tipų naudojimas: Naudokite Float16Array vietoj Float32Array viršūnių duomenims, jei tikslumas yra pakankamas.
• Viršūnių duomenų išdėstymas pakaitomis (Interleaving): Išdėstykite viršūnių duomenis (poziciją, normalę, UV koordinates) pakaitomis viename buferyje, kad pagerintumėte atminties prieigos modelius.

3. Statinis grupavimas (Batching)

Jei jūsų scenoje yra keli statiniai objektai, kurie naudoja tą pačią medžiagą, galite juos sujungti į vieną tinklelį (mesh) naudodami statinį grupavimą. Tai sumažina „draw call“ skaičių, o tai gali žymiai pagerinti našumą.

Pavyzdys: Statinis grupavimas Three.js

```javascript const geometry = new THREE.Geometry(); for ( let i = 0; i < objects.length; i ++ ) { geometry.merge( objects[ i ].geometry, objects[ i ].matrix ); } const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xff0000 } ); const mesh = new THREE.Mesh( geometry, material ); scene.add( mesh ); ```

4. Atkirtimas pagal matymo piramidę (Frustum Culling)

Atkirtimas pagal matymo piramidę (Frustum culling) – tai procesas, kurio metu iš atvaizdavimo konvejerio pašalinami objektai, esantys už kameros matymo lauko ribų. Tai gali žymiai pagerinti našumą, sumažinant apdorojamų objektų skaičių.

Dauguma 3D variklių turi integruotas atkirtimo pagal matymo piramidę galimybes. Įsitikinkite, kad jos įjungtos.

Tekstūrų optimizavimas

Tekstūros taip pat gali būti pagrindinis našumo „butelio kakliukas“, ypač WebXR programose su didelės raiškos ekranais. Štai keletas tekstūrų optimizavimo technikų:

1. Sumažinkite tekstūrų raišką

Naudokite mažiausią įmanomą tekstūros raišką, kuri vis dar atrodo priimtinai. Mažesnėms tekstūroms reikia mažiau atminties, jos greičiau įkeliamos ir apdorojamos.

2. Naudokite suspaustas tekstūras

Suspaustos tekstūros sumažina atminties kiekį, reikalingą tekstūroms saugoti, ir gali pagerinti atvaizdavimo našumą. Naudokite tekstūrų glaudinimo formatus, tokius kaip:

• ASTC (Adaptive Scalable Texture Compression): Universalus tekstūrų glaudinimo formatas, palaikantis platų blokų dydžių ir kokybės lygių spektrą.
• ETC (Ericsson Texture Compression): Plačiai palaikomas tekstūrų glaudinimo formatas, ypač mobiliuosiuose įrenginiuose.
• Basis Universal: Tekstūrų glaudinimo formatas, kurį vykdymo metu galima perkoduoti į kelis formatus.

Pavyzdys: DDS tekstūrų naudojimas Babylon.js

```javascript BABYLON.Texture.LoadFromDDS("textures/myTexture.dds", scene, function (texture) { // Texture is loaded and ready to use }); ```

3. Mipmapping

Mipmapping yra procesas, kurio metu sukuriama serija mažesnės raiškos tekstūros versijų. Tinkamas mipmap lygis naudojamas atsižvelgiant į objekto atstumą nuo kameros. Tai sumažina artefaktus (aliasing) ir pagerina atvaizdavimo našumą.

Dauguma 3D variklių automatiškai generuoja tekstūrų mipmap'us. Įsitikinkite, kad mipmapping yra įjungtas.

4. Tekstūrų atlasai

Tekstūrų atlasas yra viena tekstūra, kurioje yra kelios mažesnės tekstūros. Naudojant tekstūrų atlasus sumažėja tekstūrų perjungimų skaičius, o tai gali pagerinti atvaizdavimo našumą. Ypač naudinga GUI ir „sprite“ pagrindu sukurtiems elementams.

Šešėliavimo (Shading) optimizavimas

Sudėtingi šešėliavimo algoritmai (shaders) taip pat gali būti našumo „butelio kakliukas“. Štai keletas šešėliavimo optimizavimo technikų:

1. Sumažinkite šešėliavimo algoritmo sudėtingumą

Supaprastinkite savo šešėliavimo algoritmus pašalindami nereikalingus skaičiavimus ir šakojimąsi. Kai tik įmanoma, naudokite paprastesnius šešėliavimo modelius.

2. Naudokite mažo tikslumo duomenų tipus

Naudokite mažo tikslumo duomenų tipus (pvz., lowp GLSL) kintamiesiems, kuriems nereikia didelio tikslumo. Tai gali pagerinti našumą mobiliuosiuose įrenginiuose.

3. „Iškepkite“ apšvietimą (Bake Lighting)

Jei jūsų scenoje yra statinis apšvietimas, galite „iškepti“ apšvietimą į tekstūras. Tai sumažina realiuoju laiku atliekamų apšvietimo skaičiavimų kiekį, o tai gali žymiai pagerinti našumą. Naudinga aplinkoms, kuriose dinaminis apšvietimas nėra kritiškai svarbus.

Pavyzdys: Apšvietimo „kepimo“ darbo eiga

1. Nustatykite savo sceną ir apšvietimą 3D modeliavimo programinėje įrangoje.
2. Konfigūruokite apšvietimo „kepimo“ nustatymus.
3. „Iškepkite“ apšvietimą į tekstūras.
4. Importuokite „iškeptas“ tekstūras į savo WebXR programą.

4. Minimizuokite „Draw Calls“

Kiekvienas „draw call“ (iškvietimas piešti) sukuria pridėtines išlaidas. Sumažinkite „draw call“ skaičių:

• Naudojant „Instancing“: „Instancing“ leidžia atvaizduoti kelias to paties objekto kopijas su skirtingomis transformacijomis naudojant vieną „draw call“.
• Medžiagų sujungimas: Naudokite tą pačią medžiagą kuo didesniam objektų skaičiui.
• Statinis grupavimas: Kaip minėta anksčiau, statinis grupavimas sujungia kelis statinius objektus į vieną tinklelį.

Pavyzdys: „Instancing“ naudojimas Three.js

```javascript const geometry = new THREE.BoxGeometry( 1, 1, 1 ); const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0xff0000 } ); const mesh = new THREE.InstancedMesh( geometry, material, 100 ); // 100 instances for ( let i = 0; i < 100; i ++ ) { const matrix = new THREE.Matrix4(); matrix.setPosition( i * 2, 0, 0 ); mesh.setMatrixAt( i, matrix ); } scene.add( mesh ); ```

WebXR API optimizavimas

Pats WebXR API gali būti optimizuotas geresniam našumui:

1. Kadrų dažnio sinchronizavimas

Naudokite requestAnimationFrame API, kad sinchronizuotumėte savo atvaizdavimo ciklą su ekrano atnaujinimo dažniu. Tai užtikrina sklandų atvaizdavimą ir apsaugo nuo vaizdo plyšinėjimo.

2. Asinchroninės operacijos

Ilgai trunkančias užduotis (pvz., išteklių įkėlimą) atlikite asinchroniškai, kad neužblokuotumėte pagrindinės gijos. Naudokite Promises ir async/await asinchroninėms operacijoms valdyti.

3. Minimizuokite WebXR API iškvietimus

Venkite nereikalingų WebXR API iškvietimų atvaizdavimo ciklo metu. Kai tik įmanoma, talpykloje saugokite rezultatus (cache).

4. Naudokite XR sluoksnius

XR sluoksniai suteikia mechanizmą turiniui atvaizduoti tiesiai į XR ekraną. Tai gali pagerinti našumą, sumažinant scenos komponavimo pridėtines išlaidas.

JavaScript optimizavimas

JavaScript našumas taip pat gali paveikti WebXR našumą. Štai keletas JavaScript kodo optimizavimo technikų:

1. Venkite atminties nutekėjimų

Atminties nutekėjimai gali laikui bėgant pabloginti našumą. Naudokite naršyklės kūrėjo įrankius, kad nustatytumėte ir ištaisytumėte atminties nutekėjimus.

2. Optimizuokite duomenų struktūras

Naudokite efektyvias duomenų struktūras duomenims saugoti ir apdoroti. Apsvarstykite galimybę naudoti ArrayBuffers ir TypedArrays skaitiniams duomenims.

3. Minimizuokite atminties valymą

Minimizuokite atminties paskirstymą ir atlaisvinimą atvaizdavimo ciklo metu. Kai tik įmanoma, pakartotinai naudokite objektus.

4. Naudokite „Web Workers“

Perkelkite skaičiavimams imlias užduotis į „Web Workers“, kad neužblokuotumėte pagrindinės gijos. „Web Workers“ veikia atskiroje gijoje ir gali atlikti skaičiavimus nepaveikdami atvaizdavimo ciklo.

Pavyzdys: pasaulinės WebXR programos optimizavimas atsižvelgiant į kultūrinį jautrumą

Įsivaizduokite edukacinę WebXR programą, pristatančią istorinius artefaktus iš viso pasaulio. Siekiant užtikrinti teigiamą patirtį pasaulinei auditorijai:

• Lokalizacija: Išverskite visą tekstą ir garsą į kelias kalbas.
• Kultūrinis jautrumas: Užtikrinkite, kad turinys būtų kultūriškai tinkamas ir vengtų stereotipų ar įžeidžiančių vaizdų. Konsultuokitės su kultūros ekspertais, kad užtikrintumėte tikslumą ir jautrumą.
• Įrenginių suderinamumas: Išbandykite programą įvairiuose įrenginiuose, įskaitant žemos klasės mobiliuosius telefonus ir aukštos klasės VR ausines.
• Prieinamumas: Pateikite alternatyvų tekstą vaizdams ir subtitrus vaizdo įrašams, kad programa būtų prieinama vartotojams su negalia.
• Tinklo optimizavimas: Optimizuokite programą mažos spartos interneto ryšiams. Naudokite suspaustus išteklius ir srautinio perdavimo (streaming) technikas, kad sumažintumėte atsisiuntimo laiką. Apsvarstykite turinio pristatymo tinklų (CDN) naudojimą, kad ištekliai būtų teikiami iš geografiškai įvairių vietų.

Išvados

WebXR programų optimizavimas našumui yra būtinas norint sukurti sklandžias, įtraukiančias patirtis. Laikydamiesi šiame straipsnyje aprašytų technikų, galite sukurti didelio našumo WebXR programas, kurios pasieks pasaulinę auditoriją ir suteiks patrauklią vartotojo patirtį. Nepamirškite nuolat profiliuoti savo programą ir tobulinti optimizacijas, kad pasiektumėte geriausią įmanomą našumą. Optimizuodami teikite pirmenybę vartotojo patirčiai ir prieinamumui, užtikrindami, kad programa būtų įtraukianti ir maloni visiems, nepriklausomai nuo jų buvimo vietos, įrenginio ar gebėjimų.

Puikių WebXR patirčių kūrimas reikalauja nuolatinio stebėjimo ir tobulinimo, technologijoms tobulėjant. Pasinaudokite bendruomenės žiniomis, atnaujinta dokumentacija ir naujausiomis naršyklių funkcijomis, kad išlaikytumėte optimalias patirtis.