Виявлення площин у WebXR: Майстерність розпізнавання поверхонь та AR-розміщення для глобальної аудиторії

WebXR пропонує потужний шлюз для створення захопливих вражень доповненої реальності (AR) безпосередньо у веббраузерах. Основою багатьох AR-застосунків є виявлення площин, що дозволяє вашому застосунку розуміти реальне середовище та бездоганно інтегрувати віртуальний контент. Ця стаття надає вичерпний посібник з виявлення площин у WebXR, зосереджуючись на розпізнаванні поверхонь, техніках AR-розміщення та найкращих практиках для створення інклюзивних і продуктивних вражень, які знайдуть відгук у глобальної аудиторії.

Що таке виявлення площин у WebXR?

Виявлення площин — це процес ідентифікації та розуміння пласких поверхонь у фізичному середовищі користувача за допомогою сенсорів пристрою (зазвичай камери та датчиків руху). WebXR використовує ці дані з сенсорів разом з алгоритмами комп'ютерного зору для виявлення та відстеження горизонтальних і вертикальних площин, таких як підлога, столи, стіни та навіть стелі.

Щойно площина виявлена, застосунок WebXR може використовувати цю інформацію, щоб:

• Прив'язувати віртуальні об'єкти до реального світу, створюючи враження, ніби вони дійсно присутні в оточенні.
• Забезпечувати інтерактивні враження, де користувачі можуть маніпулювати віртуальними об'єктами відносно реальних поверхонь.
• Надавати реалістичне освітлення та тіні на основі сприйнятого середовища.
• Реалізовувати виявлення зіткнень між віртуальними об'єктами та реальними поверхнями.

Чому виявлення площин важливе для WebXR?

Виявлення площин є вирішальним для створення захопливих і правдоподібних AR-вражень. Без нього віртуальні об'єкти просто б плавали в просторі, відірвані від оточення користувача, руйнуючи ілюзію доповненої реальності.

Точно виявляючи та розуміючи поверхні, виявлення площин дозволяє створювати AR-застосунки, які є:

• Імерсивними: Віртуальні об'єкти відчуваються як справжня частина реального світу.
• Інтерактивними: Користувачі можуть взаємодіяти з віртуальними об'єктами природним та інтуїтивним способом.
• Корисними: AR-застосунки можуть надавати практичні рішення для реальних проблем, наприклад, візуалізацію меблів у кімнаті або вимірювання відстаней між об'єктами.
• Доступними: WebXR та виявлення площин уможливлюють AR-враження, доступні на різноманітних пристроях, не вимагаючи від користувачів завантаження окремого застосунку.

Як працює виявлення площин у WebXR

Виявлення площин у WebXR зазвичай включає наступні кроки:

1. Запит на відстеження площин: Застосунок WebXR запитує доступ до AR-можливостей пристрою, включаючи відстеження площин.
2. Отримання XRFrame: На кожному кадрі застосунок отримує об'єкт `XRFrame`, який надає інформацію про поточний стан AR-сесії, включаючи позу камери та виявлені площини.
3. Запит TrackedPlanes: Об'єкт `XRFrame` містить список об'єктів `XRPlane`, кожен з яких представляє виявлену площину на сцені.
4. Аналіз даних XRPlane: Кожен об'єкт `XRPlane` надає інформацію про площину:
• Орієнтація: Чи є площина горизонтальною або вертикальною.
• Позиція: Позиція площини у 3D-світі.
• Розміри: Ширина та висота площини.
• Полігон: Межовий полігон, що представляє форму виявленої площини.
• Час останньої зміни: Часова мітка, що вказує, коли властивості площини були востаннє оновлені.
5. Рендеринг та взаємодія: Застосунок використовує цю інформацію для рендерингу віртуальних об'єктів на виявлених площинах та забезпечення взаємодії з користувачем.

API та приклади коду для виявлення площин у WebXR

Розглянемо деякі приклади коду з використанням JavaScript та популярної бібліотеки WebXR, такої як Three.js:

Ініціалізація сесії WebXR та запит на відстеження площин

Спочатку вам потрібно запросити імерсивну AR-сесію та вказати, що ви хочете відстежувати виявлені площини:

            
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');
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Обробка XRFrame та відстежуваних площин

У вашому циклі анімації вам потрібно буде отримувати доступ до `XRFrame` та перебирати виявлені площини:

            
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
              
            
          

Створення сітки (mesh) для кожної виявленої площини

Для візуалізації виявлених площин ви можете створити просту сітку (наприклад, `THREE.Mesh`) та оновлювати її геометрію на основі розмірів та полігону `XRPlane`. Можливо, вам знадобиться допоміжна функція, яка перетворює вершини полігону у відповідний формат геометрії для вашого рушія рендерингу.

            
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
              
            
          

Техніки AR-розміщення: Прив'язка віртуальних об'єктів

Після виявлення площин ви можете прив'язувати до них віртуальні об'єкти. Це включає розміщення віртуальних об'єктів у правильній позиції та орієнтації відносно виявленої площини. Існує кілька способів досягти цього:

Променеве трасування (Raycasting)

Променеве трасування передбачає випускання променя з пристрою користувача (зазвичай з центру екрана) в сцену. Якщо промінь перетинає виявлену площину, ви можете використати точку перетину для позиціонування віртуального об'єкта. Це дозволяє користувачеві торкнутися екрана, щоб розмістити об'єкт на бажаній поверхні.

            
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);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Використання Hit-Test API (за наявності)

WebXR Hit-Test API надає більш прямий спосіб знайти перетини між променем та реальним світом. Він дозволяє вам випустити промінь з поля зору користувача та отримати список об'єктів `XRHitResult`, кожен з яких представляє перетин з реальною поверхнею. Це ефективніше та точніше, ніж покладатися виключно на виявлені площини.

            
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
              
            
          

Прив'язка до меж площини

Ви також можете використовувати полігон, що представляє межу площини, для розміщення об'єктів уздовж країв або всередині виявленої площини. Це може бути корисно для розміщення віртуальних об'єктів у певній конфігурації відносно площини.

Оптимізація виявлення площин у WebXR для глобальних пристроїв

Застосунки WebXR повинні працювати плавно на широкому спектрі пристроїв, від високопродуктивних смартфонів до менш потужних мобільних пристроїв. Оптимізація реалізації виявлення площин є ключовою для забезпечення хорошого користувацького досвіду на різних апаратних конфігураціях.

Аспекти продуктивності

• Обмежте кількість площин: Відстеження занадто великої кількості площин може бути обчислювально затратним. Розгляньте можливість обмеження кількості площин, які ваш застосунок активно відстежує, або надайте пріоритет площинам, що знаходяться найближче до користувача.
• Оптимізуйте геометрію сітки площини: Використовуйте ефективні представлення геометрії для сіток площин. Уникайте надмірної деталізації або непотрібних вершин.
• Використовуйте WebAssembly: Розгляньте можливість використання WebAssembly (WASM) для реалізації обчислювально інтенсивних завдань, таких як алгоритми виявлення площин або власні процедури комп'ютерного зору. WASM може забезпечити значне покращення продуктивності порівняно з JavaScript.
• Зменште навантаження на рендеринг: Оптимізація рендерингу всієї вашої сцени, включаючи віртуальні об'єкти та сітки площин, є критично важливою. Використовуйте такі техніки, як рівень деталізації (LOD), відсікання невидимих об'єктів (occlusion culling) та стиснення текстур, щоб зменшити робоче навантаження на рендеринг.
• Профілюйте та оптимізуйте: Регулярно профілюйте свій застосунок за допомогою інструментів розробника в браузері для виявлення вузьких місць у продуктивності. Оптимізуйте свій код на основі результатів профілювання.

Кросплатформенна сумісність

• Виявлення функціональності: Використовуйте виявлення функціональності, щоб перевірити, чи підтримує пристрій виявлення площин, перш ніж намагатися його використовувати. Надайте резервні механізми або альтернативні враження для пристроїв, які не підтримують виявлення площин.
• ARCore та ARKit: Реалізації WebXR зазвичай покладаються на базові AR-фреймворки, такі як ARCore (для Android) та ARKit (для iOS). Будьте обізнані про відмінності в можливостях виявлення площин та продуктивності між цими фреймворками.
• Оптимізації для конкретних пристроїв: Розгляньте можливість впровадження оптимізацій для конкретних пристроїв, щоб скористатися унікальними можливостями різних пристроїв.

Аспекти доступності

Важливо зробити AR-враження у WebXR доступними для користувачів з обмеженими можливостями. Для виявлення площин враховуйте наступне:

• Візуальний зворотний зв'язок: Надайте чіткий візуальний зворотний зв'язок при виявленні площини, наприклад, виділяючи площину певним кольором або візерунком. Це може допомогти користувачам із вадами зору зрозуміти оточення.
• Аудіальний зворотний зв'язок: Надайте аудіальний зворотний зв'язок, щоб вказати на виявлення площини, наприклад, звуковий ефект або словесний опис орієнтації та розміру площини.
• Альтернативні методи введення: Надайте альтернативні методи введення для розміщення віртуальних об'єктів, такі як голосові команди або введення з клавіатури, на додаток до сенсорних жестів.
• Регульоване розміщення: Дозвольте користувачам регулювати положення та орієнтацію віртуальних об'єктів відповідно до їхніх індивідуальних потреб та уподобань.

Найкращі практики для розробки виявлення площин у WebXR для глобальної аудиторії

Розробка застосунків з виявленням площин у WebXR для глобальної аудиторії вимагає ретельного врахування культурних відмінностей, мовної підтримки та різних можливостей пристроїв. Ось деякі найкращі практики:

• Локалізація: Локалізуйте текстовий та аудіоконтент вашого застосунку для підтримки різних мов. Використовуйте відповідні формати дат та чисел для різних регіонів.
• Культурна чутливість: Будьте уважними до культурних відмінностей у тому, як користувачі сприймають AR-враження та взаємодіють з ними. Уникайте використання культурно чутливих символів або зображень.
• Доступність: Дотримуйтесь настанов з доступності, щоб забезпечити можливість використання вашого застосунку людьми з обмеженими можливостями.
• Оптимізація продуктивності: Оптимізуйте продуктивність вашого застосунку, щоб він плавно працював на широкому спектрі пристроїв.
• Тестування: Ретельно тестуйте ваш застосунок на різних пристроях та в різних середовищах, щоб виявити та виправити будь-які проблеми. Розгляньте можливість залучення користувачів з різних регіонів та культурних середовищ до процесу тестування.
• Конфіденційність: Чітко повідомляйте користувачам, як використовуються їхні дані, та переконайтеся, що ви дотримуєтесь відповідних правил конфіденційності.
• Надавайте чіткі інструкції: Надавайте чіткі та стислі інструкції щодо використання застосунку, враховуючи різні рівні технічної підготовки.

Приклади застосунків з виявленням площин у WebXR

Виявлення площин у WebXR може бути використано для створення широкого спектру AR-застосунків, зокрема:

• Візуалізація меблів: Дозволяє користувачам візуалізувати, як меблі виглядатимуть у їхніх домівках перед покупкою. IKEA Place є відомим прикладом.
• Ігри: Створює імерсивні AR-ігри, де віртуальні персонажі та об'єкти взаємодіють з реальним світом.
• Освіта: Надає інтерактивні освітні враження, де студенти можуть досліджувати 3D-моделі та симуляції у власному середовищі. Наприклад, візуалізація сонячної системи на столі.
• Промислові застосунки: Дозволяє робітникам візуалізувати інструкції, креслення та іншу інформацію безпосередньо в полі їхнього зору, покращуючи ефективність та точність.
• Роздрібна торгівля: Дозволяє клієнтам приміряти віртуальний одяг або аксесуари перед покупкою. Sephora Virtual Artist є хорошим прикладом.
• Інструменти для вимірювання: Дозволяє користувачам вимірювати відстані та площі в реальному світі за допомогою своїх мобільних пристроїв.

Майбутнє виявлення площин у WebXR

Виявлення площин у WebXR є галуззю, що швидко розвивається. Оскільки пристрої стають потужнішими, а алгоритми комп'ютерного зору вдосконалюються, ми можемо очікувати ще більш точних та надійних можливостей виявлення площин у майбутньому. Деякі потенційні майбутні розробки включають:

• Покращена точність виявлення площин: Більш точне та надійне виявлення площин, навіть у складних умовах.
• Семантичне розуміння: Здатність розуміти семантичне значення виявлених площин, наприклад, розрізняти різні типи поверхонь (дерево, метал, скло).
• Реконструкція сцени: Здатність створювати 3D-модель всього оточення, а не лише пласких поверхонь.
• Виявлення площин на основі ШІ: Використання штучного інтелекту та машинного навчання для покращення продуктивності та точності виявлення площин.
• Інтеграція з хмарними сервісами: Інтеграція з хмарними сервісами для забезпечення спільних AR-вражень та загальних віртуальних просторів.

Висновок

Виявлення площин у WebXR — це потужна технологія, яка уможливлює створення імерсивних та інтерактивних AR-вражень безпосередньо у веббраузерах. Опанувавши техніки розпізнавання поверхонь та AR-розміщення, розробники можуть створювати захопливі застосунки, які знайдуть відгук у глобальної аудиторії. Враховуючи оптимізацію продуктивності, доступність та культурну чутливість, ви можете забезпечити, щоб ваші застосунки WebXR були зручними та приємними для людей з усього світу.

Оскільки технологія WebXR продовжує розвиватися, виявлення площин відіграватиме все важливішу роль у формуванні майбутнього доповненої реальності. Продовжуйте експериментувати, залишайтеся допитливими та розширюйте межі можливого з WebXR!