Koordináta-rendszerek

A vegyes valóság alkalmazásai alapvető céljaként hologramokat helyez el a világában, amelyek valós objektumoknak tűnnek és hangjelzést adnak. Ez magában foglalja a hologramok pontos elhelyezését és tájolását a világ értelmes helyeinél, függetlenül attól, hogy a világ a fizikai szobájuk vagy egy létrehozott virtuális tartomány. A Windows különböző valós koordinátarendszereket biztosít a geometria kifejezéséhez – ezeket térbeli koordináta-rendszereknek nevezzük. Ezeket a rendszereket használhatja a hologram helyzetének, tájolásának, tekintetének vagy kézpozícióinak magyarázatára.

Eszköztámogatás

Vegyes valóság élményskálái

Vegyes valóság alkalmazásokat tervezhet a felhasználói élmény széles skálájához, a 360 fokos videómegjelenítőktől a headset-tájoláson át a teljes világszintű alkalmazásokig és játékokig térbeli leképezéssel és térbeli horgonyokkal:

A fenti élményskálák egy "beágyazott babák" modellt követnek. A Windows Mixed Reality fő tervezési elve a következő: egy adott headset támogatja a célélmény-skálázáshoz készült alkalmazásokat, és minden kisebb skálázást.

A Szakasz hivatkozási kerete még nem támogatott a HoloLensben. A HoloLens helyiségméretező alkalmazásának jelenleg térbeli leképezéssel vagy jelenetfelismeréssel kell megkeresnie a felhasználó padlóját és falait.

Térbeli koordináta-rendszerek

Minden 3D grafikus alkalmazás Cartesian koordinátarendszereket használ a virtuális objektumok helyzetének és tájolásának magyarázatára. Ezek a koordinátarendszerek három merőleges tengelyt hoznak létre: X, Y és Z. Minden jelenethez hozzáadott objektum XYZ-pozícióval rendelkezik a koordinátarendszerben. A Windows egy olyan koordinátarendszert hív meg, amelynek valós jelentése van a fizikai világban egy térbeli koordináta-rendszernek, amely mérőszámokban fejezi ki a koordináta-értékeit. Ez azt jelenti, hogy az X, Y vagy Z tengelyen két egységre helyezett objektumok két méterre jelennek meg egymástól, ha vegyes valóságban jelennek meg. Ennek ismeretében egyszerűen renderelheti az objektumokat és a környezeteket valós méretekben.

A Cartesian koordinátarendszereket általában "jobbkezesnek" vagy "balkezesnek" nevezzük, mivel a XYZ tengelyek irányának jelzéséhez használhat kézi pozíciót. Mindkét koordinátarendszerben a pozitív X tengely jobbra, a pozitív Y tengely pedig felfelé mutat. A kettő között az a különbség, hogy a jobbkezes koordinátarendszerben a Z tengely ön felé mutat, míg a balkezes koordinátarendszerben a Z tengely távolodik Öntől.

A térbeli koordináta-rendszerek a Windowson (és így a Windows Mixed Realityben) mindig jobbkezesek.

[! JEGYZETEK]

• A Unity és az Unreal a balkezes koordinátarendszert használja.
• Bár a balkezes és a jobbkezes koordináták a leggyakoribb rendszerek, léteznek más koordinátarendszerek is a 3D szoftverekben. Nem szokatlan például, hogy a 3D modellezési alkalmazások olyan koordinátarendszert használnak, amelyben az Y tengely a megtekintő felé vagy attól távol, a Z tengely pedig felfelé mutat.

Csak tájolásos vagy ülő léptékű felület létrehozása

A holografikus renderelés kulcsa az, hogy a felhasználó mozgása közben az alkalmazás a hologramok nézetét módosítja az előrejelzett mozgásnak megfelelően. A helyhez kötött referenciakerettel olyan ülőméretű szolgáltatásokat hozhat létre, amelyek tiszteletben tartják a felhasználó fejhelyzetének és fej tájolásának változásait.

Egyes tartalmaknak figyelmen kívül kell hagyniuk a fej pozícióinak frissítését, és mindig rögzítettnek kell lenniük a választott címsornál és a felhasználótól való távolságnál. Az elsődleges példa a 360 fokos videó: mivel a videó egyetlen rögzített perspektívából van rögzítve, rontja a nézet pozíciójának illúzióját, hogy a tartalom alapján mozogjon, annak ellenére, hogy a nézet tájolása megváltozik, miközben a felhasználó körülnéz. Ezeket a csak tájolásos szolgáltatásokat egy csatolt referenciakerettel hozhatja létre.

Helyhez kötött referenciakeret

A helyhez kötött referenciakeret által biztosított koordinátarendszer úgy működik, hogy a világ alapján a lehető legstabilabb állapotban tartsa a felhasználó közelében lévő objektumok pozícióit, miközben tiszteletben tartja a felhasználó fejpozíciójának változásait.

Az olyan játékmotorok ülőméretű élményeihez, mint a Unity, a helyhez kötött referenciakeret határozza meg a motor "világát". Az adott világkoordinátára helyezett objektumok a helyhez kötött referenciakerettel határozzák meg a valós helyzetüket ugyanezekkel a koordinátákkal. A világon maradó tartalmakat, még ha a felhasználó végigjárja is, világzárt tartalomnak nevezzük.

Az alkalmazások általában egy helyhez kötött referenciakeretet hoznak létre az indításkor, és az alkalmazás teljes élettartama során használják annak koordinátarendszerét. A Unity alkalmazásfejlesztőjeként egyszerűen elkezdheti a tartalom elhelyezését a forrás alapján, amely a felhasználó kezdeti fejpozíciójában és tájolásában lesz. Ha a felhasználó egy új helyre költözik, és folytatni szeretné az ülőhelyes skálázási élményét, akkor ezen a helyen folytathatja a világ eredetét.

Idővel, ahogy a rendszer többet tud meg a felhasználó környezetéről, megállapíthatja, hogy a valós világ különböző pontjai közötti távolságok rövidebbek vagy hosszabbak, mint ahogyan azt a rendszer korábban hitte. Ha hologramokat jelenít meg egy HoloLens-alkalmazás helyhez kötött referenciakeretében, ahol a felhasználók körülbelül 5 méter széles területen haladnak túl, az alkalmazás megfigyelheti a hologramok megfigyelt helyén való eltérést. Ha a felhasználói élmény 5 méternél tovább vándorolnak, akkor egy olyan világszintű élményt hoz létre, amely más technikákat igényel a hologramok stabil állapotának megőrzéséhez az alábbiak szerint.

Csatolt referenciakeret

A csatolt referenciakeret a felhasználóval együtt halad végig, és egy rögzített címsor van meghatározva, amikor az alkalmazás először létrehozza a keretet. Így a felhasználó kényelmesen áttekintheti az adott hivatkozási keretben elhelyezett tartalmakat. Az ebben a felhasználói relatív módon renderelt tartalmat törzs által zárolt tartalomnak nevezzük.

Ha a headset nem tudja megállapítani, hogy hol van a világon, egy csatolt referenciakeret biztosítja az egyetlen koordinátarendszert, amely a hologramok renderelésére használható. Ez ideálissá teszi a tartalék felhasználói felület megjelenítését, hogy közölje a felhasználóval, hogy az eszköz nem találja őket a világon. Az ülésméretű vagy magasabb szintű alkalmazásoknak csak tájolásos tartalékot kell tartalmazniuk, amely segít a felhasználónak a visszatérésben. A felhasználói felület hasonló a Vegyes valóság otthonában láthatóhoz.

Álló vagy helyiségméretű felület létrehozása

Ha egy modern headseten túl szeretne lépni az ülőméreten, és álló léptékű élményt szeretne kialakítani, használhatja a referenciaszakasz keretét.

A helyiségszintű élmény biztosításához, amely lehetővé teszi, hogy a felhasználók az előre meghatározott 5 méteres határon belül járkáljanak, a szakaszhatárokat is ellenőrizheti.

Referencia szakaszkerete

A modern headset első beállításakor a felhasználó meghatároz egy szakaszt, amely azt a helyiséget jelöli, amelyben vegyes valóságot fog tapasztalni. A szakasz minimálisan meghatározza a szakasz eredetét, egy térbeli koordinátarendszert, amely a felhasználó által választott padlópozícióra és előrefelé tájolásra van orientált, ahol használni szeretné az eszközt. Ha ebben a fáziskoordináta-rendszerben helyezi el a tartalmat az Y=0 padlósíkon, biztosíthatja, hogy a hologramok kényelmesen jelenjenek meg a padlón, amikor a felhasználó állva van, így a felhasználók állandó szintű élményt nyújtanak.

Szakaszhatárok

A felhasználó opcionálisan definiálhat szakaszhatárokat is, egy területet a helyiségen belül, amelyet kiürített a vegyes valóságban való mozgáshoz. Ha így van, az alkalmazás létrehozhat egy helyiségméretű felületet, és ezekkel a határokkal biztosíthatja, hogy a hologramok mindig oda kerüljenek, ahová a felhasználó elérheti őket.

Mivel a referencia fáziskerete egyetlen rögzített koordinátarendszert biztosít, amelyen belül a padlóhoz viszonyított tartalom helyezhető el, ez a legegyszerűbb út a virtuális valóság headsetjeihez kifejlesztett álló- és helyiségméretű alkalmazások portolásához. Azonban, mint ezek a VR platformok, egyetlen koordináta-rendszer csak stabilizálni a tartalmat körülbelül 5 méter (16 láb) átmérőjű, mielőtt kar-kar hatások okoz tartalmat távol a központtól, hogy észrevehetően elmozdul, ahogy a rendszer alkalmazkodik. Ahhoz, hogy 5 métert meghaladó legyen, térbeli horgonyokra van szükség.

Világszintű élmény létrehozása

A HoloLens lehetővé teszi a valódi világszintű élményeket , amelyek lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy 5 méternél tovább vándorolnak. A világszintű alkalmazások létrehozásához a helyiségszintű élményekhez használt technikákon túl új technikákra is szüksége lesz.

Miért nem használható egyetlen merev koordinátarendszer 5 méternél tovább?

Napjainkban játékok, adatvizualizációs alkalmazások vagy virtuális valóságbeli alkalmazások írásakor a tipikus megközelítés egy olyan abszolút világkoordináta-rendszer létrehozása, amelyre minden más koordináták megbízhatóan visszaképezhetők. Ebben a környezetben mindig találhat egy stabil átalakítást, amely meghatározza a kapcsolatot a világ bármely két objektuma között. Ha nem helyezné át ezeket az objektumokat, a relatív átalakításuk mindig ugyanaz maradna. Ez a fajta globális koordináta-rendszer jól működik, ha tisztán virtuális világot jelenít meg, ahol előre ismeri az összes geometriát. A szobaméretű VR-alkalmazások ma általában ilyen abszolút helyiségméretű koordináta-rendszert hoznak létre, amelynek eredete a padlón található.

Ezzel szemben egy nem csatlakoztatott vegyes valóságú eszköz, például a HoloLens dinamikus érzékelőalapú ismeretekkel rendelkezik a világról, folyamatosan igazítva tudását a felhasználó környezetének idejére, miközben több métert gyalogolnak egy épület teljes emeletén. Egy világszintű élményben, ha az összes hologramot egyetlen merev koordinátarendszerbe helyezné, ezek a hologramok szükségszerűen elsodródnának az idő során, akár a világ, akár egymással szemben.

Például a headset jelenleg úgy véli, hogy a világ két helye 4 méter távolságra van egymástól, majd később pontosítja ezt a megértést, és megtanulja, hogy a helyek valójában 3,9 méterre vannak egymástól. Ha ezeket a hologramokat eredetileg 4 méterre helyezték volna el egy merev koordinátarendszerben, akkor az egyik mindig 0,1 méterre jelenne meg a valós világtól.

Térbeli horgonyok

A Windows Mixed Reality az előző szakaszban ismertetett problémát úgy oldja meg, hogy térbeli horgonyokat hoz létre a világ azon fontos pontjainak megjelöléséhez, ahol a felhasználó hologramokat helyezett el. A térbeli horgony a világ egyik fontos pontját jelenti, amelyet a rendszernek nyomon kell követnie az idő múlásával.

Ahogy az eszköz megismeri a világot, ezek a térbeli horgonyok szükség szerint egymáshoz igazíthatják helyzetüket, hogy minden horgony pontosan ott maradjon, ahol a valós világ alapján helyezték el. Ha egy térbeli horgonyt azon a helyen helyez el, ahol a felhasználó hologramot helyez el, majd a hologramot a térbeli horgony alapján helyezi el, biztosíthatja, hogy a hologram optimális stabilitást biztosítson, még akkor is, ha a felhasználó több tíz méteren keresztül jár.

A térbeli horgonyok egymáson alapuló folyamatos beállítása a térbeli horgonyok és a helyhez kötött referenciakeretek koordinátarendszerei közötti legfontosabb különbség:

• A helyhez kötött referenciakeretbe helyezett hologramok mind merev kapcsolatot ápolnak egymással. Azonban, ahogy a felhasználó nagy távolságokat jár, a keret koordináta-rendszere a világ alapján sodródhat, hogy a felhasználó melletti hologramok stabilnak tűnjenek.

• A referencia fáziskeretébe helyezett hologramok szintén merev kapcsolatot tartanak egymással. Az álló kerettel ellentétben a szakaszkeret mindig a helyén marad a meghatározott fizikai eredete alapján. A szakasz koordinátarendszerében az 5 méteres határon túl megjelenített tartalom azonban csak akkor jelenik meg stabilan, ha a felhasználó ezen a határon belül áll.

• Az egyik térbeli horgony használatával elhelyezett hologramok elsodródhatnak egy másik térbeli horgony használatával elhelyezett hologramok alapján. Ez lehetővé teszi, hogy a Windows jobban megértse az egyes térbeli horgonyok helyzetét, még akkor is, ha például egy horgonynak balra kell állítania magát, egy másik horgonynak pedig jobbra kell állítania.

Ellentétben a helyhez kötött referenciakerettel, amely mindig a felhasználó közelében optimalizálja a stabilitást, a referencia fáziskerete és a térbeli horgonyok biztosítják a stabilitást a forrásuk közelében. Ez segít ezeknek a hologramoknak az időben pontosan a helyén maradni, de azt is jelenti, hogy a koordinátarendszer eredetétől túl messze renderelt hologramok egyre súlyosabb kar-kar hatásokat fognak tapasztalni. Ennek az az oka, hogy a szakasz vagy horgony helyzetének és tájolásának kis módosítása a horgony távolságával arányos.

Jó hüvelykujjszabály, hogy minden, amit egy távoli térbeli horgony koordinátarendszere alapján jelenít meg, körülbelül 3 méteren belül legyen. A közeli szakasz eredete esetén a távoli tartalom renderelése rendben van, mivel a megnövekedett pozícióhiba csak azokat a kis hologramokat érinti, amelyek nem fognak sokat elmozdulni a felhasználó nézetében.

Térbeli horgonymegőrzés

A térbeli horgonyok lehetővé teszik, hogy az alkalmazás még az alkalmazás felfüggesztése vagy az eszköz leállítása után is megjegyezze a fontos helyeket.

Mentheti az alkalmazás által létrehozott térbeli horgonyokat, majd később újra betöltheti őket, ha megőrzi őket az alkalmazás térbeli horgonytárolójában. Horgony mentésekor vagy betöltésekor egy olyan sztringkulcsot kell megadnia, amely hasznos az alkalmazás számára, hogy később azonosítani tudja a horgonyt. Gondoljon erre a kulcsra a horgony fájlneveként. Ha más adatokat szeretne társítani a horgonyhoz, például egy 3D-modellt, amelyet a felhasználó adott helyen helyezett el, mentse azokat az alkalmazás helyi tárolójába, és társítsa azokat a választott kulccsal.

A tároló horgonyainak megőrzésével a felhasználók elhelyezhetnek egyedi hologramokat, vagy elhelyezhetnek egy munkaterületet, amely köré az alkalmazás elhelyezi a különböző hologramokat, majd később megkereshetik azokat a hologramokat, ahol várják őket, az alkalmazás számos felhasználási területén.

A fejre zárt tartalom elkerülése

Erősen elriasztjuk a fejre zárt tartalmak megjelenítését, amelyek rögzített helyen maradnak a kijelzőn (például a HUD-n). Általánosságban elmondható, hogy a fejre zárt tartalom kényelmetlen a felhasználók számára, és nem érzi magát a világ természetes részének.

A fejre zárt tartalmat általában hologramokra kell cserélni, amelyek a felhasználóhoz vannak csatolva, vagy a világon vannak elhelyezve. A kurzorokat például általában ki kell tolni a világba, természetesen skálázva, hogy tükrözze az objektum helyét és távolságát a felhasználó tekintete alatt.

Nyomkövetési hibák kezelése

Bizonyos környezetekben, például a sötét folyosókon előfordulhat, hogy egy belső nyomkövetést használó headset nem képes megfelelően megtalálni magát a világon. Ez azt eredményezheti, hogy a hologramok nem jelennek meg, vagy helytelen helyen jelennek meg, ha helytelenül kezelik. Most bemutatjuk azokat a feltételeket, amelyekben ez megtörténhet, milyen hatással van a felhasználói élményre, és tippeket adunk a helyzet legjobb kezeléséhez.

A headset nem tud nyomon követni, mert nem áll rendelkezésre elegendő érzékelőadat

Előfordulhat, hogy a headset érzékelői nem tudják megállapítani, hol van a headset. Ez a következő esetekben fordulhat elő:

• A szoba sötét.
• Ha az érzékelőket haj vagy kéz fedi
• Ha a környezet nem rendelkezik elég anyagmintával.

Ha ez történik, a headset nem fogja tudni elég pontossággal nyomon követni a helyzetét, hogy világzárolt hologramokat jelenítsen meg. Nem tudja megállapítani, hogy a térbeli horgony, a helyhez kötött keret vagy a szakaszkeret hol alapul az eszközön. A csatolt referenciakeretben azonban továbbra is megjelenítheti a törzs által zárolt tartalmat.

Az alkalmazásnak meg kell mondania a felhasználónak, hogyan kérhet vissza pozíciókövetést, és hogyan jeleníthet meg tartalék, testhez rögzített tartalmakat, amelyek néhány tippet, például az érzékelők felfedését és a további fények bekapcsolását ismertetik.

A headset helytelenül követi nyomon a környezet dinamikus változásai miatt

Az eszköz nem tudja megfelelően nyomon követni, ha sok dinamikus változás van a környezetben, például sokan sétálnak a szobában. Ebben az esetben a hologramok úgy tűnhetnek, hogy ugrik vagy sodródnak, miközben az eszköz megpróbálja nyomon követni magát ebben a dinamikus környezetben. Ha ezt a forgatókönyvet szeretné használni, javasoljuk, hogy kevésbé dinamikus környezetben használja az eszközt.

A headset helytelenül követi nyomon a pályákat, mert a környezet jelentősen megváltozott az idő múlásával

Ha olyan környezetben kezdi használni a fejhallgatót, ahol a bútorok, a fali lógások és így tovább, előfordulhat, hogy egyes hologramok az eredeti helyükről elmozdulva jelennek meg. A korábbi hologramok is ugorhatnak, amikor a felhasználó az új térben mozog, mert a rendszer már nem ismeri a helyet. A rendszer ezután megpróbálja újraképezni a környezetet, miközben megpróbálja összeegyeztetni a helyiség funkcióit is. Ebben a forgatókönyvben ajánlott arra ösztönözni a felhasználókat, hogy cseréljenek ki hologramokat, ha nem a várt helyen jelennek meg.

A headset a környezet azonos terei miatt helytelenül követi nyomon a pályákat

Előfordulhat, hogy egy otthon vagy más tér két azonos területtel rendelkezik. Például két azonos konferenciaterem, két azonos sarokterület, két nagy azonos plakát, amelyek lefedik az eszköz látóterét. Ilyen esetekben előfordulhat, hogy az eszköz időnként összekeveredik az azonos részek között, és a belső reprezentációban ugyanazként jelöli meg őket. Emiatt előfordulhat, hogy egyes területek hologramjai más helyeken is megjelennek. Előfordulhat, hogy az eszköz a környezet belső megjelenítésének sérülése miatt gyakran elveszíti a nyomon követés elvesztését. Ebben az esetben javasoljuk, hogy állítsa vissza a rendszer környezeti megértését. A térkép alaphelyzetbe állítása az összes térbeli horgonyhely elvesztéséhez vezet. Ez azt eredményezi, hogy a headset jól nyomon követi a környezet egyedi területeit. A probléma azonban újra felmerülhet, ha az eszköz ismét összekeveredik az azonos területek között.

Lásd még

• Rendszerek koordinálása a Unityben
• Koordinátarendszerek a DirectX-ben
• Térbeli horgonyok
• Megosztott élmények a vegyes valóságban
• Esettanulmány – A valóságban lévő lyukak vizsgálata