Изазови у постављању виртуелне главе за развој АР
Рад на пројекту проширене стварности (АР) може бити и узбудљив и изазован. Када сам развијао Андроид апликацију са Унити-ом, имао сам за циљ да беспрекорно спојим дигитални и стварни свет постављањем виртуелне главе преко лица из стварног света. Ова функција се у великој мери ослања на прецизност да би створила импресивно искуство. 🕶
Да бих то постигао, користио сам Гоогле-ов МедиаПипе за откривање обележја лица као што су очи, носови и уста. Виртуелна глава је затим генерисана и постављена на основу ових кључних тачака. Било је фасцинантно видети како модерни алати могу да трансформишу АР могућности, али путовање је било далеко од савршеног.
Проблем се појавио када виртуелна глава није била у складу са стварним лицем како се очекивало. Без обзира на угао или уређај, постављање је увек било мало „искључено“, што је довело до неприродног ефекта. Као да је виртуелна репрезентација била одвојена од стварности. Ово је изазвало низ експеримената за решавање проблема.
Од подешавања Унити-ових подешавања камере до експериментисања са МедиаПипе алгоритмом, сваки покушај је донео постепена побољшања, али не и коначно решење. Овај чланак урања у срж проблема, научене лекције и потенцијална решења за програмере који се суочавају са сличним изазовима. 🚀
Цомманд | Пример употребе |
---|---|
mainCamera.usePhysicalProperties | Ова команда омогућава коришћење Унити-ових физичких својстава камере, омогућавајући прецизнију контролу над жижном даљином и изобличењем сочива ради поравнања виртуелних и стварних објеката. |
faceMesh.GetDetectedFaceTransform() | Преузимање података о трансформацији (позиција и ротација) откривеног лица из МедиаПипе-ове мреже лица, што је кључно за прецизно постављање виртуелних глава преко стварних лица. |
UnityObjectToClipPos | Функција специфична за шејдере која трансформише позицију темена из простора објекта у простор клипа, користи се у сејдерима за корекцију изобличења сочива да би се обезбедило поравнање. |
tex2D | Команда схадера која се користи за узорковање текстуре на одређеним УВ координатама, што је неопходно за примену корекције изобличења на фидове камере. |
length(distUV) | Израчунава еуклидску удаљеност УВ координата од почетка, која се користи за примену постепених подешавања изобличења сочива. |
adjuster.virtualHead | Променљива скрипте која се односи на виртуелну главу ГамеОбјецт, омогућавајући њену позицију и ротацију да се динамички ажурирају на основу података праћења лица. |
[TestFixture] | Атрибут НУнит који означава класу као инструмент за тестирање, сигнализирајући да садржи тестове јединица. Ово је корисно за верификацију логике виртуелног поравнања главе. |
Assert.AreEqual | Метода НУнит која се користи за поређење очекиваних и стварних вредности током тестирања јединице, обезбеђујући да виртуелно постављање главе одговара жељеним резултатима. |
_DistortionStrength | Својство схадера које прилагођава интензитет изобличења сочива, фино подешавајући поравнање између стварног и виртуелног света. |
Quaternion.Euler | Креира ротацију засновану на Ојлеровим угловима, који се обично користи за поравнавање објеката као што је виртуелна глава у Унити-овом 3Д простору. |
Побољшање прецизности АР-а уз Унити и МедиаПипе
Прва скрипта коју смо истражили фокусира се на коришћење Унити-ових физичких својстава камере. Омогућавањем усеПхисицалПропертиес, прилагођавамо понашање камере тако да ближе одговара оптици у стварном свету. Ово је посебно важно када радите са АР, где чак и мала одступања у жижној даљини или видном пољу могу учинити да виртуелни објекти изгледају неусклађено. На пример, постављање жижне даљине на прецизну вредност као што је 35 мм може помоћи у поравнању виртуелне главе са откривеним лицем. Ово подешавање је слично фином подешавању телескопа како би се удаљени објекти довели у савршен фокус, осигуравајући да АР искуство делује природно и импресивно. 📸
Још једна кључна компонента скрипте је проналажење положаја и ротације откривеног лица помоћу фацеМесх.ГетДетецтедФацеТрансформ(). Ова функција обезбеђује ажурирања у реалном времену са мреже лица МедиаПипе-а, што је неопходно за синхронизацију виртуелне главе са покретима корисника. Замислите да играте видео игрицу у којој се глава вашег лика не помера у складу са вашом; искуство би било потресно. Осигуравајући прецизно поравнање, ова скрипта претвара АР из новине у алат који може подржати апликације као што су виртуелни састанци или напредно играње игара.
Друга скрипта се бави програмирањем схадера, посебно се бави изобличењем сочива. Шејдер исправља изобличења у фиду камере, користећи својства као што је _ДистортионСтренгтх да манипулише како се УВ координате мапирају на текстуру. Ово је посебно корисно када се ради са широкоугаоним сочивима или камерама са јединственим профилима изобличења. На пример, ако виртуелна глава изгледа већа или мања од стварног лица у зависности од угла, подешавањем подешавања изобличења обезбеђује се боље поравнање. То је као прилагођавање оквира огледала да бисте елиминисали ефекат забаве, чинећи одразе реалистичнијим. 🎨
Коначно, јединични тестови из треће скрипте потврђују решења. Ови тестови упоређују очекивану позицију и ротацију виртуелне главе са стварним резултатима, обезбеђујући да се подешавања издрже у различитим условима. Коришћење НУнит-а Ассерт.АреЕкуал, програмери могу да симулирају различите сценарије, као што је брзо померање главе или нагињање под екстремним угловима, да би потврдили поравнање. На пример, током развоја, приметио сам да је поравнање добро функционисало када је лице окренуто напред, али се померало када се глава окренула на страну. Ови тестови јединица су истакли проблем и водили даља побољшања, појачавајући важност темељног тестирања у креирању робусних АР апликација. 🚀
Подешавање постављања виртуелних објеката у АР помоћу Унити и МедиаПипе-а
Решење 1: Коришћење Унити-ове физичке камере за подешавање ФОВ и изобличења сочива
// Import necessary Unity libraries
using UnityEngine;
using Mediapipe.Unity;
public class VirtualHeadAdjuster : MonoBehaviour
{
public Camera mainCamera; // Assign Unity's physical camera
public GameObject virtualHead; // Assign the virtual head prefab
private MediapipeFaceMesh faceMesh; // MediaPipe's face mesh component
void Start()
{
// Enable Unity's physical camera
mainCamera.usePhysicalProperties = true;
mainCamera.focalLength = 35f; // Set a standard focal length
}
void Update()
{
if (faceMesh != null && faceMesh.IsTracking)
{
// Update the virtual head's position and rotation
Transform detectedHead = faceMesh.GetDetectedFaceTransform();
virtualHead.transform.position = detectedHead.position;
virtualHead.transform.rotation = detectedHead.rotation;
}
}
}
Истраживање алтернативних подешавања за виртуелно поравнање главе
Решење 2: Коришћење прилагођеног схадера за исправљање изобличења сочива
Shader "Custom/LensDistortionCorrection"
{
Properties
{
_DistortionStrength ("Distortion Strength", Float) = 0.5
}
SubShader
{
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
float _DistortionStrength;
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct v2f
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = v.uv;
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
float2 distUV = i.uv - 0.5;
distUV *= 1.0 + _DistortionStrength * length(distUV);
distUV += 0.5;
return tex2D(_MainTex, distUV);
}
ENDCG
}
}
}
Тестирање за побољшану компатибилност у Унити-овим АР пројектима
Решење 3: Имплементација јединичних тестова за виртуелно поравнање главе
using NUnit.Framework;
using UnityEngine;
using Mediapipe.Unity;
[TestFixture]
public class VirtualHeadAlignmentTests
{
private VirtualHeadAdjuster adjuster;
private GameObject testHead;
[SetUp]
public void Init()
{
GameObject cameraObject = new GameObject("MainCamera");
adjuster = cameraObject.AddComponent<VirtualHeadAdjuster>();
testHead = new GameObject("VirtualHead");
adjuster.virtualHead = testHead;
}
[Test]
public void TestVirtualHeadAlignment()
{
Vector3 expectedPosition = new Vector3(0, 1, 2);
Quaternion expectedRotation = Quaternion.Euler(0, 45, 0);
adjuster.virtualHead.transform.position = expectedPosition;
adjuster.virtualHead.transform.rotation = expectedRotation;
Assert.AreEqual(expectedPosition, testHead.transform.position);
Assert.AreEqual(expectedRotation, testHead.transform.rotation);
}
}
Рафинирање постављања АР-а кроз побољшане технике калибрације
Један често занемарен аспект питања АР поравнања је важност калибрације камере. У АР пројектима као што је постављање виртуелне главе преко праве, сочива интринзичне параметре играју виталну улогу. Ови параметри укључују жижну даљину, оптички центар и коефицијенте изобличења. Када ове вредности нису тачне, виртуелна глава може изгледати погрешно или изобличена. Да би се ово решило, алати за калибрацију се могу користити за израчунавање ових параметара за камеру одређеног уређаја. На пример, софтвер као што је ОпенЦВ нуди робусне услужне програме за калибрацију за генерисање прецизних матрица камере и профила изобличења. 📐
Други приступ укључује коришћење Унити-а стек за накнадну обраду. Применом ефеката као што су корекција дубине поља или хроматских аберација, можете изгладити неслагања између приказане виртуелне главе и окружења у стварном свету. Пост-процесирање додаје слој сјаја који премошћује јаз између виртуелних објеката и физичког простора. На пример, суптилни ефекат замућења може да смањи оштре ивице које чине неусклађености уочљивим. Ово је посебно корисно у имерзивним апликацијама где су корисници високо фокусирани на сцену.
Коначно, не потцењујте моћ динамичке адаптације током времена рада. Укључивање модела машинског учења у ваш АР цевовод може омогућити систему да научи и прилагоди положај током времена. На пример, АИ модел би могао да анализира повратне информације корисника или откривене недоследности и динамички фино подеси поравнање. Ово чини систем робуснијим и способнијим да се носи са варијацијама у осветљењу, перформансама уређаја или понашању корисника. Ова побољшања обезбеђују беспрекорно АР искуство, чинећи виртуелни и стварни свет заиста интегрисаним. 🚀
Уобичајена питања о МедиаПипе-у и Унити АР пласману
- Зашто моја виртуелна глава није усклађена са правим лицем?
- Проблем често потиче од неправилне калибрације камере. Коришћење алата као што је ОпенЦВ за израчунавање camera matrix и distortion coefficients може знатно побољшати поравнање.
- Која је улога жижне даљине у АР поравнању?
- Тхе focal length дефинише како камера пројектује 3Д тачке на 2Д раван. Подешавање у подешавањима физичке камере Унити може побољшати прецизност.
- Да ли Унити може да поднесе корекцију изобличења сочива?
- Да, Унити подржава схадере за корекцију изобличења. Имплементирајте схадер са својствима као што су _DistortionStrength да прилагодите корекције на основу вашег профила сочива.
- Како могу да тестирам поравнање виртуелних објеката?
- Коришћење јединичних тестова у НУнит са командама попут Assert.AreEqual омогућава вам да потврдите позиционирање и ротацију виртуелних објеката под различитим условима.
- Да ли је накнадна обрада неопходна за АР пројекте?
- Иако нису обавезни, ефекти накнадне обраде попут depth of field и chromatic aberration може побољшати визуелни квалитет и реализам АР сцена.
- Може ли МедиаПипе да детектује друге објекте осим лица?
- Да, МедиаПипе нуди решења за руке, позу, па чак и холистичко праћење, што га чини разноврсним за различите случајеве употребе АР-а.
- Који хардвер најбоље функционише за Унити АР апликације?
- Идеални су уређаји са ГПУ-има високих перформанси и прецизним камерама. Алати попут ARCore и ARKit додатно побољшати компатибилност.
- Зашто је поравнање лошије под одређеним угловима?
- Ово може бити због неусклађености видног поља између камере и виртуелног окружења. Подешавање Унити камере fieldOfView имовина може помоћи.
- Како сејдери побољшавају АР поравнање?
- Шејдери омогућавају прилагођавање рендеровања у реалном времену, као што је исправљање изобличења или симулација ефеката сочива, обезбеђујући бољу синхронизацију између виртуелних и стварних објеката.
- Да ли се АР системи могу сами прилагодити током времена?
- Да, интегрисање модела машинског учења омогућава системима да се динамички прилагођавају, учећи из повратних информација како би побољшали усклађеност и перформансе током времена.
Повећање прецизности АР: завршне мисли
Постизање прецизног усклађивања између виртуелних и стварних објеката је кључно за импресивна АР искуства. Кроз пажљиву калибрацију и напредне технике, проблеми као што су изобличење сочива и неусклађене жижне даљине могу се ублажити, обезбеђујући бољу прецизност и задовољство корисника.
Интегрисање Унити алата, МедиаПипе алгоритама и динамичких прилагођавања нуди робусна решења за програмере АР-а. Ова побољшања омогућавају беспрекорну мешавину дигиталног и физичког света, откључавајући нове могућности за игре, виртуелне састанке и више од тога. Уз упорност и иновације, изазови усклађивања АР постају управљиви. 🚀
Извори и референце
- Детаљи о коришћењу МедиаПипе-а у Унити-у наведени су из званичне МедиаПипе документације. Истражите то овде .
- Смернице за калибрацију Унити-ове камере и физичка својства могу се наћи на сајту за документацију Унити-а. Посетите Подешавања Унити камере за више детаља.
- Програмирање схадера за АР апликације и корекцију изобличења сочива инспирисано је чланцима о развоју схадера, као што су они на Цатлике Цодинг .
- АРЦоре могућности и ограничења за развој Андроид-а су прегледани са Гоогле-овог АРЦоре сајта за програмере. Сазнајте више на Гоогле АРЦоре .