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Sistemas de coordenadas

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En su núcleo, las aplicaciones de realidad mixta colocan hologramas en tu mundo que parecen y suenan objetos reales. Esto implica colocar y orientar con precisión esos hologramas en lugares significativos del mundo, tanto si el mundo es su espacio físico como un dominio virtual que ha creado. Windows proporciona varios sistemas de coordenadas del mundo real para expresar geometría: estos se conocen como sistemas de coordenadas espaciales. Puede usar estos sistemas para razonar sobre la posición del holograma, la orientación, el rayo de mirada o las posiciones de las manos.

Compatibilidad con dispositivos

Característica HoloLens (1.ª generación) HoloLens 2 Cascos envolventes
Marco fijo de referencia ✔️ ✔️ ✔️
Marco adjunto de referencia ✔️ ✔️ ✔️
Marco de fase de referencia Aún no se admite Aún no se admite ✔️
Delimitadores espaciales ✔️ ✔️ ✔️
Asignación espacial ✔️ ✔️ ❌
Descripción de escenas ❌ ✔️ ❌

Escalas de la experiencia de realidad mixta

Puede diseñar aplicaciones de realidad mixta para una amplia gama de experiencias de usuario, desde visores de vídeo de 360 grados mediante la orientación de auriculares a aplicaciones y juegos a escala mundial completa mediante la asignación espacial y los anclajes espaciales:


Escala de la experiencia Requisitos Experiencia de ejemplo
Solo orientación Orientación de auriculares (alineada con gravedad) Visor de vídeo de 360°
Escala sentada Encima de la posición del casco más en función de la posición cero Juego de carreras o simulador espacial
Escala permanente Encima del origen del piso de etapa más Juego de acción donde se pato y esquiva en su lugar
Escala de sala Encima del polígono de límites de fase más arriba Juego de rompecabezas en el que caminas alrededor del rompecabezas
Escala mundial Anclajes espaciales (y normalmente asignación espacial) Juego con enemigos procedentes de tus paredes reales, como RoboRaid

La experiencia se escala arriba sigue un modelo de "anidamiento de muñecas". El principio de diseño clave para Windows Mixed Reality es este: un casco determinado admite aplicaciones creadas para una escala de experiencia de destino y todas las escalas menores.


Seguimiento de 6DOF Piso definido Seguimiento de 360° Límites definidos Delimitadores espaciales Experiencia máxima
No - - - - Solo orientación
Sí No - - - Sentado
Sí Sí No - - De pie - Adelante
Sí Sí Sí No - Pie - 360°
Sí Sí Sí Sí No Habitación
Sí Sí Sí Sí Sí Mundo

El marco stage de referencia aún no se admite en HoloLens. Actualmente, una aplicación de escalado de salas en HoloLens debe usar la asignación espacial o la comprensión de la escena para encontrar el suelo y las paredes del usuario.

Sistemas de coordenadas espaciales

Todas las aplicaciones de gráficos 3D usan sistemas de coordenadas cartesianas para razonar sobre las posiciones y orientaciones de los objetos virtuales. Estos sistemas de coordenadas establecen tres ejes perpendiculares: X, Y y Z. Cada objeto que agregue a una escena tendrá una posición XYZ en su sistema de coordenadas. Windows llama a un sistema de coordenadas que tiene significado real en el mundo físico un sistema de coordenadas espaciales , que expresa sus valores de coordenadas en metros. Esto significa que los objetos colocados dos unidades aparte en el eje X, Y o Z aparecerán dos metros separados entre sí cuando se represente en realidad mixta. Sabiendo esto, puede representar fácilmente objetos y entornos a escala real.

En general, los sistemas de coordenadas cartesianos se conocen como "a la derecha" o "a la izquierda", ya que puede usar posiciones de mano para indicar las direcciones de los ejes XYZ. En ambos sistemas de coordenadas, el eje X positivo apunta a la derecha y el eje Y positivo apunta hacia arriba. La diferencia entre los dos es que, en el sistema de coordenadas a la derecha, el eje Z apunta hacia usted, mientras que en el sistema de coordenadas a la izquierda, el eje Z apunta hacia usted.

Imagen de la mano derecha de una persona que muestra el sistema de coordenadas a la derecha

Imagen de la mano izquierda de una persona que muestra el sistema de coordenadas izquierdo

Los sistemas de coordenadas espaciales en Windows (y, por lo tanto, Windows Mixed Reality) siempre están a la derecha.

[NOTAS]

  • Unity y Unreal usan el sistema de coordenadas a la izquierda.
  • Aunque las coordenadas de izquierda y derecha son los sistemas más comunes, hay otros sistemas de coordenadas usados en el software 3D. Por ejemplo, no es inusual que las aplicaciones de modelado 3D usen un sistema de coordenadas en el que el eje Y apunta hacia o hacia fuera del visor y el eje Z apunta hacia arriba.

Creación de una experiencia de solo orientación o de escalado sentado

La clave para la representación holográfica cambia la vista de la aplicación de sus hologramas cada fotograma a medida que el usuario se mueve, para que coincida con su movimiento de cabeza previsto. Puede crear experiencias de escala sentado que respeten los cambios en la posición de la cabeza del usuario y la orientación de la cabeza mediante un marco de referencia estacionario.

Algunos contenidos deben omitir las actualizaciones de posición principal, mantenerse fijas en un encabezado y distancia elegidos del usuario siempre. El ejemplo principal es el vídeo de 360 grados: porque el vídeo se captura desde una única perspectiva fija, arruinaría la ilusión de que la posición de vista se mueva en función del contenido, aunque la orientación de la vista cambie a medida que el usuario mira. Puede crear estas experiencias de solo orientación mediante un marco de referencia adjunto.

Marco estacionario de referencia

El sistema de coordenadas proporcionado por un marco estacionario de referencia funciona para mantener las posiciones de los objetos cerca del usuario lo más estable posible en función del mundo, respetando los cambios en la posición principal del usuario.

En el caso de las experiencias de escalado en un motor de juego como Unity, un marco de referencia estacionario es lo que define el "origen mundial" del motor. Los objetos que se colocan en una coordenada del mundo específico usan el marco estacionario de referencia para definir su posición en el mundo real mediante esas mismas coordenadas. El contenido que permanece en el mundo, incluso cuando el usuario camina, se conoce como contenido bloqueado por el mundo .

Normalmente, una aplicación creará un marco de referencia estacionario en el inicio y usará su sistema de coordenadas durante toda la duración de la aplicación. Como desarrollador de aplicaciones en Unity, puede empezar a colocar contenido en función del origen, que estará en la posición inicial y la orientación del usuario. Si el usuario se mueve a un nuevo lugar y desea continuar con su experiencia de escalado sentado, puede hacer más reciente el origen mundial en esa ubicación.

Con el tiempo, a medida que el sistema aprende más sobre el entorno del usuario, puede determinar que las distancias entre varios puntos del mundo real son más cortas o más largas que el sistema que anteriormente creía. Si representas hologramas en un marco fijo de referencia para una aplicación en HoloLens donde los usuarios se desplazan más allá de un área de unos 5 metros de ancho, tu aplicación puede observar el desfase en la ubicación observada de esos hologramas. Si tu experiencia tiene usuarios que van más allá de 5 metros, estás creando una experiencia a escala mundial, que requerirá otras técnicas para mantener los hologramas estables, como se describe a continuación.

Marco adjunto de referencia

Un marco de referencia adjunto se mueve con el usuario a medida que camina, con un encabezado fijo definido cuando la aplicación crea el marco por primera vez. Esto permite al usuario mirar cómodamente el contenido colocado dentro de ese marco de referencia. El contenido representado en este modo relativo al usuario se denomina contenido bloqueado por el cuerpo .

Cuando los auriculares no pueden averiguar dónde se encuentra en el mundo, un marco adjunto de referencia proporciona el único sistema de coordenadas, que se puede usar para representar hologramas. Esto hace que sea ideal para mostrar la interfaz de usuario de reserva para indicar al usuario que su dispositivo no puede encontrarlos en el mundo. Las aplicaciones que se escalan o superior deben incluir una reserva de solo orientación para ayudar al usuario a volver, con una interfaz de usuario similar a la que se muestra en la Mixed Reality inicio.

Creación de una experiencia a escala permanente o a escala de salas

Para ir más allá de la escala sentado en un casco envolvente y crear una experiencia de escala permanente, puede usar el marco de fase de referencia.

Para proporcionar una experiencia de escalado de salas, permitir que los usuarios pasen por el límite de 5 metros que definen previamente, también puede comprobar si hay límites de fase .

Marco de referencia de fase

Al configurar por primera vez un casco envolvente, el usuario define una fase, que representa la sala en la que experimentará la realidad mixta. La fase define mínimamente un origen de fase, un sistema de coordenadas espaciales centrado en la posición del piso elegido por el usuario y la orientación hacia delante donde piensan usar el dispositivo. Al colocar contenido en este sistema de coordenadas de fase en el plano de planta Y=0, puede asegurarse de que los hologramas aparecen cómodamente en el suelo cuando el usuario está de pie, lo que proporciona a los usuarios una experiencia de escala permanente.

Límites de fase

El usuario también puede definir opcionalmente límites de fase, un área dentro de la sala que ha borrado para moverse por la realidad mixta. Si es así, la aplicación puede crear una experiencia de escalado de salas, usando estos límites para asegurarse de que los hologramas siempre se colocan donde el usuario puede llegar a ellos.

Dado que el marco de la fase de referencia proporciona un único sistema de coordenadas fijo dentro del cual colocar contenido relativo al piso, es la ruta de acceso más fácil para migrar aplicaciones de escala permanente y de escala de salas desarrolladas para cascos de realidad virtual. Sin embargo, al igual que con esas plataformas vr, un único sistema de coordenadas solo puede estabilizar el contenido en aproximadamente un diámetro de 5 metros (16 pies), antes de que los efectos del brazo de palanca provoquen contenido lejos del centro para desplazarse notablemente a medida que el sistema se ajusta. Para ir más allá de 5 metros, se necesitan anclajes espaciales.

Creación de una experiencia a escala mundial

HoloLens permite experiencias verdaderas a escala mundial que permiten a los usuarios caminar más allá de 5 metros. Para crear una aplicación a escala mundial, necesitará nuevas técnicas más allá de las usadas para las experiencias de escalado de salas.

Por qué no se puede usar un único sistema de coordenadas rígida más allá de 5 metros

Hoy en día, al escribir juegos, aplicaciones de visualización de datos o aplicaciones de realidad virtual, el enfoque típico es establecer un sistema de coordenadas del mundo absoluto al que todas las demás coordenadas pueden volver a asignarse de forma confiable. En ese entorno, siempre puede encontrar una transformación estable que defina una relación entre cualquiera de los dos objetos de ese mundo. Si no mueve esos objetos, sus transformaciones relativas siempre seguirán siendo las mismas. Este tipo de sistema de coordenadas global funciona bien cuando se representa un mundo puramente virtual donde se conoce toda la geometría de antemano. Las aplicaciones de VR a escala de sala actualmente suelen establecer este tipo de sistema de coordenadas de escala de sala absoluta con su origen en el suelo.

Por el contrario, un dispositivo de realidad mixta no anclada, como HoloLens, tiene una comprensión dinámica controlada por sensores del mundo, ajustando continuamente su conocimiento a lo largo del tiempo de los alrededores del usuario a medida que caminan muchos metros a través de un piso completo de un edificio. En una experiencia a escala mundial, si colocaste todos los hologramas en un único sistema de coordenadas rígido, esos hologramas se desfadrían necesariamente a lo largo del tiempo, ya sea en función del mundo o entre sí.

Por ejemplo, los auriculares pueden creer que dos ubicaciones del mundo están separadas por 4 metros y, después, refinar esa comprensión, aprendiendo que las ubicaciones están de hecho a 3,9 metros de distancia. Si esos hologramas se hubieran colocado inicialmente a 4 metros de distancia en un único sistema de coordenadas rígidas, uno de ellos siempre aparecería a 0,1 metros del mundo real.

Delimitadores espaciales

Windows Mixed Reality resuelve el problema descrito en la sección anterior, ya que le permite crear anclajes espaciales para marcar puntos importantes en el mundo donde el usuario ha colocado hologramas. Un delimitador espacial representa un punto importante en el mundo del cual el sistema debe realizar un seguimiento a lo largo del tiempo.

A medida que el dispositivo aprende sobre el mundo, estos anclajes espaciales pueden ajustar su posición según sea necesario para asegurarse de que cada anclaje permanece exactamente donde se colocó en función del mundo real. Al colocar un delimitador espacial en la ubicación donde el usuario coloca un holograma y, a continuación, coloca ese holograma en función de su delimitador espacial, puede asegurarse de que el holograma mantiene una estabilidad óptima, incluso cuando el usuario se desplaza por decenas de metros.

Este ajuste continuo de anclajes espaciales basados entre sí es la diferencia clave entre los sistemas de coordenadas de los delimitadores espaciales y los marcos estacionarios de referencia:

  • Los hologramas colocados en el marco estacionario de referencia mantienen una relación rígida entre sí. Sin embargo, a medida que el usuario recorre largas distancias, el sistema de coordenadas de ese marco puede desfase en función del mundo para asegurarse de que los hologramas junto al usuario aparecen estables.

  • Los hologramas colocados en el marco de la fase de referencia también mantienen una relación rígida entre sí. A diferencia del marco estacionario, el marco de fase siempre permanece fijo en su lugar en función de su origen físico definido. Sin embargo, el contenido representado en el sistema de coordenadas de la fase más allá de su límite de 5 metros solo aparecerá estable mientras el usuario se encuentra dentro de ese límite.

  • Los hologramas colocados mediante un delimitador espacial pueden desfase en función de los hologramas colocados mediante otro delimitador espacial. Esto permite a Windows mejorar su comprensión de la posición de cada delimitador espacial, incluso si, por ejemplo, un delimitador debe ajustarse a la izquierda y otro delimitador para ajustar a la derecha.

A diferencia de un marco estacionario de referencia, que siempre optimiza la estabilidad cerca del usuario, el marco de fase de referencia y los anclajes espaciales garantizan la estabilidad cerca de sus orígenes. Esto ayuda a esos hologramas a permanecer exactamente en su lugar con el tiempo, pero también significa que los hologramas representados demasiado lejos del origen de su sistema de coordenadas experimentarán efectos cada vez más graves en el brazo de la palanca. Esto se debe a que los pequeños ajustes en la posición y orientación de la etapa o anclaje se amplían proporcionalmente a la distancia desde ese delimitador.

Una buena regla general es asegurarse de que todo lo que se represente en función del sistema de coordenadas de un anclaje espacial lejano esté a unos 3 metros de su origen. En el caso de un origen de fase cercano, la representación del contenido lejano es correcta, ya que cualquier error posicional aumentado afectará solo a los hologramas pequeños que no cambiarán mucho en la vista del usuario.

Persistencia del delimitador espacial

Los delimitadores espaciales también pueden permitir que la aplicación recuerde una ubicación importante incluso después de que la aplicación se suspenda o se apague el dispositivo.

Puedes guardar en el disco los delimitadores espaciales que crea la aplicación y, a continuación, volver a cargarlos más tarde, si los conservas en el almacén de delimitadores espaciales de la aplicación. Al guardar o cargar un delimitador, se proporciona una clave de cadena que es significativa para la aplicación, para identificar el delimitador más adelante. Piense en esta clave como nombre de archivo para el delimitador. Si quiere asociar otros datos con ese delimitador, como un modelo 3D que el usuario colocó en esa ubicación, guárdelo en el almacenamiento local de la aplicación y asócielo a la clave que eligió.

Al conservar los delimitadores en la tienda, los usuarios pueden colocar hologramas individuales o colocar un área de trabajo en torno a la cual una aplicación colocará sus distintos hologramas y, a continuación, encontrar esos hologramas más adelante donde los esperan, en muchos usos de la aplicación.

También puede usar Azure Spatial Anchors para la persistencia asincrónica de hologramas en dispositivos HoloLens, iOS y Android. Al compartir un anclaje espacial duradero en la nube, varios dispositivos pueden observar el mismo holograma persistente a lo largo del tiempo, incluso si esos dispositivos no están presentes juntos al mismo tiempo.

Uso compartido de delimitadores espaciales

La aplicación también puede compartir un delimitador espacial en tiempo real con otros dispositivos, lo que permite experiencias compartidas en tiempo real.

Con Azure Spatial Anchors, la aplicación puede compartir un delimitador espacial en varios dispositivos HoloLens, iOS y Android. Con la representación de un holograma mediante el mismo delimitador espacial en cada dispositivo, los usuarios verán el holograma aparecer en el mismo lugar en el mundo real.

Evitar contenido bloqueado por la cabeza

No recomendamos representar contenido bloqueado por la cabeza, que permanece en un punto fijo en la pantalla (por ejemplo, un HUD). En general, el contenido bloqueado por la cabeza es incómodo para los usuarios y no se siente como una parte natural de su mundo.

Normalmente, el contenido bloqueado por la cabeza debe reemplazarse por hologramas adjuntos al usuario o colocados en el propio mundo. Por ejemplo, los cursores suelen insertarse en el mundo, escalando de forma natural para reflejar la posición y la distancia del objeto bajo la mirada del usuario.

Control de errores de seguimiento

En algunos entornos, como pasillos oscuros, es posible que no sea posible que un casco use el seguimiento interior para ubicarse correctamente en el mundo. Esto puede hacer que los hologramas no aparezcan o aparezcan en lugares incorrectos si se controlan incorrectamente. Ahora se describen las condiciones en las que esto puede ocurrir, su impacto en la experiencia del usuario y sugerencias para controlar mejor esta situación.

Los auriculares no pueden realizar el seguimiento debido a datos de sensor insuficientes

A veces, los sensores de los auriculares no pueden averiguar dónde están los auriculares. Esto puede suceder si:

  • La habitación es oscura
  • Si los sensores están cubiertos por el cabello o las manos
  • Si los alrededores no tienen suficiente textura.

Cuando esto sucede, el casco no podrá realizar un seguimiento de su posición con suficiente precisión para representar hologramas bloqueados por el mundo. No se puede averiguar dónde se basa un delimitador espacial, un marco estático o un marco de fase en el dispositivo. Sin embargo, todavía puede representar contenido bloqueado por el cuerpo en el marco adjunto de referencia.

La aplicación debe indicar al usuario cómo recuperar el seguimiento posicional, que representa contenido bloqueado por el cuerpo de reserva que describe algunas sugerencias, como descubrir los sensores y encender más luces.

Los auriculares se realizan de forma incorrecta debido a cambios dinámicos en el entorno

El dispositivo no puede realizar un seguimiento correcto si hay muchos cambios dinámicos en el entorno, como muchas personas caminando por la sala. En este caso, los hologramas pueden parecer saltar o desfase cuando el dispositivo intenta realizar un seguimiento en este entorno dinámico. Se recomienda usar el dispositivo en un entorno menos dinámico si se alcanza este escenario.

Los auriculares se realizan incorrectamente porque el entorno ha cambiado significativamente con el tiempo

Cuando empiezas a usar un casco en un entorno donde se han movido muebles, colgadores de pared, etc., es posible que algunos hologramas aparezcan desplazados desde sus ubicaciones originales. Los hologramas anteriores también pueden saltar a medida que el usuario se mueve en el nuevo espacio porque la comprensión del sistema del espacio ya no es cierta. A continuación, el sistema intenta reasignar el entorno mientras intenta conciliar las características de la sala. En este escenario, se recomienda animar a los usuarios a reemplazar hologramas anclados en el mundo si no aparecen donde se espera.

Pistas de auriculares incorrectamente debido a espacios idénticos en un entorno

A veces, una casa u otro espacio puede tener dos áreas idénticas. Por ejemplo, dos salas de conferencias idénticas, dos áreas de esquina idénticas, dos pósteres idénticos grandes que cubren el campo de vista del dispositivo. En tales escenarios, el dispositivo puede, en ocasiones, confundirse entre las partes idénticas y marcarlas como las mismas en su representación interna. Esto puede hacer que los hologramas de algunas áreas aparezcan en otras ubicaciones. El dispositivo puede empezar a perder el seguimiento a menudo, ya que su representación interna del entorno está dañada. En este caso, se recomienda restablecer la comprensión ambiental del sistema. Restablecer el mapa conduce a la pérdida de todas las ubicaciones de anclaje espacial. Esto hará que los auriculares realicen un seguimiento correcto en las áreas únicas del entorno. Sin embargo, el problema puede repetirse si el dispositivo se confunde entre las áreas idénticas de nuevo.

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