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Unity MR与AR开发利器MARS:为简单、灵活的AR创作而生的框架
Published 12 days ago
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我们一直在寻求一种稳定可靠的工作流。通过它,能让创作者们根据自己的想法制作AR应用,让应用能感知环境形式灵活多变,在任何平台处理任意类型的数据,更重要的是,无需大量的代码来制作。
作者:Andrew Maneri,2020年1月3日
原文链接:https://blogs.unity3d.com/2020/01/03/mixed-and-augmented-reality-studio-mars-designing-a-framework-for-simplified-flexible-ar-authoring/
随着今年MARS发布在即,我们希望在此分享下该工作环境和伴侣应用的构建背景、方式和原因。我们相信在下一代的体验中,此类方案将是空间和语境计算的重要一步。

促生MARS的一问

如何让Unity中的AR更具实感?现实和应用的坐标很难完全对齐,开发者们需要有一款能在一个未知环境中精确定位的创作工具,它必须能适应各种不同的情景,要有“模糊”的对象放置规则。
为了解决这个问题,我们将一整个完整而庞大的坐标系统拆分成了一堆小坐标系统。,每个系统代表了一个空间,系统将选择不同的空间,程序化地适应现实环境。在此方案中,用于放置内容的现实同时也定义了应用坐标系统的边界,两者可以说是共生的。
在一次Unity Labs的hackweek上,我们制作了一个包含多个位面的体验,并进行测试。多位面体验在几年前完全是不可想的,时至今日,除了MARS之外,鲜有工具能制作出此类内容。
方案强大的功能勾起了我们创作更多、更复杂AR体验的激情,但随之而来的是更多的挑战,MARS的开发过程也变成了“提问-回答”的抑扬小调。开发的每一步都涉及了MARS功能库的开发,每一步我们都将平台的边界推得更远。

最初的探讨

在hackweek上AR开发理念首次成型之际,我们提出了以下几个主要的问题:
用数字描绘现实世界是一个极度耗费性能的依赖绘制过程,需要一个能持续增长、不停获取新数据类型的实时数据库。
游戏代码和平台的管理并不能很好地兼容,我们需要尽可能地让这些元素互不干涉。
我们希望用户能在不了解整个AR场景的前提下,就能编写脚本来影响场景布局。
同时我们还想让MARS体现Unity的核心价值观:
与Unity类似——我们团队以“构建现实”作为口号,并为此不懈努力着。MARS将Unity拓展为了一个现实体验的编辑器,但从基础上来讲它还是Unity。
安全——空间计算式一个全新的领域,我们希望用户能在探索和实验时更有安全感,好的开发过程应该是平滑的。
向所有开发者开放——任何MARS的功能应该按照开发者的要求调试到相应的技术水准上。
所有这些问题既复杂,又具代表性。而解决方案不仅要全面,还需要独立于应用逻辑之外,让用户几乎感觉不到存在,MARS数据层级(Data Layer)应运而生。

数据层级

MARS数据层级可以分成四个部分,四部分一起组成了一个现实的抽象。
我们的出发点是用数字描述现实世界。在我们的通用AR语言中,语义是最基础的部分,而在如“floor”和“wood”这样的词形上,我们应用了最简单的语义作为其词义。
空间语义学可以构建某个事物的泛用模型,可根据现实的不同变量随之适应。以一个面为例,它可以由许多不同的形状和大小。制作一个面的AR内容涉及许多方面,包括哪面是目标面、观测的角度在哪。每个面都是不同的,但如果将这些小段数据正确放置到相应目标上,则内容可随着环境而适应。MARS(和AR)真正的强大之处在于不必使用具体的、简单的数据来制作,而可以使用更复杂的语义数据来完成。
数据归属位于层级的上方。若想让数字内容与现实世界共存,需要有一个明确的可用数据边界。数据归属能让现实自动地转换成数字内容。根据数字内容,排布出理想的现实数据对应用开发者们来说几乎是不可能的,但MARS数据层级解决了这一问题。
在AR中,Unity还有一个连贯的数据存储模式。当数据被删除、更新或数据丢失时,会触发相应的事件。而“查询和数据事件”系统则有更高级的处理方法。用户可以用数据和数值组合成查询命令。而MARS数据层级将调用诸如acquire、update、lost这类的事件,意味着用户不仅能得知是否有平面被探测,还能知道平面的具体大小、朝向和光照级别。同时MARS数据存储方式能动态地接收新自定义类型数据,意味着用户可以无视复杂程度,从任何情景中抓取事件。
在本结构中,位于顶部的是代理系统。代理系统代表了包含Unity对象的现实世界。系统会自动地将在该原生Unity代表系统中发生的对话转化成查询命令。AR代理对象与数据事件挂钩,使其生命周期与Unity数字内容相匹配。

为所有开发者准备的数据

MARS的数据可以为所有AR开发者所用。我们将开发者分为以下三种核心群体:
设计师:对数据的细枝末节不感兴趣,希望能在现实世界的情景和虚拟情境下制作出新的AR应用。
供应方:推出尖端的硬件和软件技术,为AR生态带来全新的数据。
工程师:熟练利用数据和互动,在设计师的蓝图和供应方的数据之间构建桥梁。
不同的群体会有不同的MARS数据库使用方法。这样一来,开发者可以有定制的体验和工作流,更高效地与其它群体互动。

MARS数据供应方

供应方们不必参与MARS数据层级的数据存储和描述功能。从上方图片中可以得知,MARS可以使用所有类型的外部数据和功能。供应方可以使用由几个函数构成的简单API来添加、更新或删除任何类型的数据。供应方还能添加诸如方向、位置、旋转、颜色、光照和粗糙度等类型的数据,将这些数据互相关联起来。
下方是AR Foundation中的平面导入到MARS中的演示:
需要注意的是供应方的接口使用的是一种插入式函数模式。我们可以拿掉API中的引用字段,轻易地在数据源之间切换。这一功能在创作时的数据模拟和回顾中非常重要。
供应方需要在类的定义中将要加入系统的数据罗列出来。下方是MARS平面供应方的特征列表:
在编译时有了这些数据,我们就能看到每个平台上应用可使用的数据都是哪些了。这样一来我们可以得知应用是否能运行,是否需要额外的推导API脚本来支持。
AR工程师们常常需要从不完整或意向之外的数据中推导出世界数据。让我们考虑以下这个例子:一款能在雕像周围显示出课堂图表的应用。部分设备可以直接识别出对象,而其它设备则可以使用图片制作工具来识别对象。在其它平台上,则可以通过重新定位到预制的雕像空间来展示内容。
然而这个例子并不简单。我们再考虑些额外的情形:当一个用户查看的是雕像照片或小尺度复制品时要怎么办?那些想要尝试但没有雕像的用户该如何体验?VR用户应该如何体验?
当然,我们可以在应用中加入数据子集,用于处理所有这些情景和偶然事件。在过去此类AR体验可能是唯一的解决方案,但它并不好用。最终场景中可能会包含一张由对象和不稳定的应变方法织成的错综复杂的大网,所有应用逻辑、平台抽象语句和场景分析文本将混合在一起,时常会出现不同的平台错误,调试也十分困难。
而推导API可以解决这个问题:这些编程接口可以让工程师有相应的能力与信息来处理所有这些复杂的情形。如果没有合适的推导API可用,开发者需要明确以下事实:MARS会在脚本被调用时处理所有的逻辑。而数据提供方的特征列表会与MARS内容所需的特征列表相结合,来确定哪个API是最理想的中间媒介。
推导API接口还会与MARS的数据存储和描述功能互动。推导API可以同时访问所有MARS数据中的列表,比如整个垂直分类的平面列表。
推导API还使用相同的函数来添加、更新或删去数据,MARS可以将推导API和硬件供应方的数据匹配、混合起来,无需更改应用就能无缝衔接其函数间的沟壑。

设计师

我们希望将现实世界中的物品导入到Unity中,当作虚拟对象供用户参考。用户可以用虚拟对象快速创作、验证自己的数字内容。而Unity中的脚本和事件可以使用对象的引用和已有游戏代码,无需额外编程就能直接运行。这一点非常关键——我们想让MARS能无需修改,就与其它资源商店或用户的包裹兼容。我们的工作流遵循Unity的最佳实践,而多方兼容正是工作流最大的优点之一。
我们对象系统的设计十分简单,而多个简单的部件可以通过不同的方法构成复杂的结构。系统具有自
MARS内容由三个组件组成:代理体、代理组和生成器。我们将在此处详细介绍这些话题。
一个代理体代表了一个AR中的对象,这在大部分AR工具组中都是如此。而代理组则能描述那些在现实中由多个事物互相联系、相互组成的情景。迄今还没有其他的创作工具拥有这个功能。代理组的实现从算法上来说非常复杂,幸而我们已经用MARS数据层级帮你解决了。最后一个组件是生成器。生成器是包含了代理体或代理组的对象,它会复制、变换对象形成一个规则集,实现现实的改头换面。

总结

我们来回顾下层级图表,看看整个系统是如何构成的:
All Proxy, ProxyGroup, and Spawner components are authored by designers. They create queries and respond to events.
所有代理体、代理组和生成器组件都是由设计师创作的,它们会生成查询命令、对事件作出反应。
我们使用查询命令在数据库中搜寻匹配数据,控制数据归属。推导API和数据供应方则能在数据库中添加、移除数据。
数据层级的每个部分都以类似的方式衔接,确保在不同的平台上能实现最佳的用户体验。
在场景中,MARS代理体对象定义了一个应用运行所需的特征集。
数据供应方定义了应用中可用的特征集。
推导API则从可用特征集中推导出运行应用所需的特征集。
我们等不及想看到各位能用MARS制作出怎样的尖端应用了。有了大家的支持,我们将继续推进空间运算的边界。如果想了解更多MARS相关的信息,或者想要接收最新新闻、关注未来的发布,请在此处登记,在这里浏览我们新的Project MARS页面。
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