开发行业应用的XR最佳实践

执行概要

在过去几十年中，开发者将行业带入了数字领域。他们编写了在线平台，人们可以在上面买卖任何东西。他们创建了开放的图书馆，教授从3D CAD到原矿冶炼的所有知识。他们制作了网络工具，以便在设计优化和3D几何等方面进行协作，等等。因此，行业专家只需点击几下即可分享和学习任何内容。但要做到这一点，他们仍然必须连接到那个数字领域。

这导致了行业数字化转型的下一个阶段。开发者的意图是将行业的物理领域与数字领域融合，而不是仅仅架起桥梁。本质上，数字领域现在通过虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）直接进入生产车间——统称为扩展现实（XR）。这些技术在当前行业中的应用包括：

• 在数字生产线上进行VR培训，以减少对人员、产品和财产的风险。
• AR辅助维护，使生产线上的人员能够看到设计师打算如何解决问题。
• MR支持的商店，客户可以在购买前虚拟参观或试穿产品。
• XR技术的行业应用仍处于起步阶段。因此，行业开发者可能会质疑有哪些应用可用。

然而，XR最近被引入行业，这使得开发者提出了另一个问题：生产这些体验的最佳实践是什么？这将在这里讨论。

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什么是XR，它将如何改变行业？

尽管大多数开发者本能地知道XR技术之间的区别，但最好在这里定义它们以建立基线：

• 虚拟现实（VR）是完全数字化的体验；与现实世界的唯一连接是用户的输入和显示设备。
• 增强现实（AR）是物理世界和虚拟领域之间的柔和融合；数字资产、信息和数据叠加在现实世界资产之上。
• 混合现实（MR）完全融合了数字领域和物理世界；数字资产与现实世界资产相互作用，反之亦然。
• 扩展现实（XR）包含上述所有内容。

“我会广泛地将[XR]定义为创造模糊物理和数字现实之间界限的沉浸式体验，”Unity行业团队的高级技术产品经理Seth Glaze同意道。“这特别包括VR或虚拟现实、AR增强现实以及混合现实。”

VR的一个工业示例可能涉及数字会议或研讨会。在这里，来自世界各地的员工同时与数字景观和现实世界资产的数字双胞胎互动。实际上，每位员工都佩戴着VR头盔，并使用输入设备与虚拟环境和数字双胞胎互动。但在数字领域内，员工可以将双胞胎缩放到任何大小（以检查或测试最微小的细节）或在任何环境中模拟产品的性能。

VR的另一个良好应用是“沉浸式培训[因为]这通常是大规模培训的唯一方式，”Unity行业团队的高级解决方案架构师Jerome Maurey-Delaunay说。“你不能随便带[受训者]进入制造工厂。[VR]可以让[这些]员工获得[设施]的访问权限……让人们习惯于危险[和最佳实践]。”

然而，上述维护示例是AR的一个良好描述。想象一下，维护工程师佩戴着带有Google Lens类似附件的安全帽。显示器可以通知他们生产线上的一台机器需要维护，指引他们到机器所在的位置，显示机器上损坏的部件，然后叠加一段视频，解释如何修复该部件。

混合现实将AR的融合现实概念更进一步，并在此过程中通常与VR元素结合。想象一下上面的AR维护示例。现在，维护工程师正在家中使用VR输入设备和耳机工作。从工程师的角度来看，他们正在穿越由生产线数字双胞胎构成的数字景观。与此同时，在实际的生产线上，由该工程师控制的机器人正在物理上修理一台机器。

制造工业XR体验的挑战

随着XR术语的完全定义及其在工业应用中的潜力明确，开发者自然会开始思考在创建这些沉浸式体验时会面临的挑战。Unity行业团队的软件开发经理Jonathan de Belle解释说，他的团队经常被叫来帮助客户调整他们的数据和设计以适应XR应用。因此，他知道开发者面临的常见XR挑战。

他解释说，第一个挑战往往是客户的3D模型太大，无法轻松集成到数字体验中。De Belle表示，他的团队经常处理“非常大、非常详细的模型……部件数量庞大，每个部件都非常详细，因为[我们正在处理]制造数据。这不是传统的视频游戏数据。”

一个相关但不同的挑战来自于与3D模型和其他数字资产相关的大量元数据。这种非几何数据的例子可能包括资产的材料属性。在XR体验中，这些值可能会被提取并添加到数字显示中。虽然一个资产的屈服强度数据不算很多，但它很可能是从涵盖整个设施的材料属性数据中提取的——这可能是大量数据。

“你还有非视觉数据，”de Belle同意道。“在很多情况下，你希望这些数据在应用程序中是可访问的。而获取这些……相关信息也是一个挑战，因为数据量很大。”

这种数据量带来了另一个挑战：XR硬件兼容性。在现实中，用户在访问XR体验时可能使用的设备是无法预测的。因此，这大量的数据必须能够在众多软件和硬件设备之间进行传输和兼容，包括传统的CPU、GPU和头戴设备。

这也意味着开发者面临着使他们的XR应用程序具备未来适应性的挑战。由于许多移动设备，如手机，往往在型号之间每年更换，因此确保XR体验在未来设备上以及传统设备上都能正常工作同样重要。

设计师在为行业应用构建XR模型时面临的另一个挑战是，他们通常需要访问数字双胞胎、专有数据和锁定在各种公司数据孤岛中的信息。处理实时数据时，这个问题会更加严重。由于数字领域必须反映物理领域，因此对3D素材资源和各种其他数据源进行版本控制至关重要。

制作XR体验的最佳实践

尽管XR体验会有所不同，但Unity已经表明，开发者面临的许多挑战仍然是相同的。因此，该公司开发了最佳实践来解决许多这些挑战。

问自己，“这个XR体验解决了什么？”

Glaze指出，创建XR应用程序时，首要且通常最重要的最佳实践是在开发开始时理解和定义用例及其好处。将XR添加到工业工作流程中不应仅仅是追随最新的技术趋势。例如，当视频通话足够时，将每个会议带入XR环境并没有好处。除非解决了一个切实的问题，否则没有必要强迫用户体验沉浸式体验。

通过首先定义XR应用程序的用例和好处，开发者可以利用这些信息来控制其范围、预算和开发时间。这也有助于他们限制许多上述挑战。一旦初始的XR体验完成，开发者就可以考虑扩大其范围或构建另一个。

最佳的XR体验是针对所解决的问题量身定制的

一旦开发者理解了他们的XR体验所解决的问题，他们就可以更好地根据该需求进行定制。例如，如果应用程序应该：

• 帮助客户试用产品，那么最终的展厅就是客户的‘后院’。
• 培训维护工人，那么最终的培训室就是您自己的设备。
• 测试产品设计，那么最终的测试场就是您产品的自然环境。

例如，Glaze提到了一家专注于工业应用沉浸式VR培训体验的澳大利亚开发者。其中一个体验涉及培训工人修理海上石油钻井平台。设备全天候运行，停止运行的成本高达数百万美元。与此同时，在这些资产上模拟紧急情况可能是危险的。因此，在现实世界中对设备进行培训是困难的。

为了解决这个问题，开发者创建了现实世界设备的定制数字双胞胎，并将其添加到XR应用中。在培训期间，员工现在使用这个工具来练习解决现实中可能出现的问题。

开发者发现，这些XR模拟不仅仅是模拟任何油井；它需要模拟员工正在工作的油井。否则，他们可能在关键时刻跌倒，试图将他们的培训知识转化为当前设备设置。

使用您拥有的模型

行业充满了可以在XR应用中利用的数据、模型和3D几何图形。Glaze举了一个为主题公园开发游乐设施和景点的公司的例子。这些游乐设施和景点的3D CAD模型已经存在。因此，它们可以用来加速XR应用的开发。

主题公园是受欢迎的地点，但并不是每个人都有能力或条件去参观它们。这可以被视为公园的收入损失和潜在游客的机会损失。相反，公园可以利用其3D模型构建沉浸式体验，以吸引这些粉丝。现在更多的人可以远程访问这些景点，无论他们的物理位置或状况如何。与此同时，公园创造了一条新的收入来源，提高了这些景点的投资回报率。

“你可以多次利用这些素材资源，”Glaze说。“从安全[角度]来看，它们在那时被去特征化了。你不会把整个CAD模型扔进去。但你可以重用这些[去特征化的模型]来支持你的销售团队……这些[体验]可以是……虚拟试穿，或者你正在进行你用这些[模型]创建的设施的走访。”

清理和简化你的数据，以便在实时3D中工作

大部分内部3D数据行业开发者可以访问的内容以CAD文件的形式出现。这很有道理，因为CAD工具是为产品设计、开发和制造等工业工作流程而设计的。这些工作流程需要的信息比XR环境所需的更多，或者不兼容。但正如之前的最佳实践所声称的，这些CAD数据应该被利用。De Belle和Maurey-Delaunay解释说，这种矛盾促成了另一个XR开发最佳实践：简化和精简数据。

“将你的应用程序与数据分离，外部化数据，”Maurey-Delaunay说。“这非常重要，因为下一个即将推出的硬件，你可能需要重新处理数据以适应该平台的硬件要求。如果你的数据嵌入到你的应用程序中，重新打开项目[以获取数据]将会产生大量[工作]。”

做到这一点的第一种方法是创建分层细节级别（或LOD）加载系统，其中3D对象的特征是可变的。本质上，当用户从远处看到一个物体时，它是3D模型的简单轮廓——即使该物体由数千个部分组成。当用户靠近时，会绘制更多细节，并将更多模型添加到体验中。最终，足够的数据被引入数字现实，用户可以放大到单个部分。De Belle将其称为3D几何体的多边形流方法。

他还解释了可以使用工具从CAD模型中提取数据，以便在更“游戏化”的环境中使用。这还有一个额外的好处，即保护知识产权（IP）。这些工具可以根据XR用例变化3D模型的抽象程度。

“这与第一个[最佳实践]相关，”德贝尔说。“问问自己，‘你想用这些数据做什么，然后哪些数据部分可以去掉特征。这将消除安全问题，[减少]数据泄露，但另一方面，它将减少数据的总重量，使其更容易处理[它]，以便真正进入实时体验。”

为新的XR设备、数据源和集成做好未来准备

为了优化XR体验的投资回报率，开发人员需要确保他们做好未来准备。这不仅意味着这些应用程序中的数字双胞胎必须实时反映现实世界资产，还意味着XR应用程序本身与当前XR硬件兼容。为此，开发人员应确保他们的数据遵循开放标准。这可能很困难，因为标准总是在不断发展，并且对于XR应用程序并不明确。

为了解决这个问题，莫雷-德洛内建议自动化系统至关重要。“将智能内置于我们的工具中会产生巨大的差异，”他说。“这不仅仅是[3D模型]的转换，而是动态转换，适应你的用例……复杂的装配每天可以看到60次更新，对吧？因为有30个人在不同的部分工作。所以拥有这些自动化是至关重要的。”

从小开始，然后扩展

XR体验不必在发布时涵盖整个组织。它可以，并且通常应该，从小开始，以简化开发，减少挑战并改善工作流程集成。制作一个XR应用程序，向维护工程师展示如何修复一个部分，远比由于功能膨胀而从未发布要好得多。一旦体验证明其价值，就可以扩展到其他情况。

Maurey-Delaunay指出，这再次与询问XR体验将解决什么问题有关，因为这有助于定义其初始范围。他说：“找到那些小问题，解决它们，然后在证明该解决方案的投资回报后再进行扩展。”你在此基础上解决组织内越来越多的问题。”

Unity如何帮助制作XR体验

在Unity的帮助下，开发人员可以构建工业XR体验，同时遵循最佳实践并限制常见挑战。

例如，Unity Pixyz可以成为希望将其组织的3D数据引入XR应用程序的开发人员的一个重要资产。该工具能够导入和转换CAD、BIM、网格、点云和许多3D数据格式，优化它们并管理内部元数据，使其适合在XR体验中使用。Unity还提供资产管理工具，使开发人员更容易找到和使用这些数据，从而构建沉浸式体验。

作为证明，Glaze指出了来自一家日本建筑公司的Unity客户示例。该公司数字化了所有资产和设计。它使用或构建的任何机器都可以用于公司希望创建的任何XR体验。由于该公司使用Unity生态系统，这些应用程序可以在网页浏览器和本地应用程序上部署。Unity生态系统还提供了一个端到端平台，简化了建筑公司的3D资产的摄取、处理、准备和管理。

“Unity的力量在于我们可以帮助您创建在平板电脑或最新头戴设备上运行的XR体验，”Glaze说，“但我们也帮助您支持旧设备，延长预算并减少对新设备培训员工的需求。”

至于Unity如何帮助开发人员制作XR体验的其他方式，Glaze说：“我认为这归结为，您想自己做，还是希望Unity的整个团队帮助确保您与即将推出的最新设备兼容。”在某些情况下，我们甚至可以提前获得硬件，这帮助我们的用户成为第一个在下一个重大事物上部署的人……我们还保持对最新开放标准的关注。无论是Meta最新的开源项目，还是像通用场景描述（USD）这样的文件格式。我们有资源能够跟踪这些，并确保我们的用户尽可能保持最新。”

Unity还提供教育资源，帮助开发人员制作工业XR应用程序。这些资源包括培训、咨询和社区讨论板。