أدوات الاستشعار على الويب

استخدِم Generic Sensor API للوصول إلى أدوات الاستشعار على الجهاز، مثل مقاييس التسارع والجيروسكوبات ومقاييس المغناطيسية.

Alex Shalamov

Mikhail Pozdnyakov

Thomas Steiner

في الوقت الحالي، يتم استخدام بيانات أجهزة الاستشعار في العديد من التطبيقات المخصّصة للنظام الأساسي لتفعيل حالات الاستخدام، مثل الألعاب الغامرة وتتبُّع مستوى اللياقة البدنية والواقع المعزّز أو الافتراضي. ألن يكون من الرائع سدّ فجوة الاختلافات بين تطبيقات الويب والتطبيقات المخصّصة لنظام التشغيل؟ أدخِل Generic Sensor API للويب.

ما هي Generic Sensor API؟

Generic Sensor API هي مجموعة من الواجهات التي توفّر أجهزة الاستشعار لمنصّة الويب. تتكوّن واجهة برمجة التطبيقات من واجهة برمجة التطبيقات الأساسية Sensor ومجموعة من فئات الأجهزة الاستشعارية المحدّدة التي تم إنشاؤها على واجهة برمجة التطبيقات الأساسية. إنّ توفُّر واجهة أساسية يسهّل عملية تنفيذ فئات أجهزة الاستشعار المحدّدة وتحديد مواصفاتها. على سبيل المثال، ألقِ نظرة على فئة Gyroscope. إنه صغير جدًا. يتم تحديد الوظائف الأساسية من خلال الواجهة الأساسية، ولا تفعل سوى Gyroscope توسيع نطاقها باستخدام ثلاث سمات تمثّل السرعة الزاوية.

تتفاعل بعض فئات أدوات الاستشعار مع أدوات استشعار الأجهزة الفعلية، مثل فئات مقياس التسارع أو الجيروسكوب. ويُشار إلى هذه باسم أجهزة الاستشعار ذات المستوى المنخفض. تدمج أدوات الاستشعار الأخرى، التي يُشار إليها باسم أدوات استشعار الدمج، البيانات من عدة أدوات استشعار منخفضة المستوى لعرض معلومات كان على النص البرمجي احتسابها بخلاف ذلك. على سبيل المثال، يقدّم ملف تعريف حسّاس AbsoluteOrientation مصفوفة دوران جاهزة للاستخدام بأبعاد أربعة في أربعة استنادًا إلى البيانات التي يتم الحصول عليها من مقياس التسارع والجيروسكوب ومقياس المغناطيسية.

قد تعتقد أنّ منصة الويب توفّر بيانات أجهزة الاستشعار، وهذا صحيح تمامًا. على سبيل المثال، يعرض حدثا DeviceMotion و DeviceOrientation بيانات جهاز استشعار الحركة. لماذا نحتاج إلى واجهة برمجة تطبيقات جديدة؟

مقارنةً بالواجهات الحالية، توفّر Generic Sensor API عددًا كبيرًا من المزايا:

• ‫Generic Sensor API هي إطار عمل لأجهزة الاستشعار يمكن توسيعه بسهولة باستخدام فئات أجهزة استشعار جديدة، وستحتفظ كل فئة من هذه الفئات بالواجهة العامة. يمكن إعادة استخدام رمز العميل المكتوب لنوع واحد من أجهزة الاستشعار لنوع آخر من أجهزة الاستشعار بعد إجراء تعديلات قليلة جدًا.
• يمكنك ضبط أداة الاستشعار. على سبيل المثال، يمكنك ضبط معدّل أخذ العينات بما يناسب احتياجات تطبيقك.
• يمكنك معرفة ما إذا كان جهاز الاستشعار متوفّرًا على المنصة.
• تحتوي قراءات أجهزة الاستشعار على طوابع زمنية عالية الدقة، ما يتيح مزامنة أفضل مع أنشطة أخرى في تطبيقك.
• تم تحديد نماذج بيانات أجهزة الاستشعار وأنظمة التنسيق بوضوح، ما يتيح لمطوّري المتصفحات تنفيذ حلول قابلة للتشغيل التفاعلي.
• لا تكون الواجهات المستندة إلى Generic Sensor مرتبطة بـ DOM (أي أنّها ليست عناصر navigator أو window)، ما يفتح فرصًا مستقبلية لاستخدام واجهة برمجة التطبيقات ضمن معالجي الخدمة أو تنفيذها في أوقات تشغيل JavaScript بدون واجهة مستخدم، مثل الأجهزة المضمّنة.
• تُعدّ جوانب الأمان والخصوصية من أهم أولويات واجهة برمجة التطبيقات Generic Sensor API، كما أنّها توفّر مستوى أمان أفضل بكثير مقارنةً بواجهات برمجة تطبيقات أجهزة الاستشعار القديمة. هناك عملية دمج مع واجهة برمجة التطبيقات Permissions API.
• تتوفّر ميزة المزامنة التلقائية مع إحداثيات الشاشة لأجهزة Accelerometer وGyroscope وLinearAccelerationSensor وAbsoluteOrientationSensor وRelativeOrientationSensor وMagnetometer.

واجهات برمجة التطبيقات المتاحة لأجهزة الاستشعار العامة

في وقت كتابة هذه المقالة، تتوفّر عدة أدوات استشعار يمكنك تجربتها.

أجهزة استشعار الحركة:

• Accelerometer
• Gyroscope
• LinearAccelerationSensor
• AbsoluteOrientationSensor
• RelativeOrientationSensor
• GravitySensor

أجهزة الاستشعار البيئية:

• AmbientLightSensor (خلف الميزة التجريبية #enable-generic-sensor-extra-classes في Chromium)
• Magnetometer (خلف الميزة التجريبية #enable-generic-sensor-extra-classes في Chromium)

رصد الميزات

إنّ رصد ميزات واجهات برمجة التطبيقات للأجهزة أمر صعب، لأنّك تحتاج إلى رصد ما إذا كان المتصفّح يتوافق مع الواجهة المعنيّة، وما إذا كان الجهاز يتضمّن أداة الاستشعار المعنيّة. يمكنك التحقّق مما إذا كان المتصفّح يتيح استخدام واجهة معيّنة بسهولة. (استبدِل Accelerometer بأي من الواجهات الأخرى المذكورة أعلاه).

if ('Accelerometer' in window) {
  // The `Accelerometer` interface is supported by the browser.
  // Does the device have an accelerometer, though?
}

للحصول على نتيجة فعّالة لميزة رصد الأجسام، عليك محاولة الاتصال بجهاز الاستشعار أيضًا. يوضّح هذا المثال كيفية إجراء ذلك.

let accelerometer = null;
try {
  accelerometer = new Accelerometer({ frequency: 10 });
  accelerometer.onerror = (event) => {
    // Handle runtime errors.
    if (event.error.name === 'NotAllowedError') {
      console.log('Permission to access sensor was denied.');
    } else if (event.error.name === 'NotReadableError') {
      console.log('Cannot connect to the sensor.');
    }
  };
  accelerometer.onreading = (e) => {
    console.log(e);
  };
  accelerometer.start();
} catch (error) {
  // Handle construction errors.
  if (error.name === 'SecurityError') {
    console.log('Sensor construction was blocked by the Permissions Policy.');
  } else if (error.name === 'ReferenceError') {
    console.log('Sensor is not supported by the User Agent.');
  } else {
    throw error;
  }
}

Polyfill

بالنسبة إلى المتصفحات التي لا تتيح استخدام Generic Sensor API، يتوفّر polyfill. يسمح لك الpolyfill بتحميل تنفيذات أجهزة الاستشعار ذات الصلة فقط.

// Import the objects you need.
import { Gyroscope, AbsoluteOrientationSensor } from './src/motion-sensors.js';

// And they're ready for use!
const gyroscope = new Gyroscope({ frequency: 15 });
const orientation = new AbsoluteOrientationSensor({ frequency: 60 });

ما هي كل هذه أجهزة الاستشعار؟ كيف يمكنني استخدامها؟

أدوات الاستشعار هي مجال قد يحتاج إلى مقدمة موجزة. إذا كنت على دراية بأدوات الاستشعار، يمكنك الانتقال مباشرةً إلى قسم البرمجة العملية. بخلاف ذلك، لنلقِ نظرة على كل جهاز قياس متوافق بالتفصيل.

مقياس التسارع ومستشعر التسارع الخطي

يقيس مستشعر Accelerometer التسارع في جهاز يستضيف أداة الاستشعار على ثلاثة محاور (س وص وz). هذا المستشعر هو مقياس تسارع بالقصور الذاتي، ما يعني أنّه عندما يكون الجهاز في حالة سقوط حر خطي، سيكون إجمالي التسارع measured يساوي 0 متر/ثانية²، وعندما يكون الجهاز مسطّحًا على طاولة، سيكون التسارع في الاتجاه التصاعدي (محور Z) مساويًا لجاذبية الأرض، أي g ≈ +9.8 متر/ثانية² لأنّه يقيس قوة الطاولة التي تدفع الجهاز للأعلى. إذا دفعت الجهاز ناحية اليمين، سيكون التسارع على محور X موجبًا، أو سالبًا إذا تم تسريع الجهاز من اليمين إلى اليسار.

يمكن استخدام مقاييس التسارع لإجراء عمليات مثل: احتساب الخطوات أو استشعار الحركة أو تحديد اتجاه الجهاز ببساطة. غالبًا ما يتم دمج قياسات مقياس التسارع مع بيانات من مصادر أخرى ل إنشاء أدوات استشعار مدمجة، مثل أدوات استشعار الاتجاه.

يقيس LinearAccelerationSensor التسارع الذي يتم تطبيقه على الجهاز الذي يستضيف أداة الاستشعار، باستثناء المساهمة للجاذبية. عندما يكون الجهاز في حالة سكون، مثلاً عندما يكون مسطّحًا على الطاولة، يقيس أداة الاستشعار تسارعًا rzęd 0 متر في الثانية² على ثلاثة محاور.

أداة استشعار الجاذبية

يمكن للمستخدمين حاليًا الحصول يدويًا على قراءات قريبة من قراءات أداة استشعار الجاذبية من خلال فحص قراءات Accelerometer وLinearAccelerometer يدويًا، ولكن قد يكون ذلك صعبًا ويعتمد على دقة القيم التي تقدّمها هذه الحساسات. يمكن للأنظمة الأساسية، مثل Android، تقديم قراءات الجاذبية كجزء من نظام التشغيل، والذي من المفترض أن يكون أرخص من حيث الحساب، ويقدّم قيمًا أكثر دقة استنادًا إلى أجهزة المستخدم، وأن يكون أسهل في الاستخدام من حيث سهولة استخدام واجهة برمجة التطبيقات. تعرِض القيمة GravitySensor تأثير التسارع على طول محورَي X وY وZ للجهاز بسبب الجاذبية.

الجيروسكوب

يقيس أداة استشعار Gyroscope السرعة الزاوية بالراديان في الثانية حول محورَي X وY وZ المحليَين للجهاز. تحتوي معظم أجهزة المستهلك على أدوات قياس التسارع الدوراني الميكانيكية (MEMS)، وهي أدوات استشعار بالقصور الذاتي تقيس معدّل الدوران استنادًا إلى قوة كوريوليس بالقصور الذاتي. أدوات الاستشعار الدورانية MEMS معرّضة للانحراف الذي ينتج عن حساسية الجاذبية في أداة الاستشعار، ما يؤدي إلى تشويه النظام الميكانيكي الداخلي لأداة الاستشعار. تتذبذب أجهزة الجيرسكوب بترددات عالية نسبيًا، على سبيل المثال: ‫10 كيلوهرتز، وبالتالي، قد تستهلك طاقة أكبر مقارنةً بأجهزة الاستشعار الأخرى.

أجهزة استشعار الاتجاه

AbsoluteOrientationSensor هو جهاز استشعار مدمج يقيس دوران الجهاز بالنسبة إلى نظام إحداثيات الأرض، بينما RelativeOrientationSensor يقدّم بيانات تمثّل دوران جهاز يستضيف أجهزة استشعار للحركة بالنسبة إلى نظام إحداثيات مرجعي ثابت.

تتيح جميع أُطر عمل JavaScript الحديثة للرسومات الثلاثية الأبعاد استخدام الأعداد الرباعية ومصفوفات الالتفاف لتمثيل الالتفاف. ومع ذلك، إذا كنت تستخدم WebGL مباشرةً، يتضمّن OrientationSensor بشكل ملائم كلاً من سمة quaternion وطريقة populateMatrix(). في ما يلي بعض المقتطفات:

three.js

let torusGeometry = new THREE.TorusGeometry(7, 1.6, 4, 3, 6.3);
let material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x0071c5 });
let torus = new THREE.Mesh(torusGeometry, material);
scene.add(torus);

// Update mesh rotation using quaternion.
const sensorAbs = new AbsoluteOrientationSensor();
sensorAbs.onreading = () => torus.quaternion.fromArray(sensorAbs.quaternion);
sensorAbs.start();

// Update mesh rotation using rotation matrix.
const sensorRel = new RelativeOrientationSensor();
let rotationMatrix = new Float32Array(16);
sensor_rel.onreading = () => {
  sensorRel.populateMatrix(rotationMatrix);
  torus.matrix.fromArray(rotationMatrix);
};
sensorRel.start();

BABYLON

const mesh = new BABYLON.Mesh.CreateCylinder('mesh', 0.9, 0.3, 0.6, 9, 1, scene);
const sensorRel = new RelativeOrientationSensor({ frequency: 30 });
sensorRel.onreading = () => mesh.rotationQuaternion.FromArray(sensorRel.quaternion);
sensorRel.start();

WebGL

// Initialize sensor and update model matrix when new reading is available.
let modMatrix = new Float32Array([1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1]);
const sensorAbs = new AbsoluteOrientationSensor({ frequency: 60 });
sensorAbs.onreading = () => sensorAbs.populateMatrix(modMatrix);
sensorAbs.start();

// Somewhere in rendering code, update vertex shader attribute for the model
gl.uniformMatrix4fv(modMatrixAttr, false, modMatrix);

تتيح أدوات استشعار الاتجاه حالات استخدام مختلفة، مثل الألعاب الغامرة والواقع المعزّز والواقع الافتراجتماعي.

لمزيد من المعلومات عن أدوات استشعار الحركة وحالات الاستخدام المتقدّمة والمتطلبات، يُرجى الاطّلاع على مستند شرح أدوات استشعار الحركة.

المزامنة مع إحداثيات الشاشة

يتم تلقائيًا حل قراءات أجهزة الاستشعار المكانية في نظام إحداثيات محلي مرتبط بالجهاز ولا يأخذ اتجاه الشاشة في الاعتبار.