産業アプリケーション向けXRを開発するためのベスト プラクティス
概要
過去数十年にわたって、開発者は産業をデジタルの領域に取り込んできました。彼らは、人々が何でも売買できるオンラインプラットフォームをコーディングしました。3D CADからRaw鉱石の精錬まで、あらゆることを教えるオープン ライブラリを作成しました。同社は、設計の最適化や3Dジオメトリなどの分野でコラボレーションするためのネットワーキング ツールを制作しています。その結果、業界のエキスパートが数回クリックするだけで、あらゆる情報を共有して学ぶことができます。しかしそのためには、そのデジタル領域に接続する必要があります。
これが、業界のデジタルトランスフォーメーションの次の段階につながっています。開発者は、産業界の物理的な領域とデジタルの領域を橋渡しするのではなく、それらを融合させるつもりです。基本的に、デジタルの領域は、VR(VR)、AR(拡張現実)、MR(複合現実)を介して、生産現場に直接入って来ています。これらを総称してXR(エクステンデッドリアリティ)と呼びます。これらのテクノロジーの現在の業界への応用例は以下の通りです。
- デジタル生産ラインでのVRトレーニングにより、人、製品、プロパティのリスクを軽減します。
- ARはメンテナンスを支援し、設計者が問題の修正をどのように意図しているかを現場の担当者が確認できるようにします。
- MR 対応ショップでは、顧客が購入前にバーチャル空間で製品を見たり試着したりします。
- XRテクノロジーの業界への応用はまだ始まったばかりです。そのため、業界の開発者は、どのようなアプリケーションが利用できるか疑問に思うかもしれません。
しかし、XRを業界に追加する最近の傾向として、開発者は別の質問を投げかけています。これらの体験を生み出すためのベストプラクティスは何ですか？これについては、こちらで説明します。
この e ブックは engineering.com の委託により作成されました。
XRとは何か、そしてそれが業界をどのように変えるのか。
ほとんどの開発者はXRテクノロジーの違いを直感的に知っていますが、ここで定義してベースラインを確立するのが最適です。
- VRVR）は完全にデジタルな体験です。現実世界とのつながりは、ユーザーの入力デバイスとディスディスプレイだけです。
- AR(拡張現実)は現実世界と仮想世界のソフト ブレンドであり、デジタル アセット、情報、データは現実世界のアセットの上にオーバーレイされます。
- MR(複合現実)は、デジタル領域と現実世界を完全にブレンドします。デジタル アセットは現実世界のアセットと相互作用し、その逆もまた然りです。
- XRXR）は、上記のすべてを含みます。
「私は(XRを)、物理現実とデジタル現実の境界を曖昧にする没入型の体験を作成することと広く定義します」と、Unityのインダストリー チームのシニア テクニカル プロダクト マネージャーであるSeth Glaze氏は同意します。「これには、具体的にはVR、VR、AR、AR、混合現実が含まれます。」
VRの産業例としては、デジタル会議やデジタル ワークショップが挙げられます。ここでは、世界中の従業員がデジタル横向きと現実世界の資産のDigital Twinsを同時に操作します。実際には、各社員はVRヘッドセットを装着し、入力デバイスを使用して仮想環境やDigital Twinsを操作しています。しかし、デジタル領域内では、従業員は(微細な部分を検査またはテストするために)ツインを任意のサイズにスケールしたり、あらゆる環境における製品のパフォーマンスをシミュレートしたりできました。
VR のもう 1 つの良いアプリケーション例は、「没入型トレーニングは多くの場合、大スケールなトレーニングを行う唯一の方法です」と、Unity のインダストリーチームのシニアソリューションアーキテクトである Jerome Maurey-ドロネー 氏は言います。「(従業員を)製造工場に連れて行くことはできません。(VRは)従業員にアクセス権を与え、従業員に危険(とベストプラクティス)に慣れてもらうことができます。」
ただし、前述のメンテナンス例は AR をよく表しています。メンテナンス エンジニアが、Googleレンズのようなハードハットを装着しているとします。生産ラインの機械がメンテナンスを必要としていることをディスプレイで通知し、機械の位置を指示し、機械の壊れた部分を見せ、その部分の修正方法を説明するビデオをオーバーレイすることができます。
混合現実（MR）は、AR の複合現実の概念をさらにステップさせ、多くの場合、VR 要素と組み合わせます。上記の AR メンテナンスの例を想像してみてください。現在のみ、メンテナンス エンジニアはVR入力デバイスとヘッドセットを使用して自宅で作業しています。エンジニアの透視下では、生産ラインのデジタルツインで構成されるデジタルの横向きを進んでいます。一方、実際の生産ラインでは、そのエンジニアが操縦するロボットが機械を物理的に固定しています。
産業用XR体験の制作における課題
XR の用語が完全に定義され、産業用途への可能性が消去になれば、開発者は自然とこれらの没入型体験を作成する際に直面する課題について疑問を抱くように開始ます。Unityのインダストリー チームのソフトウェア開発マネージャーであるJonathan de Belle氏は、彼のチームが、顧客がXRアプリケーションにデータと設計を適応させるヘルプに呼ばれることが多いと説明しています。その結果、開発者が直面する一般的なXRの課題を理解しています。
最初の課題は、お客様の3Dモデルが大きすぎて、デジタル体験に簡単に統合できない傾向があると彼は説明します。De Belle氏は次のように述べています。「非常に大規模で詳細なモデルを扱うことが多いのですが、製造データを使用しているため、パーツの数は膨大で、各パーツが非常に細かいのです。これは従来のビデオゲームデータではありません。」
3Dモデルやその他のデジタル アセットに関連するメタデータの音量には、関連するが別の課題があります。この非幾何学的データの例として、アセットのマテリアルプロパティが挙げられます。XR 体験では、これらの値がデジタルディスプレイにプルされたり、追加されたりします。1 つのアセットの降伏強度はそれほど多くのデータではありませんが、施設全体にわたる材料プロパティデータから取得される可能性が高く、大量のデータになることがあります。
「非視覚的なデータもあります」と de Belle 氏は同意します。「多くの場合、そのデータにアプリケーションからアクセスできる必要があります。また、関連情報が大量にあるので、それを伝えるのも難しいです。」
このデータの音量には、もう1つの課題があります。XRハードウェア互換性。ユーザーが野外のXR体験にアクセスするときに、どのようなデバイスを持つ可能性があるかはまったくわかりません。したがって、この膨大なデータを転送可能で、古い機能のCPU、GPU、ヘッドセットを含む多数のソフトウェアおよびハードウェア デバイスと互換性のあるものにする必要があります。
拡張子によって、開発者はXRアプリケーションを将来保証するという課題にも直面することになります。スマートフォンなどの多くのモバイルデバイスは、モデル間の年間売上高が変わらない傾向があるため、XR 体験がレガシーデバイスだけでなく、古い機能のデバイスでも機能することを確認することも同様に重要です。
デザイナーが産業用途の XR モデルを構築する際に直面するもう 1 つの課題は、一般的に、企業のさまざまなデータサイロ内に閉じ込められているDigital Twins、プロプライエタリデータ、情報にアクセスする必要があることです。この問題は、リアルタイムデータを扱う場合に悪化します。デジタル領域は物理的なものをミラーすることが重要であるため、3DD アセットやその他のさまざまなデータソースのVersion Controlが重要です。
XR体験作成時のベスト プラクティス
XR体験は異なりますが、Unityは開発者が直面する課題の多くが同じであることを示しています。その結果、同社はこれらの課題の多くに対処するベストプラクティスを開発しました。
「このXR体験は何を解決するのか」を自問してみてください。
Glaze氏は、XRアプリケーションを作成する際の最初の、そして多くの場合最も重要なベストプラクティスは、開発開始時にユースケースとメリットを理解して定義することです。XRを産業ワークフローに追加することは、最新のテクノロジー トレンドに乗ることではありません。例えば、ビデオ通話で十分であるのに、すべての会議を XR 環境に取り込むメリットはありません。具体的な問題を解決しない限り、ユーザーに没入型体験を強制する必要はありません。
XRアプリケーションのユースケースとメリットを最初に定義することで、開発者はこの情報を使用してスコープ、バジェット、開発時間を調整できます。また、前述の課題の多くを緩和できます。最初のXR体験が完了したら、開発者はその範囲の拡張や別のビルドを検討できます。
最高のXR体験は、解決しようとしている問題に合わせて調整されている
開発者は、XR体験が解決している問題を理解したら、そのニーズに合わせてより適切に調整できます。たとえば、アプリケーションが次のことを実行する場合、
- お客様が製品を試すのをヘルプし、究極のショールームはお客様の「裏庭」です。
- メンテナンス作業者のトレーニングを行い、究極のトレーニングルームは独自の機器です。
- 製品設計をテストし、最終的なテスト場所は製品の自然環境です。
例えば、Glazeは、産業アプリケーション向けの没入型VRトレーニング体験に重点を置くオーストラリアの開発者に言及しています。その経験の1つに、海上の石油掘削リグの修正トレーニングが含まれていました。この機器は24時間365日稼働し、停止には数百万ドルのコストがかかります。一方、これらのアセットで緊急事態のシナリオをシミュレートするのは危険です。そのため、現実世界で機器に関するトレーニングを行うのは困難です。
この問題を解決するために、開発者は実世界の機器のカスタマイズされたDigital Twinsを作成し、XRアプリケーションに追加しました。トレーニング中、従業員はこのツールを使用して、現実に発生する可能性のある問題の解決を練習するようになりました。
開発者は、これらのXRシミュレーションでは石油リグをモデル化するだけでは不十分であり、従業員が作業している石油リグをモデル化する必要があることに気付きました。そうしないと、トレーニングの知識を現在の機器設定に変換しようとして、重要な場面でつまづくことがあります。
お持ちのモデルを使用
XRアプリケーション内で活用できるデータ、モデル、3Dジオメトリが業界にあふれています。『Glaze』は、テーマパーク向けの乗り物やアトラクションを開発している会社の例を使用しました。乗り物やアトラクションの3D CADモデルはすでに存在します。そのため、XRアプリケーションの開発をスピードアップするために使用できます。
テーマパークは場所を求められていますが、誰もがその場所を訪れる手段や能力を持っているわけではありません。これは、公園にとっては収益の損失、来園者となるべき人にとっては機会の損失と考えることができます。代わりに、公園は3Dモデルを使用して没入型の体験をビルドし、これらのファンに届けました。今では、より多くの人が、物理的な場所や状態に関係なく、遠くからこれらのアトラクションにアクセスできるようになりました。一方、パークはこれらのアトラクションの ROI を向上させる新しい収益ストリームを創出します。
「これらのアセットは何度でも活用できます」と Glaze 氏は言います。「セキュリティの観点では、その時点で負けています。CAD モデル全体を投入することはありません。しかし、これらの（機能しなくなった）モデルを再利用して、営業チームを強化することができます。…これらの（体験）とは、例えば、バーチャル試着や、これらの（モデル）を使って作成した施設をウォークスルーすることなどを指します。」
データをクリーンアップして合理化し、リアルタイム3Dで作業
3D データ業界の開発者がアクセスできる社内の 3D データの多くは、CAD ファイル形式で提供されます。CAD ツールは製品の設計、開発、製造などの産業ワークフロー向けに設計されているため、これは理にかなっています。これらのワークフローでは、XR環境に必要以上の情報、またはXR環境と互換性のある情報が必要です。しかし、先ほどのベストプラクティスでも説明したように、この CAD データは活用する必要があります。De Belle氏とMaurey-ドロネー氏は、この矛盾が別のXR開発ベスト プラクティス、つまりデータの合理化とシンプル化につながっていると説明しています。
「アプリケーションとデータを分離し、データを外部化しましょう」とMaurey-ドロネー氏は言います。「次に登場するハードウェアでは、そのプラットフォームのハードウェア要件に合うようにデータを修正する必要がある可能性があるため、これは非常に重要です。アプリケーションにデータが埋め込まれている場合は、プロジェクトを再度開いてデータを取り込むための作業全体が発生します。」
1 つ目の方法は、LOD (Hierarchical LOD) ローディングシステムを作成することです。LOD ローディングシステムでは、3D オブジェクトの機能は変数です。基本的に、ユーザーが遠くからオブジェクトを見るときは、そのオブジェクトが数千個のパーツで構成されている場合でも、3Dモデルのシンプルなアウトラインです。ユーザーに近づくと、さらに多くのディテールが描かれ、体験により多くのモデルが追加されます。最終的には、ユーザーが個々のパーツにズームできるほどのデータがデジタルリアリティに取り込まれます。De Belleでは、これを3Dジオメトリへのポリゴンストリーミング方式と呼んでいます。
また、ツールを使用してCADモデルからデータを抽出できるため、より「ゲーミフィケーションされた」環境で使用できるようになるとも説明しています。これには、知的財産（IP）を保護するというもう 1 つの利点があります。これらのツールは、XRユースケースに基づいて3Dモデルをどの程度抽象化するかを変えることができます。
「これは最初の（ベストプラクティス）に繋がります」と de Belle 氏は言います。「『このデータで何をしようとしているのか、そしてデータのどの部分を倒せるのか』を自問してみてください。これにより、セキュリティの問題が解消され、データ漏洩が削減されますが、その一方で、データの合計ウェイトが削減され、処理がはるかに簡単になって、実際にリアルタイム体験を実現できるようになります。」
新しいXR機器、データ ソース、統合の将来にわたる保証
XR体験のROIを最適化するには、開発者が将来にわたって保証されていることを確認する必要があります。これは、これらのアプリケーション内のデジタル ツインが現実世界のアセットをリアルタイムで反映する必要があるだけでなく、XRアプリケーション自体が現在のXRハードウェアと互換性のあることも意味します。そのためには、開発者はデータがオープンスタンダードに準拠していることを確認する必要があります。標準は常に進化しており、XRアプリケーション用に明確に定義されていないため、これは難しい場合があります。
これに対処するために、Maurey-ドロネー氏は自動化システムが不可欠であると提案しています。「私たちのツールにインテリジェンスが組み込まれていることで、大きな違いが生まれます」と彼は言います。「(3Dモデルの)単なる変換ではなく、ユースケースに適応するダイナミック変換です。複雑なアセンブリでは、1日に60回の更新を見ることができます。30 人がさまざまなパーツに取り組んでいるからです。そのため、これらの自動化は非常に重要です。」
小さく開始し、大きく拡大
XR体験は、そのリリースから組織全体を網羅する必要はありません。開発を簡素化し、課題を軽減し、ワークフローフローの統合を改善するために、小規模なものから開始することも、多くの場合そうすべきです。メンテナンスエンジニアに特定のパーツの修正方法を示す XR アプリケーションは、特徴徐々に変化していくためにリリースしないよりはるかに優れています。体験の価値が証明されたら、他の状況にも拡張できます。
Maurey-ドロネー 氏は、これは XR 体験が何を解決してくれるのかという問いに再び関連していると述べています。「こうした小さな問題を見つけて解決し、そのソリューションの投資収益率が証明できたらそれをビルドするのです。それをビルドして、組織内のより多くの問題に対処できます。」
Unity が XR 体験の制作にどのようにヘルプつか
Unityのヘルプにより、開発者はベスト プラクティスに従い、一般的な課題を制限しながら、産業用XR体験を構築できます。
たとえば、Unity Pixyzは、組織の3DデータをXRアプリケーションに取り込むことを検討している開発者にとって優れたアセットです。このツールは、CAD、BIM、メッシュ、点群、多くの3Dデータ形式のインポートと換算、最適化、内部のメタデータの管理を行い、XR体験での使用に適したものにすることができます。Unityはアセット管理ツールも提供しており、開発者が没入型の体験をビルドできるように、そのデータを簡単に検索して使用できます。
その証拠として、Glaze氏は 日本の建設会社 のUnity顧客事例を挙げています。同社はすべてのアセットとデザインをデジタル化しました。使用または構築するマシンは、会社が作成したいあらゆるXR体験で使用できます。また、Unity エコシステムを使用しているため、これらのアプリケーションはウェブでもネイティブアプリケーションでもデプロイできます。Unityエコシステムは、建設会社の3Dアセットの取り込み、処理、準備、管理を効率化するエンドツーエンドのプラットフォームも提供しました。
「Unity の力は、タブレットや最新のヘッドセットで動作する XR 体験の作成をヘルプすることです」と Glaze 氏は言います。「また、古い機能デバイスのサポート、予算の拡大、新しい機器に関する従業員のトレーニングの必要性もヘルプします。」
開発者がXR体験の制作をUnityでヘルプできる他の方法について、Glaze氏は次のように述べています。「結論としては、自分でそれをやりたいのか、それともUnityのチーム全体で、まもなくリリースされる最新デバイスとの互換性のある開発をサポートしてもらいたいのか、ということです。場合によっては、ハードウェアに早期アクセスして、ユーザーが次の大きなプロジェクトにいち早く導入できるように支援します。また、最新のオープンスタンダードにも遅れを取らないようにしています。Meta の最新オープンソースプロジェクトでも、ユニバーサルシーンディスクリプション（USD）などのファイル形式でも、それらを追跡し、ユーザーができるだけ最新の状態を維持するためのリソースがあります。」
Unity では、開発者が産業用 XR アプリケーションを制作するのにヘルプ教育リソースも提供しています。これらのリソースには、トレーニング、コンサルティング、コミュニティカッションボードが含まれます。
