Požadavky a optimalizace MR

MR jako průsečík reálného a digitálního světa

Smíšená realita (MR) kombinuje prostorově ukotvený digitální obsah s reálným prostředím prostřednictvím senzorů, prostorového mapování a renderingu s nízkou latencí. Kvalita výsledku je přímo závislá na správně zvolených technologických požadavcích a disciplinované optimalizaci obsahu i kódu. Tento článek shrnuje klíčové parametry hardwaru, pipeline pro sledování a vykreslování, doporučené rozpočty pro 3D aktiva a praktické techniky pro dosažení stabilního, komfortního a věrného MR zážitku.

Hardwarové předpoklady a třídy zařízení

• HMD (Head-Mounted Display): průhledné optiky (waveguide) nebo video-passthrough, 6DoF sledování, IMU + kamery.
• Mobilní/standalone: SoC (ARM), omezený TDP (3–10 W), sdílená paměť; důraz na efektivitu shaderů a streaming aktiv.
• PC/konzolová MR: diskrétní GPU, vyšší rozlišení i snímková frekvence; větší prostor pro pokročilé efekty (GI, volumetrika) s foveací.
• XR brýle vs. helmy: brýle preferují lehkost a energetickou efektivitu; helmy nabízí širší FOV a robustnější senzory.

Optika, displeje a komfort

• Rozlišení a PPD: cílit na dostatečný počet pixelů na stupeň (pixels-per-degree) pro čitelnost textu; textové UI umisťovat do >= 20 PPD oblastí.
• FOV: horizontálně 40–110° dle třídy zařízení; širší FOV zvyšuje nároky na fill-rate a CPU/GPU synchronizaci.
• IPD a eye relief: podporovat per-user kalibraci; texty a UI renderovat v >= 0.8 m vzdálenosti pro redukci vergence-accommodation konfliktu.
• Jas a kontrast: pro passtrough MR řešit HDR mapování mezi kamerou a displejem; vyhnout se „přepalům“ u světlých ploch.

Senzorika, SLAM a prostorové kotvy

• SLAM (Simultaneous Localization and Mapping): kombinace IMU a kamer (VIO) pro 6DoF; vyžaduje stabilní osvětlení a texturu povrchů.
• Prostorové kotvy (anchors): uchovávají polohu a orientaci objektů; implementovat relocalization a perzistenci napříč sezeními.
• Režijní náklady: pravidelný pose update (60–90 Hz), rekonstrukce meshe v ~10–30 Hz, minimalizace GC a locků v hlavním vlákně.

Latence a časování: rozpočty pro komfort

• Motion-to-Photon (M2P): cílit < 20 ms u PC a < 30 ms u standalone. Nad 40 ms dramaticky roste kinetóza.
• Frekvence: 60/72/90/120 Hz dle zařízení; stabilita je důležitější než absolutní maxima.
• Fáze pipeline: senzory → predikce → simulace/animace → render → reprojekce → kompozice. Eliminovat „bubbles“ mezi CPU a GPU.

Renderovací pipeline a reprojekce

• Late-latching / late-stage reprojection: aktualizace view matice těsně před scan-out; vyžaduje oddělené buffery a predikci hlavy.
• Asynchronní reprojekce: vyhlazuje mikro-třesy při krátkodobém poklesu FPS; omezit artefakty na hranách a při rychlém parallaxu.
• Foveated rendering: statický (center-weighted) nebo eye-tracked dynamický; redukuje pixel shading 30–60 % bez viditelné ztráty kvality.

Passthrough, occlusion a scene understanding

• Video-passthrough: kalibrace barev/white-balance a latence; stabilizovat rolling-shutter artefakty.
• Reálné zakrývání (occlusion): využít hloubkovou mapu/mesh z SLAM; content depth testovat proti environment depth.
• Segmentace: detekce stěn, podlahy, stolů a lidských postav pro fyzikálně uvěřitelné interakce a kolize.

Rozpočty aktiv: polygony, materiály, textury

Shaderové techniky a fill-rate

• Výpočetní složitost: minimalizovat větvení a dynamické smyčky; preferovat LUT a texture fetch před těžkou aritmetikou.
• Normal/roughness packing: společné kanály v jedné textuře; snižuje bandwidth.
• Alpha test vs. alpha blend: test preferovat pro stromy/okraje; blending je nákladný na overdraw a hloubkové třídění.

LOD, impostors a culling

• LOD kaskády: přepínat podle úhlové velikosti (screen-space error) a vzdálenosti; pro standalone agresivněji.
• Impostors/billboards: u vzdálených objektů a vegetace; generovat v bake fázi.
• Frustum, occlusion a portal culling: využít engine funkce a prostorové rozdělení (BVH, gridy).

Fyzika, kolize a stabilita

• Jednoduché kolizní meshe: konvexní primitiva a low-poly proxy; složité mesh kolize jsou drahé.
• Fixed timestep: stabilní fyzika (např. 60 Hz) oddělená od renderu; interpolace stavů.
• Grasping a interakce: využít continuous collision detection pro ruce/kontrolery; tlumit jitter filtrem (One-Euro, Kalman).

Osvětlení a stíny v MR

• Light estimation: převzít barevnou teplotu a intenzitu z kamer/senzorů; sjednotit shading s reálnou scénou.
• Stíny: pro standalone používat blob/planar stíny; PC třída může využít cascaded shadow maps s rozumným rozlišením.
• Reflexe: screen-space nebo reflection probes; vyhnout se realtime planar reflektorům mimo klíčové scény.

UX a čitelnost v prostoru

• Diegetické UI: upřednostnit UI ukotvené v prostoru před 2D panely; pokud panel, tak 1–2 m od uživatele, min. výška písma 1.2–1.5° vizuálního úhlu.
• Bezpečné zóny: nevkládat obsah do < 0.5 m (oční námaha) ani za > 5 m bez LOD.
• Interakce: ray + affordance, direct touch s haptikou (pokud k dispozici), hlas a gesta jako doplněk.

Audio a haptika

• Prostorový zvuk: HRTF s occlusion/obstruction; reverb z volumetrických zón (místnost/chodba/venku).
• Synchronizace: latence audio < 20 ms a lock na video frame boundary; desynchronizace zvyšuje nevolnost.
• Haptika: krátké, nízko-frekvenční patterny pro potvrzení; vyvarovat se „permanentního bzučení“.

Streaming aktiv a správa paměti

• Asynchronní načítání: asset bundles po zónách; vyhnout se alokacím během frame (GC spikes).
• Textury a komprese: ASTC/BC s vhodným block size; generovat mip-mapy offline.
• GPU paměť: hlídat rezidentní footprint; vyprázdnit nepoužívané rendertargety a persistentní mapování bufferů.

Energetická efektivita a termální management

• Frame time headroom: držet 10–20 % rezervu; SoC méně škrtí (thermal throttling).
• Adaptive quality: dynamická změna rozlišení, LOD bias a stínů podle telemetrie.
• Batching: snižovat draw calls (GPU instancing), minimalizovat CPU wake-ups u vláken.

Bezpečnost, soukromí a etika

• Citlivá data: hloubkové mapy, body lidských postav a oční tracking jsou biometrická data – ukládat pouze anonymizovaně a lokálně, pokud to není nezbytné.
• Bezpečná zóna: upozornění na překážky, respekt k guardian/chaperone hranicím; žádné „jump scares“ bez varování.
• Přístupnost: alternativy k gestům (hlas/UI), volitelná snížená pohybová náročnost (teleport, zrychlené přechody s vignette).

OpenXR a multiplatformní vrstvy

• OpenXR: jednotné rozhraní pro head pose, input, composition, anchors a passthrough; minimalizuje vendor lock-in.
• XR kompozitor: využívat vrstvy (quad/layered) pro UI a video; ostré texty bez re-sampling.
• Rozšíření: foveace, hand tracking, haptika, scene understanding; detekovat a fallbackovat.

Telemetrie, testování a QA

• Runtime metriky: CPU/GPU frame time, M2P, reprojection ratio, dropped frames, GC čas, teplota SoC.
• Testovací matice: scénáře s nízkým osvětlením, rovnoměrné textury (bílé stěny), ostré reflexe, rychlé pohyby hlavy.
• Uživatelské testy: SUS/UEQ, míra nevolnosti, čas dokončení úkolu, přesnost interakce a znovunalézání kotev.

Typické cíle výkonu (baseline)

Pipeline nasazení a správu buildů

• Asset baking: LOD generace, lightmaps, impostory, komprese textur a zvuku v CI.
• Varianty buildů: různé rozlišení render targetů a kvalita shaderů per device tier.
• Automatické sanity: start, tracking lock, relocalization, reprojection health, passtrough korekce.

Checklist optimalizace MR obsahu

• Stabilní FPS a M2P v cílových hodnotách? Reprojection < definovaný práh?
• LOD pro všechna 3D aktiva, instancing a atlasované materiály?
• Occlusion a environment depth zapojeny a vizuálně konzistentní?
• UI čitelné (≥1.2°), dostatečný kontrast, bezpečné zóny dodrženy?
• Adaptive quality aktivní a telemetrie výkonu odesílána?
• Privacy: žádná zbytečná persistovaná biometrie, lokální zpracování kde možné?
• Testy ve ztížených podmínkách (nízké světlo, monotónní textury, rychlé pohyby) úspěšné?

Závěr

Špičkový MR zážitek je výsledkem koordinované práce napříč hardwarem, senzorikou, renderovacím řetězcem a disciplinovaným obsahem. Striktní latencní rozpočty, foveace, LOD a správné práce s passtrough/occlusion zásadně zvyšují věrohodnost a komfort. Multiplatformní vrstvy (OpenXR), telemetrie a automatizované build pipeline umožňují škálovat vývoj i údržbu. Dodržováním uvedených požadavků a optimalizačních technik získáte stabilní, srozumitelný a bezpečný MR produkt, který odolá reálným podmínkám nasazení.