Halaman ini diterjemahkan oleh Cloud Translation API.

Sensor untuk web

Gunakan Generic Sensor API untuk mendapatkan akses ke sensor di perangkat seperti akselerometer, giroskop, dan magnetometer.

Alex Shalamov

Mikhail Pozdnyakov

Thomas Steiner

Saat ini, data sensor digunakan di banyak aplikasi khusus platform untuk memungkinkan kasus penggunaan seperti game imersif, pelacakan kebugaran, dan augmented reality atau virtual reality. Bukankah keren untuk menjembatani kesenjangan antara aplikasi khusus platform dan aplikasi web? Masukkan Generic Sensor API, untuk web.

Apa yang dimaksud dengan Generic Sensor API?

Generic Sensor API adalah serangkaian antarmuka yang mengekspos perangkat sensor ke platform web. API ini terdiri dari antarmuka Sensor dasar dan kumpulan class sensor konkret yang dibuat di atasnya. Memiliki antarmuka dasar menyederhanakan proses implementasi dan spesifikasi untuk class sensor konkret. Misalnya, lihat class Gyroscope. Ukurannya sangat kecil. Fungsi inti ditentukan oleh antarmuka dasar, dan Gyroscope hanya memperluasnya dengan tiga atribut yang mewakili kecepatan sudut.

Beberapa class sensor berinteraksi dengan sensor hardware yang sebenarnya seperti, misalnya, class akselerometer atau giroskop. Sensor ini disebut sebagai sensor tingkat rendah. Sensor lain, yang disebut sebagai sensor fusi, menggabungkan data dari beberapa sensor tingkat rendah untuk mengekspos informasi yang perlu dihitung oleh skrip. Misalnya, sensor AbsoluteOrientation menyediakan matriks rotasi empat kali empat yang siap digunakan berdasarkan data yang diperoleh dari akselerometer, giroskop, dan magnetometer.

Anda mungkin berpikir bahwa platform web sudah menyediakan data sensor dan Anda benar! Misalnya, peristiwa DeviceMotion dan DeviceOrientation menampilkan data sensor gerakan. Jadi, mengapa kita memerlukan API baru?

Dibandingkan dengan antarmuka yang ada, Generic Sensor API memberikan banyak keuntungan:

Generic Sensor API adalah framework sensor yang dapat diperluas dengan mudah dengan class sensor baru dan setiap class ini akan mempertahankan antarmuka generik. Kode klien yang ditulis untuk satu jenis sensor dapat digunakan kembali untuk jenis sensor lain dengan sedikit modifikasi.
Anda dapat mengonfigurasi sensor. Misalnya, Anda dapat menetapkan frekuensi sampling yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi Anda.
Anda dapat mendeteksi apakah sensor tersedia di platform.
Pembacaan sensor memiliki stempel waktu presisi tinggi, sehingga memungkinkan sinkronisasi yang lebih baik dengan aktivitas lain di aplikasi Anda.
Model data sensor dan sistem koordinat ditentukan dengan jelas, sehingga vendor browser dapat menerapkan solusi yang interoperabilitas.
Antarmuka berbasis Sensor Generik tidak terikat dengan DOM (artinya bukan objek navigator atau window), dan hal ini membuka peluang di masa mendatang untuk menggunakan API dalam pekerja layanan atau menerapkannya dalam runtime JavaScript headless, seperti perangkat tersemat.
Aspek keamanan dan privasi adalah prioritas utama untuk Generic Sensor API dan memberikan keamanan yang jauh lebih baik dibandingkan dengan API sensor lama. Ada integrasi dengan Permissions API.
Sinkronisasi otomatis dengan koordinat layar tersedia untuk Accelerometer, Gyroscope, LinearAccelerationSensor, AbsoluteOrientationSensor, RelativeOrientationSensor, dan Magnetometer.

API sensor generik yang tersedia

Pada saat penulisan, ada beberapa sensor yang dapat Anda coba.

Sensor gerakan:

Accelerometer
Gyroscope
LinearAccelerationSensor
AbsoluteOrientationSensor
RelativeOrientationSensor
GravitySensor

Sensor lingkungan:

AmbientLightSensor (Di balik tanda #enable-generic-sensor-extra-classes di Chromium.)
Magnetometer (Di balik tanda #enable-generic-sensor-extra-classes di Chromium.)

Deteksi fitur

Deteksi fitur API hardware rumit, karena Anda harus mendeteksi apakah browser mendukung antarmuka yang dimaksud, dan apakah perangkat memiliki sensor yang sesuai. Memeriksa apakah browser mendukung antarmuka itu mudah. (Ganti Accelerometer dengan salah satu antarmuka lain yang disebutkan di atas.)

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

Untuk hasil deteksi fitur yang benar-benar bermakna, Anda juga perlu mencoba terhubung ke sensor. Contoh ini menggambarkan cara melakukannya.

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

Untuk browser yang tidak mendukung Generic Sensor API, tersedia polyfill. Polyfill memungkinkan Anda hanya memuat implementasi sensor yang relevan.

// 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 });

Apa saja sensor ini? Bagaimana cara menggunakannya?

Sensor adalah area yang mungkin memerlukan pengantar singkat. Jika sudah memahami sensor, Anda dapat langsung membuka bagian coding langsung. Jika tidak, mari kita lihat setiap sensor yang didukung secara mendetail.

Akselerometer dan sensor akselerasi linear

Pengukuran sensor akselerometer

Sensor Accelerometer mengukur akselerasi perangkat yang menghosting sensor pada tiga sumbu (X, Y, dan Z). Sensor ini adalah sensor inersia, yang berarti bahwa saat perangkat dalam keadaan jatuh bebas linear, total akselerasi yang diukur akan menjadi 0 m/s², dan saat perangkat tergeletak rata di atas meja, akselerasi ke arah atas (sumbu Z) akan sama dengan gravitasi Bumi, yaitu g ≈ +9,8 m/s² karena mengukur gaya meja yang mendorong perangkat ke atas. Jika Anda mendorong perangkat ke kanan, akselerasi pada sumbu X akan positif, atau negatif jika perangkat diakselerasikan dari kanan ke kiri.

Akselerometer dapat digunakan untuk hal-hal seperti: penghitungan langkah, deteksi gerakan, atau orientasi perangkat sederhana. Sering kali, pengukuran akselerometer digabungkan dengan data dari sumber lain untuk membuat sensor fusi, seperti sensor orientasi.

LinearAccelerationSensor mengukur akselerasi yang diterapkan ke perangkat yang menghosting sensor, tidak termasuk kontribusi gravitasi. Saat perangkat dalam keadaan diam, misalnya tergeletak di atas meja, sensor akan mengukur percepatan ≈ 0 m/s² pada tiga sumbu.

Sensor gravitasi

Pengguna sudah dapat memperoleh pembacaan secara manual yang mendekati pembacaan sensor gravitasi dengan memeriksa pembacaan Accelerometer dan LinearAccelerometer secara manual, tetapi hal ini dapat merepotkan dan bergantung pada akurasi nilai yang diberikan oleh sensor tersebut. Platform seperti Android dapat menyediakan pembacaan gravitasi sebagai bagian dari sistem operasi, yang seharusnya lebih murah dalam hal komputasi, memberikan nilai yang lebih akurat bergantung pada hardware pengguna, dan lebih mudah digunakan dalam hal ergonomi API. GravitySensor menampilkan efek akselerasi di sepanjang sumbu X, Y, dan Z perangkat karena gravitasi.

Giroskop

Pengukuran sensor giroskop

Sensor Gyroscope mengukur kecepatan sudut dalam radian per detik di sekitar sumbu X, Y, dan Z lokal perangkat. Sebagian besar perangkat konsumen memiliki giroskopi mekanis (MEMS), yang merupakan sensor inersia yang mengukur kecepatan rotasi berdasarkan gaya Coriolis inersia. Giroskop MEMS rentan terhadap drift yang disebabkan oleh sensitivitas gravitasi sensor yang mendistorsi sistem mekanis internal sensor. Giroskop berosilasi pada frekuensi tinggi relatif, misalnya, 10 kHz, sehingga mungkin menggunakan lebih banyak daya dibandingkan sensor lainnya.

Sensor orientasi

Pengukuran sensor orientasi absolut

AbsoluteOrientationSensor adalah sensor fusi yang mengukur rotasi perangkat sehubungan dengan sistem koordinat Bumi, sedangkan RelativeOrientationSensor memberikan data yang merepresentasikan rotasi perangkat yang menghosting sensor gerakan sehubungan dengan sistem koordinat referensi stasioner.

Semua framework JavaScript 3D modern mendukung kuaternion dan matriks rotasi untuk merepresentasikan rotasi; tetapi, jika Anda menggunakan WebGL secara langsung, OrientationSensor akan memiliki properti quaternion dan metode populateMatrix() dengan mudah. Berikut beberapa cuplikan:

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);

Sensor orientasi memungkinkan berbagai kasus penggunaan, seperti game imersif, augmented reality, dan virtual reality.

Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang sensor gerakan, kasus penggunaan lanjutan, dan persyaratan, lihat dokumen penjelasan sensor gerakan.

Sinkronisasi dengan koordinat layar

Secara default, pembacaan sensor spasial di-resolve dalam sistem koordinat lokal yang terikat ke perangkat dan tidak memperhitungkan orientasi layar.

Namun, banyak kasus penggunaan seperti game atau augmented dan virtual reality memerlukan pembacaan sensor untuk di-resolve dalam sistem koordinat yang terikat dengan orientasi layar.

Sebelumnya, pemetaan ulang pembacaan sensor ke koordinat layar harus diterapkan di JavaScript. Pendekatan ini tidak efisien dan juga meningkatkan kompleksitas kode aplikasi web secara cukup signifikan; aplikasi web harus memantau perubahan orientasi layar dan melakukan transformasi koordinat untuk pembacaan sensor, yang bukan hal yang mudah dilakukan untuk sudut Euler atau kuaternion.

Generic Sensor API memberikan solusi yang jauh lebih sederhana dan andal. Sistem koordinat lokal dapat dikonfigurasi untuk semua class sensor spasial yang ditentukan: Accelerometer, Gyroscope, LinearAccelerationSensor, AbsoluteOrientationSensor, RelativeOrientationSensor, dan Magnetometer. Dengan meneruskan opsi referenceFrame ke konstruktor objek sensor, pengguna menentukan apakah pembacaan yang ditampilkan akan di-resolve dalam koordinat perangkat atau layar.

// Sensor readings are resolved in the Device coordinate system by default.
// Alternatively, could be RelativeOrientationSensor({referenceFrame: "device"}).
const sensorRelDevice = new RelativeOrientationSensor();

// Sensor readings are resolved in the Screen coordinate system. No manual remapping is required!
const sensorRelScreen = new RelativeOrientationSensor({ referenceFrame: 'screen' });

Mari kita buat kodenya.

Generic Sensor API sangat sederhana dan mudah digunakan. Antarmuka Sensor memiliki metode start() dan stop() untuk mengontrol status sensor dan beberapa pengelola peristiwa untuk menerima notifikasi tentang aktivasi sensor, error, dan pembacaan yang baru tersedia. Class sensor konkret biasanya menambahkan atribut pembacaan spesifiknya ke class dasar.

Lingkungan pengembangan

Selama pengembangan, Anda dapat menggunakan sensor melalui localhost. Jika Anda mengembangkan aplikasi untuk perangkat seluler, siapkan penerusan port untuk server lokal, dan Anda siap memulai.

Jika kode Anda sudah siap, deploy di server yang mendukung HTTPS. GitHub Pages ditayangkan melalui HTTPS, sehingga menjadi tempat yang tepat untuk membagikan demo Anda.

Rotasi model 3D

Dalam contoh sederhana ini, kami menggunakan data dari sensor orientasi absolut untuk memodifikasi kuaternion rotasi model 3D. model adalah instance class Object3D three.js yang memiliki properti quaternion. Cuplikan kode berikut dari demo orientation phone, mengilustrasikan cara sensor orientasi absolut dapat digunakan untuk memutar model 3D.

function initSensor() {
  sensor = new AbsoluteOrientationSensor({ frequency: 60 });
  sensor.onreading = () => model.quaternion.fromArray(sensor.quaternion);
  sensor.onerror = (event) => {
    if (event.error.name == 'NotReadableError') {
      console.log('Sensor is not available.');
    }
  };
  sensor.start();
}

Orientasi perangkat akan tercermin dalam rotasi model 3D dalam tampilan WebGL.

Punchmeter

Cuplikan kode berikut diekstrak dari demo punchmeter, yang menggambarkan cara sensor akselerasi linear dapat digunakan untuk menghitung kecepatan maksimum perangkat dengan asumsi bahwa sensor tersebut awalnya diam.

this.maxSpeed = 0;
this.vx = 0;
this.ax = 0;
this.t = 0;

/* … */

this.accel.onreading = () => {
  let dt = (this.accel.timestamp - this.t) * 0.001; // In seconds.
  this.vx += ((this.accel.x + this.ax) / 2) * dt;

  let speed = Math.abs(this.vx);

  if (this.maxSpeed < speed) {
    this.maxSpeed = speed;
  }

  this.t = this.accel.timestamp;
  this.ax = this.accel.x;
};

Kecepatan saat ini dihitung sebagai perkiraan integral fungsi akselerasi.

Aplikasi web demo untuk pengukuran kecepatan pukulan — Pengukuran kecepatan pukulan

Proses debug dan penggantian sensor dengan Chrome DevTools

Dalam beberapa kasus, Anda tidak memerlukan perangkat fisik untuk bermain-main dengan Generic Sensor API. Chrome DevTools memiliki dukungan yang sangat baik untuk menyimulasikan orientasi perangkat.

Chrome DevTools digunakan untuk mengganti data orientasi kustom ponsel virtual — Menyimulasikan orientasi perangkat dengan Chrome DevTools

Privasi dan keamanan

Pengukuran sensor adalah data sensitif yang dapat mengalami berbagai serangan dari halaman web berbahaya. Implementasi Generic Sensor API menerapkan beberapa batasan untuk memitigasi kemungkinan risiko keamanan dan privasi. Batasan ini harus dipertimbangkan oleh developer yang ingin menggunakan API, jadi mari kita tampilkan secara singkat.

Khusus HTTPS

Karena Generic Sensor API adalah fitur yang canggih, browser hanya mengizinkannya dalam konteks yang aman. Dalam prakteknya, ini berarti untuk menggunakan Generic Sensor API, Anda harus mengakses halaman melalui HTTPS. Selama pengembangan, Anda dapat melakukannya melalui http://localhost, tetapi untuk produksi, Anda harus memiliki HTTPS di server. Lihat koleksi Aman dan terlindungi untuk mengetahui praktik terbaik dan panduan.

Integrasi Kebijakan Izin

Integrasi Kebijakan Izin di Generic Sensor API mengontrol akses ke data sensor untuk sebuah frame.

Secara default, objek Sensor hanya dapat dibuat dalam frame utama atau subframe dengan origin yang sama, sehingga mencegah iframe lintas origin membaca data sensor tanpa izin. Perilaku default ini dapat diubah dengan mengaktifkan atau menonaktifkan secara eksplisit fitur yang dikontrol kebijakan terkait.

Cuplikan di bawah ini menggambarkan pemberian akses data akselerometer ke iframe lintas origin, yang berarti objek Accelerometer atau LinearAccelerationSensor kini dapat dibuat di sana.

<iframe src="https://third-party.com" allow="accelerometer" />

Pengiriman hasil pembacaan sensor dapat ditangguhkan

Pengukuran sensor hanya dapat diakses oleh halaman web yang terlihat, yaitu saat pengguna benar-benar berinteraksi dengannya. Selain itu, data sensor tidak akan diberikan ke frame induk jika fokus pengguna berubah ke subframe lintas origin. Tindakan ini mencegah frame induk menyimpulkan input pengguna.

Apa langkah selanjutnya?

Ada sekumpulan class sensor yang telah ditentukan untuk diterapkan dalam waktu dekat seperti Sensor Cahaya Ambien atau Sensor Kedekatan; Namun, berkat ekstensi yang luar biasa dari framework Sensor Generik, kita dapat mengantisipasi kemunculan lebih banyak class baru yang mewakili berbagai jenis sensor.

Area penting lainnya untuk pekerjaan mendatang adalah meningkatkan Generic Sensor API itu sendiri, spesifikasi Generic Sensor saat ini adalah Rekomendasi Calon, yang berarti masih ada waktu untuk melakukan perbaikan dan menghadirkan fungsi baru yang diperlukan developer.

Anda dapat membantu.

Spesifikasi sensor mencapai tingkat kematangan Rekomendasi Calon, sehingga masukan dari developer web dan browser sangat kami hargai. Beri tahu kami fitur apa yang sebaiknya ditambahkan atau apakah ada sesuatu yang ingin Anda ubah di API saat ini.

Jangan ragu untuk melaporkan masalah spesifikasi serta bug untuk penerapan Chrome.

Resource

Project demo: https://intel.github.io/generic-sensor-demos/
Spesifikasi Sensor API generik: https://w3c.github.io/sensors/
Masalah spesifikasi: https://github.com/w3c/sensors/issues
Milis grup kerja W3C: public-device-apis@w3.org
Status Fitur Chrome: https://www.chromestatus.com/feature/5698781827825664
Bug penerapan: http://crbug.com?q=component:Blink>Sensor

Ucapan terima kasih

Artikel ini ditinjau oleh Joe Medley dan Kayce Basques.