Požadavky a optimalizace smíšené reality

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 nabízejí 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 kalibraci na uživatele; texty a UI renderovat v >= 0.8 m vzdálenosti pro redukci vergence-accommodation konfliktu.
Jas a kontrast: pro passthrough 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 relocalizaci a perzistenci napříč relacemi.
Režijní náklady: pravidelná aktualizace polohy (pose) (60–90 Hz), rekonstrukce meshe přibližně 10–30 Hz, minimalizovat garbage collection a zamykání v hlavním vlákně.

Latence a časování: rozpočty pro komfort

Motion-to-Photon (M2P): cílit na < 20 ms u PC a < 30 ms u standalone zařízení. Nad 40 ms dramaticky roste riziko kinetózy.
Frekvence: 60/72/90/120 Hz dle zařízení; stabilita je důležitější než absolutní maxima.
Fáze pipeline: senzory → predikce → simulace/animace → render → reprojekce → kompozice. Eliminovat „bubliny“ 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 pohybu hlavy.
Asynchronní reprojekce: vyhlazuje mikro-třesy při krátkodobém poklesu FPS; omezit artefakty na hranách a při rychlém paralaxu.
Foveated rendering: statický (center-weighted) nebo eye-tracked dynamický; redukuje pixel shading o 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 ze SLAM; obsah testovat vůči hloubce prostředí (environment depth).
Segmentace: detekce stěn, podlahy, stolů a lidských postav pro fyzikálně věrohodné interakce a kolize.

Rozpočty aktiv: polygony, materiály, textury

Aktivum	Standalone MR	PC/konzolová MR	Poznámka
Hrdina (hero asset)	10–40 tis. tris	40–120 tis. tris	U LOD0; nutné LOD1–3 s agresivní decimací
Scénická rekvizita	1–8 tis. tris	8–30 tis. tris	Instancování podobných položek
Materiály	1–2 draw-calls	1–3 draw-calls	Sloučit do atlasů, minimalizovat změny stavů
Textury	512–1024 px	1024–2048 px	BC/ASTC, vždy mip-mapy a trilineární filtrace

Shaderové techniky a fill-rate

Výpočetní složitost: minimalizovat větvení a dynamické smyčky; preferovat LUT a fetch textur před náročnou aritmetikou.
Normal/roughness packing: společné kanály v jedné textuře; snižuje datový tok.
Alpha test vs. alpha blend: test preferovat u stromů/okrajů; blending je náročný na overdraw a hloubkové třídění.

LOD, impostors a culling

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

Fyzika, kolize a stabilita

Jednoduché kolizní meshe: konvexní primitiva a low-poly proxy; složité mesh kolize jsou náročné.
Fixed timestep: stabilní fyzika (např. 60 Hz) oddělená od renderování; interpolace stavů.
Grasping a interakce: používat continuous collision detection pro ruce/kontroléry; 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, minimální 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 je dostupná), hlas a gesta jako doplněk.

Audio a haptika

Prostorový zvuk: HRTF s occlusion/obstruction; reverb z volumetrických zón (místnost/chodba/venku).
Synchronizace: latence zvuku pod 20 ms a synchronizace s video frame boundary; desynchronizace zvyšuje nevolnost.
Haptika: krátké, nízkofrekvenční vzory pro potvrzení; vyvarovat se „permanentního bzučení“.

Streaming aktiv a správa paměti

Asynchronní načítání: asset bundles rozdělené podle zón; vyhnout se alokacím během vykreslovacího snímku (GC spikes).
Textury a komprese: ASTC/BC s vhodnou block size; generovat mip-mapy offline.
GPU paměť: sledovat rezidentní footprint; uvolňovat nepoužívané rendertargety a persistentní mapování bufferů.

Energetická efektivita a termální management

Frame time headroom: držet rezervu 10–20 %; SoC méně škrtí (thermal throttling).
Adaptive quality: dynamická změna rozlišení, LOD biasu a stínů podle telemetrie.
Batching: snižovat počet 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 není nezbytné je sdílet.
Bezpečná zóna: upozornění na překážky, respektovat hranice guardian/chaperone; 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 resamplingu.
Rozšíření: foveace, hand tracking, haptika, scene understanding; detekovat a zajistit fallback.

Telemetrie, testování a QA

Runtime metriky: CPU/GPU frame time, M2P, reprojection ratio, dropped frames, GC čas, teplota SoC.
Testovací scénáře: nízké osvětlení, jednolitá textura (bílé stěny), ostré reflexe, rychlé pohyby hlavy.
Uživatelské testy: SUS/UEQ, míra nevolnosti, doba dokončení úkolu, přesnost interakcí a znovunalézání kotev.

Typické cíle výkonu (baseline)

Parametr	Standalone MR	PC/konzolová MR	Cíl
FPS	72–90	90–120	Stabilita > 99 % snímků v cíli
Motion-to-Photon	< 30 ms	< 20 ms	Minimalizovat závislost na reprojekci
CPU frame time	< 6–8 ms	< 5–6 ms	Hlavní vlákno bez blokujících I/O
GPU frame time	< 6–9 ms	< 6–8 ms	Foveace + LOD + culling
Reprojection ratio	< 10 %	< 5 %	Vyšší hodnoty znamenají riziko artefaktů

Pipeline nasazení a správa buildů

Asset baking: LOD generace, lightmapy, impostory, komprese textur a zvuku v CI.
Varianty buildů: různá rozlišení render targetů a kvalita shaderů dle třídy zařízení.
Automatická kontrola sanity: start, tracking lock, relocalizace, zdraví reprojekce, korekce passthrough.

Checklist optimalizace MR obsahu

Stabilní FPS a M2P v cílových hodnotách? Reprojection pod definovaný limit?
LOD pro veškerá 3D aktiva, instancování a atlasování materiálů?
Occlusion a environment depth jsou zapojeny a vizuálně konzistentní?
UI je čitelné (≥1.2°), s dostatečným kontrastem a dodržené bezpečné zóny?
Adaptive quality je aktivní a telemetrie výkonu je odesílána?
Ochrana soukromí: žádná zbytečná persistovaná biometrie, lokální zpracování tam, kde je to možné?
Testy ve ztížených podmínkách (nízké osvětlení, monotónní textury, rychlé pohyby) proběhly úspěšně?