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웹용 센서

Generic Sensor API를 사용하여 가속도계, 자이로스코프, 자기계와 같은 기기 내 센서에 액세스합니다.

Alex Shalamov

Mikhail Pozdnyakov

Thomas Steiner

오늘날 센서 데이터는 몰입형 게임, 피트니스 추적, 증강 현실 또는 가상 현실과 같은 사용 사례를 지원하기 위해 여러 플랫폼별 애플리케이션에서 사용됩니다. CANNOT TRANSLATE 플랫폼별 애플리케이션과 웹 애플리케이션 간의 격차를 줄이는 방법은 무엇일까요? 그런 다음 웹용 Generic Sensor API

Generic Sensor API란 무엇인가요?

Generic Sensor API는 센서 기기를 웹 플랫폼에 노출하는 인터페이스 집합입니다. API는 기본 Sensor 인터페이스 및 구체적인 여러 센서 클래스를 기반으로 빌드되었습니다 기본 인터페이스가 있으면 구현과 사양이 간소화됩니다. 콘크리트 센서 클래스를 위한 프로세스입니다. 예를 들어 Gyroscope 클래스를 살펴보세요. 엄청나게 작죠! 이 핵심 기능이 기본 인터페이스로 지정되며 Gyroscope는 단순히 세 가지로 확장합니다. 각속도를 나타내는 속성입니다.

일부 센서 클래스는 가속도계 또는 자이로스코프 클래스와 같이 실제 하드웨어 센서에 인터페이스합니다. 이를 하위 수준 센서라고 합니다. 융합 센서라고 하는 다른 센서는 여러 저수준 센서의 데이터를 병합하여 스크립트에서 계산해야 하는 정보를 노출합니다. 예를 들어 AbsoluteOrientation 센서 그래프에서 얻은 데이터를 기반으로 즉시 사용 가능한 4x4 회전 행렬을 가속도계, 자이로스코프 및 자기계가 있습니다.

웹 플랫폼에서 이미 센서 데이터를 제공한다고 생각할 수 있습니다. 맞습니다. 예를 들어 DeviceMotion 및 DeviceOrientation 이벤트는 모션 센서 데이터를 노출합니다. 그렇다면 새 API가 필요한 이유는 무엇인가요?

기존 인터페이스와 비교할 때 Generic Sensor API는 다음과 같은 많은 이점을 제공합니다.

Generic Sensor API는 새로운 센서 클래스로 쉽게 확장 할 수있는 센서 프레임워크입니다. 이러한 각 클래스는 일반 인터페이스를 유지합니다. 하나의 센서 유형을 위해 작성된 클라이언트 코드 거의 수정 없이 다른 것에 재사용할 수 있습니다.
센서를 구성할 수 있습니다. 예를 들어 사용자의 목표에 적합한 샘플링 주파수를 설정할 수 있습니다. 애플리케이션 니즈에 맞게 맞춤설정할 수 있습니다
플랫폼에서 센서를 사용할 수 있는지 감지할 수 있습니다.
센서 판독값은 정밀도 높은 타임스탬프가 있어 다른 센서와 더 잘 활동을 모니터링하는 것입니다.
센서 데이터 모델과 좌표 시스템이 명확하게 정의되어 있으므로 브라우저 공급업체는 상호 운용 가능한 솔루션을 구현할 수 있습니다.
일반 센서 기반 인터페이스는 DOM에 바인딩되지 않으므로(navigator 또는 window 객체가 아님) 향후 서비스 워커 내에서 API를 사용하거나 삽입된 기기와 같은 헤드리스 JavaScript 런타임에서 API를 구현할 수 있습니다.
보안 및 개인 정보 보호 측면은 일반 센서의 최우선 우선순위입니다. API를 제공하고 이전의 센서 API보다 훨씬 더 나은 보안을 제공합니다. Cloud Functions와 권한 API입니다.
화면 좌표와 자동 동기화는 Accelerometer, Gyroscope, LinearAccelerationSensor, AbsoluteOrientationSensor, RelativeOrientationSensor, Magnetometer

사용 가능한 일반 센서 API

이 글을 작성하는 시점에서는 실험할 수 있는 센서가 여러 개 있습니다.

움직임 감지 센서:

Accelerometer
Gyroscope
LinearAccelerationSensor
AbsoluteOrientationSensor
RelativeOrientationSensor
GravitySensor

환경 센서:

AmbientLightSensor (Chromium에서 #enable-generic-sensor-extra-classes 플래그 뒤)
Magnetometer (Chromium에서 #enable-generic-sensor-extra-classes 플래그 뒤)

기능 감지

하드웨어 API의 기능 감지는 브라우저가 해당 인터페이스를 지원하는지 여부와 기기에 해당 센서가 있는지 여부를 모두 감지해야 하므로 까다롭습니다. 당좌예금 브라우저가 인터페이스를 지원하는지는 간단합니다. Accelerometer을 다음 중 하나로 바꿉니다. 위에서 언급된 다른 인터페이스).

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

실제로 유의미한 특징 감지 결과를 얻으려면 센서에도 연결을 시도해야 합니다. 다음 예는 이를 수행하는 방법을 보여줍니다.

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;
  }
}

폴리필

Generic Sensor API를 지원하지 않는 브라우저의 경우 폴리필을 사용할 수 있습니다. 폴리필을 사용하면 관련 센서만 로드하여 있습니다.

// 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 });

센서는 무엇인가요? 어떻게 사용할 수 있나요?

센서는 간단한 소개가 필요한 영역입니다. 센서에 익숙하다면 코딩 실습 섹션으로 바로 이동하세요. 그렇지 않은 경우 지원되는 각 자세히 살펴보겠습니다.

가속도계 및 선형 가속 센서

가속도계 센서 측정값

Accelerometer 센서는 3축(X, Y, Z)에서 센서를 호스팅하는 기기의 가속을 측정합니다. 이 센서는 관성 센서입니다. 즉, 기기가 선형 자유 낙하 상태에 있으면 측정된 총 가속도는 0m/s²이고, 기기가 테이블에 평평하게 놓여 있으면 위쪽 방향(Z축)의 가속도는 지구의 중력과 같으며, 이는 테이블이 기기를 위쪽으로 밀어 올리는 힘을 측정하기 때문입니다. 기기를 오른쪽으로 밀면 X축의 가속은 양수이고, 기기가 오른쪽에서 왼쪽으로 가속되면 음수입니다.

가속도계는 걸음 수 계산, 움직임 감지, 간단한 기기 방향 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 가속도계 측정값은 보통 다른 소스의 데이터와 결합하여 방향 센서와 같은 퓨전 센서를 만듭니다.

LinearAccelerationSensor는 센서를 호스팅하는 기기에 적용되는 가속을 측정하며, 중력의 영향을 제외합니다. 기기가 정지되어 있으면(예: 테이블에 평평하게 놓여 있음) 센서는 세 축에서 ≈0m/s² 가속도를 측정합니다.

중력 센서

이미 사용자는 Accelerometer 및 LinearAccelerometer 판독값을 수동으로 검사하여 중력 센서의 판독값과 유사한 판독값을 수동으로 도출할 수 있지만, 이 방법은 번거로울 수 있으며 이러한 센서에서 제공하는 값의 정확도에 따라 달라질 수 있습니다. Android와 같은 플랫폼은 운영 체제의 일부로 중력 측정값을 제공하는 것이 계산하고 사용자의 하드웨어에 따라 더 정확한 값을 제공하며 살펴봤습니다 이 GravitySensor는 효과를 반환합니다. 중력으로 인해 기기의 X, Y, Z축을 따라 발생하는 가속도의 제곱근 오차가 발생합니다.

자이로스코프

Gyroscope sensor measurements

Gyroscope 센서는 기기의 로컬 X, Y, Z 축을 기준으로 초당 라디안 단위 각속도입니다. 대부분의 소비자 기기에는 관성 코리올리스 힘을 기반으로 회전 속도를 측정하는 관성 센서인 기계식(MEMS) 자이로스코프가 있습니다. MEMS 자이로스코프는 센서의 내부 기계 시스템을 변형시키는 센서의 중력 감도로 인해 발생하는 드리프트에 취약합니다. 자이로스코프는 상대적인 고주파수에서 진동합니다(예: 10kHz이므로 다른 센서에 비해 전력을 더 많이 소모할 수 있습니다.

방향 센서

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절대 방향 센서 측정

AbsoluteOrientationSensor는 지구 좌표계를 기준으로 기기의 회전을 측정하는 융합 센서이고, RelativeOrientationSensor는 고정된 참조 좌표계를 기준으로 움직임 센서를 호스팅하는 기기의 회전을 나타내는 데이터를 제공합니다.

모든 최신 3D JavaScript 프레임워크는 쿼터니언과 회전 행렬을 지원하여 회전을 나타냅니다. 그러나 WebGL을 직접 사용하는 경우 OrientationSensor에는 편리하게 quaternion 속성과 populateMatrix() 메서드가 모두 있습니다. 다음은 몇 가지 스니펫입니다.

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);

방향 센서는 몰입형 게임, 증강 현실, 가상 현실과 같은 다양한 사용 사례를 지원합니다.

움직임 감지 센서, 고급 사용 사례, 요구사항에 관한 자세한 내용은 움직임 감지 센서 설명 문서를 참고하세요.

화면 좌표와 동기화

기본적으로 공간 센서의 측정값이 해결됩니다. 로컬 좌표계에서 값을 구해야 하며 화면 방향을 있습니다.

하지만 게임이나 증강 현실과 가상 현실 같은 많은 사용 사례에서는 센서 판독이 대신 화면 방향에 바인딩되는 좌표계에서 해결됩니다.

이전에는 센서 판독값을 화면 좌표로 재매핑하는 작업을 자바스크립트로 구현해야 했습니다. 이 접근 방식은 비효율적이며 웹 애플리케이션 코드의 복잡성도 상당히 높입니다. 웹 애플리케이션은 화면 방향 변경을 감시하고 센서 판독 값에 대해 좌표 변환을 실행해야 하며, 이는 Euler 각도나 쿼터니언의 경우 간단한 작업이 아닙니다.

Generic Sensor API는 훨씬 간단하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다. 지역 좌표계는 다음과 같습니다. 정의된 모든 공간 센서 클래스에 대해 구성 가능: Accelerometer, Gyroscope, LinearAccelerationSensor, AbsoluteOrientationSensor, RelativeOrientationSensor 외 Magnetometer referenceFrame 옵션을 센서 객체 생성자에 전달하면 사용자는 반환된 측정값을 다음 시간 이내에 해결할지 여부를 정의합니다. device 또는 화면 좌표

// 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' });

코딩해 봅시다!

Generic Sensor API는 매우 간단하고 사용하기 쉽습니다. Sensor 인터페이스에는 센서 상태를 제어하는 start() 및 stop() 메서드와 센서 활성화, 오류, 새로 사용 가능한 판독값에 관한 알림을 수신하는 여러 이벤트 핸들러가 있습니다. 구체적인 센서 클래스는 일반적으로 특정 읽기 속성을 베이스에 추가합니다. 클래스에 대해 자세히 알아보세요.

개발 환경

개발 중에 localhost를 통해 센서를 사용할 수 있습니다. 휴대기기용으로 개발하는 경우 로컬 서버에 포트 전달을 설정하면 됩니다.

코드가 준비되면 HTTPS를 지원하는 서버에 배포합니다. GitHub Pages는 HTTPS를 통해 제공되므로 데모를 공유하기에 좋은 장소입니다.

3D 모델 회전

이 간단한 예에서는 절대 방향 센서의 데이터를 사용하여 3D 모델의 회전 쿼터니언을 수정합니다. model는 quaternion 속성이 있는 three.js Object3D 클래스 인스턴스입니다. 방향 전화 데모의 다음 코드 스니펫은 절대 방향 센서를 사용하여 3D 모델을 회전하는 방법을 보여줍니다.

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();
}

기기의 방향은 WebGL 장면 내 3D model 회전에 반영됩니다.

센서가 3D 모델의 방향을 업데이트함 — 센서가 3D 모델의 방향을 업데이트합니다.

펀치미터

다음 코드 스니펫은 펀치미터 데모에서 추출되었으며, 선형 가속 센서를 사용하여 기기가 처음에 가만히 있다고 가정하고 기기의 최대 속도를 계산하는 방법을 보여줍니다.

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;
};

현재 속도는 가속 함수의 적분에 대한 근사값으로 계산됩니다.

Chrome DevTools로 디버깅 및 센서 재정의

경우에 따라 Generic Sensor API를 사용하기 위해 실제 기기가 필요하지 않습니다. Chrome DevTools IT 지원 전문가로서 기기 방향 시뮬레이션

가상 휴대전화의 맞춤 방향 데이터를 재정의하는 데 Chrome DevTools가 사용됨 — Chrome DevTools로 기기 방향 시뮬레이션

개인 정보 보호 및 보안

센서 측정값은 악성 웹페이지의 다양한 공격에 노출될 수 있는 민감한 정보입니다. Generic Sensor API 구현은 가능한 보안을 완화하기 위해 몇 가지 제한사항을 적용합니다. 위험성이 있습니다 이러한 제한사항은 API에 대해 다루었으므로 간단하게 나열하겠습니다.

HTTPS만

Generic Sensor API는 강력한 기능이므로 브라우저는 보안 컨텍스트에서만 이를 허용합니다. 포함 Generic Sensor API를 사용하려면 HTTPS를 통해 페이지에 액세스해야 합니다. 개발 중에는 http://localhost를 통해 연결할 수 있지만 프로덕션에서는 서버에 HTTPS가 있어야 합니다. 권장사항 및 가이드라인은 안전하고 보안이 유지된 환경 컬렉션을 참고하세요.

권한 정책 통합

Generic Sensor API의 권한 정책 통합은 프레임의 센서 데이터에 대한 액세스를 제어합니다.

기본적으로 Sensor 객체는 메인 프레임 또는 동일한 출처 서브프레임 내에서만 만들 수 있습니다. 교차 출처 iframe이 센서 데이터를 무단으로 읽는 것을 방지합니다. 이 기본 동작은 상응하는 정책 제어 기능을 명시적으로 사용 설정하거나 중지하여 수정할 수 있습니다.

아래 스니펫은 교차 출처 iframe에 가속도계 데이터 액세스 권한을 부여하는 과정을 보여줍니다. 이제 거기에 Accelerometer 또는 LinearAccelerationSensor 객체를 만들 수 있습니다.

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

센서 측정값 전송이 정지될 수 있음

센서 측정값은 표시된 웹페이지에서만 액세스할 수 있습니다. 즉, 사용자가 실제로 웹페이지와 상호작용할 때만 액세스할 수 있습니다. 또한 사용자 포커스가 교차 출처 하위 프레임으로 변경되면 센서 데이터가 상위 프레임에 제공되지 않습니다. 이렇게 하면 상위 프레임이 사용자 입력을 추론하지 않습니다.

다음 단계

주변광 센서 또는 근접 센서와 같이 가까운 시일 내에 구현될 이미 지정된 센서 클래스 세트가 있습니다. 그러나 일반 센서 프레임워크의 확장성이 뛰어나므로 다양한 센서 유형을 나타내는 더 많은 새 클래스가 등장할 것으로 예상됩니다.

향후 작업의 또 다른 중요한 영역은 Generic Sensor API 자체를 개선하는 것입니다. Generic Sensor 사양은 현재 후보 권장사항이므로 수정하고 개발자에게 필요한 새 기능을 제공할 시간이 아직 있습니다.

도움을 주세요.

센서 사양이 후보 권장사항 성숙도 수준에 도달했으므로 웹 및 브라우저 개발자의 의견이 매우 중요합니다. 추가하면 좋은 기능이나 현재 API에서 수정하고 싶은 사항이 있으면 알려주세요.

사양 문제도 언제든지 제출해 주세요. 버그로 분류될 수 있습니다.

리소스

데모 프로젝트: https://intel.github.io/generic-sensor-demos/
일반 Sensor API 사양: https://w3c.github.io/sensors/
사양 문제: https://github.com/w3c/sensors/issues
W3C 작업 그룹 메일링 리스트: public-device-apis@w3.org
Chrome 기능 상태: https://www.chromestatus.com/feature/5698781827825664
구현 버그: http://crbug.com?q=component:Blink>Sensor

감사의 말씀

이 도움말은 조 미들리와 케이스 바스케스가 검토했습니다. 히어로 이미지 제공자 Misko(경유) Wikimedia Commons.