産業用XR開発のベストプラクティス

概要

ここ数十年の間に、開発者たちは産業界にデジタルの領域をもたらした。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ド化した。彼らは、3D CADから未加工鉱石の製錬まで、あらゆることを教えるオープンライブラリを作成した。彼らは、設計の最適化や3Dジオメトリーなどを共同作業するためのネットワーク・ツールを開発した。その結果、業界の専門家は、数回クリックするだけで、何でも共有し、学ぶことができる。しかし、そのためには、やはりデジタル領域に接続しなければならない。

これが、業界のデジタル変革の次の段階へとつながっている。業界の物理的な領域とデジタルの領域の橋渡しをするのではなく、開発者は両者を融合させるつもりなのだ。要するに、仮想現実（VR）、拡張現実（AR）、複合現実（MR）、総称して拡張現実（XR）と呼ばれるものを介して、デジタルの領域が生産現場に直接入ってきているのだ。これらの技術は現在、産業界で応用されている：

• デジタル生産ラインでのVRトレーニングにより、人、製品、財産へのリスクを低減。
• ARはメンテナンスを支援し、設計者がどのように問題を解決するつもりなのかを現場の人間が確認できるようにする。
• 顧客が購入前に商品をバーチャルに見学したり、試着したりできるMR対応ショップ。
• XR技術の産業応用はまだ初期段階にある。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のか疑問に思うかもしれない。

しかし、XRが業界に追加されたのは最近のことであり、開発者たちは別の疑問を抱いている：こうした経験を生み出すためのベストプラクティスとは何か？それについては、ここで説明する。

本電子書籍はengineering.comからの委託によるものです。

XRとは何か、業界をどう変えるのか？

ほとんどの開発者はXRテクノロジーの違いを本能的に知っているが、ベースラインを確立するために、ここで定義しておくのがベストである：

• バーチャルリアリティ（VR）は完全にデジタルな体験であり、現実世界とのつながりはユーザーの入力装置と表示装置だけである。
• 拡張現実（AR）とは、物理的な世界とバーチャルな領域をソフトに融合させたもので、現実世界の資産の上にデジタル資産、情報、データを重ね合わせる。
• 複合現実感（MR）は、デジタル領域と物理的世界を完全に融合させるもので、デジタル資産は現実世界の資産と相互作用し、その逆もまた然りである。
• エクステンデッド・リアリティ（XR）は上記のすべてを包含している。

「XRとは、物理的な現実とデジタルな現実の境界線を曖昧にする没入型体験を創造することです」と、ユニティのインダストリー・チームでシニア・テクニカル・プロダクト・マネージャーを務めるセス・グレイズは言う。「具体的には、VR（仮想現実）、AR（拡張現実）、そして複合現実が含まれる。

VRの産業的な例としては、デジタル会議やワークショップが考えられる。ここでは、世界中の従業員がデジタル・ランドスケープや現実世界の資産のデジタル・ツインと同時にやりとりする。現実には、各従業員はVRヘッドセットを装着し、入力装置を使って仮想環境やデジタル・ツインと対話する。しかし、デジタルの領域では、従業員は双子をどんなサイズにも拡大したり（ほんのわずかなディテールを検査したりテストしたり）、どんな環境でも製品の性能をシミュレートすることができる。

VRのもう一つの良い応用例として、「没入型トレーニングは、多くの場合、大規模なトレーニングを行う唯一の方法です」と、ユニティのインダストリー・チームのシニア・ソリューション・アーキテクトであるジェローム・モーレイ＝デラウネーは言う。「訓練生を）製造工場に気ままに連れて行くことはできません。[VRは、従業員との接触を可能にする......危険やベストプラクティスに慣れさせることができる」。

しかし、前述のメンテナンスの例は、ARをよく表している。メンテナンス・エンジニアがグーグルレンズのようなアタッチメントを装着したハードハットをかぶっているとしよう。ディスプレイは、生産ライン上の機械にメンテナンスが必要であることを知らせ、その機械がある場所まで案内し、機械の壊れている部品を示し、その部品の修理方法を説明するビデオをオーバーレイ表示することができる。

複合現実は、ARの複合現実の概念をさらに一歩進め、多くの場合、VRの要素と組み合わせる。上記のARメンテナンスの例を想像してみてほしい。ただ今は、メンテナンス・エンジニアがVR入力装置とヘッドセットを使って自宅で作業している。エンジニアの視点から見れば、彼らは生産ラインのデジタル・ツインで構成されたデジタル・ランドスケープを横断しているのだ。一方、物理的な生産ラインでは、そのエンジニアが制御するロボットが物理的に機械を修理している。

産業用XR体験の課題

XRの用語が完全に定義され、産業用途への可能性が明らかになったことで、開発者は当然ながら、こうした没入型体験を生み出す際に直面する課題について考え始めるだろう。ユニティのインダストリー・チームでソフトウェア開発マネージャーを務めるジョナサン・デ・ベルは、彼のチームは、顧客がXRアプリケーション用にデータや設計を適合させるのをサポートするよう求められることが多いと説明する。その結果、彼はXR開発者が直面する共通の課題を知っている。

最初の課題は、顧客の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ことだ。デ・ベルは、彼のチームはしばしば「非常に大きく、非常に詳細なモデル......部品点数は膨大で、（製造データを扱っているため）それぞれの部品は非常に詳細です」と語る。これは従来のビデオゲームのデータではない"

関連するが異なる課題は、3Dモデルやその他のデジタル資産に関連する大量のメタデータから生じる。この非幾何学的データの例としては、資産の材料特性などがある。XRの経験では、これらの値が引き出され、デジタル表示に加えられるかもしれない。1つの資産のイールドストレングスはそれほど多くのデータではないが、それは施設全体にまたがる材料特性データから引き出されている可能性が高い。

「視覚以外のデータもある」とデ・ベルは同意する。「多くの場合、アプリケーション内でデータにアクセスできるようにしたい。そして、その......関連する情報を伝えることもまた難しい。

このデータ量は、もうひとつの課題をもたらす：XRのハードウェア互換性。XRの体験にアクセスする際、ユーザーがどのようなデバイスを持っているかはわからない。したがって、この膨大なデータは、レガシーCPU、GPU、ヘッドセットなど、数多くのソフトウェアやハードウェア・デバイスに転送可能で互換性がなければならない。

ひいてはこれは、開発者がXRアプリケーションの将来性という課題に直面することも意味する。携帯電話のような多くのモバイルデバイスは、1年ごとにモデルが入れ替わる傾向があるため、XRのエクスペリエンスがレガシーデバイスだけでなく、将来のデバイスでも機能するようにすることも同様に重要だ。

業界アプリケーション向けにXRモデルを構築する際に設計者が直面するもう一つの課題は、通常、デジタル・ツインや専有データ、さまざまな企業のデータ・サイロに閉じ込められた情報にアクセスする必要があることだ。この問題は、リアルタイムデータを扱う場合に悪化する。デジタルの領域が物理的な領域を反映することが重要であるため、3Dアセットやその他のさまざまなデータソースのバージョン管理は非常に重要です。

XR体験のベストプラクティス

XRでの体験は異なるだろうが、開発者が直面する課題の多くは変わらないことをユニティは示している。その結果、同社はこれらの課題の多くに対処するためのベストプラクティスを開発した。

このXRの経験は何を解決するのか？

グレイズは、XRアプリケーションを作成する際の最初の、そしてしばしば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利点を理解し定義することであると指摘する。産業用ワークフローにXRを加えることは、最新の技術トレンドに飛びつくことではない。例えば、ビデオ通話で十分なのに、すべての会議をXR環境に持ち込むメリットはない。具体的な問題を解決しない限り、没入型の体験をユーザーに押し付ける必要はない。

XRアプリケーションのユースケースとベネフィットを最初に定義することで、開発者はこの情報を使って、スコープ、予算、開発期間を抑えることができる。また、前述した課題の多くを抑えるのにも役立つ。最初のXR体験が完成すれば、開発者はその範囲を拡大したり、別のものを作ったりすることができる。

最高のXR体験は、解決しようとする問題に合わせて作られる

開発者がXRエクスペリエンスが解決しようとしている問題を理解すれば、そのニーズに合わせてよりよいものを作ることができる。例えば、アプリケーションが想定している場合：

• そして、究極のショールームが顧客の "バックヤード "となる。
• メンテナンス要員をトレーニングするのであれば、究極のトレーニングルームは自分の設備だ。
• 製品設計をテストするなら、究極のテスト場は製品の自然環境だ。

例えば、Glaze社は、産業用途の没入型VRトレーニング体験に特化したオーストラリアの開発会社に言及している。そのひとつが、海上石油掘削施設の修理のために作業員を訓練した経験だ。設備は24時間365日稼働しており、停止させるのに何百万ドルもかかる。一方で、これらの資産で緊急事態のシナリオをシミュレートするのは危険かもしれない。そのため、実際の現場で作業員を訓練するのは難しい。

この問題を解決するために、開発者は実世界の機器をカスタマイズしたデジタル・ツインを作成し、XRアプリケーションに追加した。トレーニングの際、従業員はこのツールを使って、現実に起こりうる問題を解決する練習をするようになった。

この開発者は、XRシミュレーションがどんな石油掘削装置でもモデル化できるわけではなく、従業員が作業している石油掘削装置をモデル化する必要があることを発見した。そうでなければ、トレーニングの知識を現在の機器の設定に反映させようとして、肝心なときにつまずいてしまうかもしれない。

手持ちのモデルを使う

産業界には、XRアプリケーションで利用できるデータ、モデル、3D形状があふれている。グレイズは、テーマパークの乗り物やアトラクションを開発する会社を例に挙げた。これらの乗り物やアトラクションの3D CADモデルはすでに存在している。そのため、XRアプリケーションの開発を加速させるために使用することができる。

テーマパークは人気のある場所だが、誰もがそれを訪れる手段や能力を持っているわけではない。これは公園にとっては収入減、観光客にとっては機会損失である。その代わりに、パークは3Dモデルを使って没入型の体験を作り、こうしたファンにアプローチすることができる。今、より多くの人々が、物理的な場所や状態に関係なく、遠くからでもこれらのアトラクションにアクセスすることができる。一方、パークは新たな収入源を生み出し、アトラクションのROIを向上させる。

「その資産をまた何倍にも活用できる」とグレイズは言う。「セキュリティー上、彼らはその時点で敗北している。CADモデルを丸ごと投入するつもりはないだろう。しかし、営業チームを動かすために、それらの（完成された）モデルを再利用することができる。...このような（体験は）...バーチャルな試着であったり、このような（モデル）を使って作った施設のウォークスルーであったりする。"

リアルタイム3Dで作業するためのデータのクリーン化と合理化

業界の開発者が社内で利用できる3Dデータの多くは、CADファイルの形で提供されています。CADツールは、製品設計、開発、製造などの産業用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る。これらのワークフローは、XR環境で必要とされる、あるいは互換性のある以上の情報を必要とする。しかし、先のベストプラクティスが主張するように、このCADデータは活用されるべきである。この矛盾は、XR開発のもうひとつのベストプラクティスである「データの合理化と簡素化」につながると、ドゥ・ベレとモーリー＝ドゥラネーは説明する。

「アプリケーションをデータから切り離し、データを外部化するのです。「次のハードウェアが出たときに、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作り直す必要があるかもしれないからだ。データがアプリケーションに埋め込まれている場合、（データを取り込むために）プロジェクトを開き直す必要が出てくる。

これを行う最初の方法は、3Dオブジェクトの特徴が可変である階層的な詳細レベル（またはLODing）ローディングシステムを作成することです。基本的に、ユーザーが遠くからオブジェクトを見るとき、それは3Dモデルの単純なアウトラインである。ユーザーが近づくにつれ、より多くの詳細が描かれ、より多くのモデルが体験に追加される。最終的には、ユーザーが個々の部分にズームインできるほど十分なデータがデジタル現実にもたらされる。デ・ベルはこれを、3Dジオメトリに対するポリゴン・ストリーミング法と呼んでいる。

また、CADモデルからデータを抽出するためのツールを使用することで、より「ゲーム化」された環境で使用することができると説明する。これには、知的財産（IP）の保護というメリットもある。これらのツールは、XRの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る。

「これは最初の［ベストプラクティス］につながる」とデ・ベルは言う。「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活用できるのか。これはセキュリティの問題を取り除き、データ漏洩を減らすことになるが、その反面、データの総重量を減らし、実際にリアルタイムで体験できるようにするための処理をより簡単にすることになる」。

新しいXR機器、データソース、統合に対応する将来性

XRエクスペリエンスのROIを最適化するために、開発者は将来性を確保する必要がある。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、実世界の資産をリアルタイムで反映しなければならないことを意味するだけでなく、XRアプリケーション自体が現行のXRハードウェアと互換性があることも意味する。そのためには、開発者は自分の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る。標準規格は常に進化しており、XRアプリケーション用に十分に定義されていないため、これは困難な場合がある。

これに対抗するためには、自動化されたシステムが不可欠だとモーリー＝デラウネは提案する。「工具にインテリジェンスが組み込まれていることは、大きな違いです」と彼は言う。「単に（3Dモデルを）変換するだけでなく、ユースケースに合わせてダイナミックに変換します。なぜなら、30人がさまざまな部品に携わっているからだ。だから、自動化することが重要なんだ」。

小さく始めて、大きく

XRの経験は、そのリリースから組織全体を包含する必要はない。開発を簡素化し、課題を減らし、ワークフローの統合を改善するために、小規模から始めることは可能であり、多くの場合、そうすべきである。機能クリープのためにリリースされないよりは、メンテナンス・エンジニアに1つの部品の修理方法を示すXRアプリケーションを作る方がずっといい。一度その価値が証明されれば、他の状況にも広げていくことができる。

マウリー＝ドロネーは、XRが何を解決しようとしているのかを問うことが、XRの最初の範囲を定義するのに役立つと指摘する。小さな問題を見つけ、それを解決し、その解決策に対する投資対効果が証明されたら、それを積み重ねていくのです」と彼は言う。それを土台にして、組織内のより多くの問題に取り組むのだ」。

ユニティはどのようにXR体験を作ることができるか

Unityの助けを借りて、開発者はベストプラクティスを遵守し、一般的な課題を制限しながら、産業用XRエクスペリエンスを構築することができます。

例えば、Unity Pixyzは、組織の3DデータをXRアプリケーションに取り込もうとする開発者にとって大きな資産となる。このツールは、CAD、BIM、メッシュ、点群、その他多くの3Dデータ形式をインポートして変換し、それらを最適化し、XRエクスペリエンスでの使用に適したように内部のメタデータを管理することができる。また、Unityはアセット管理ツールも提供しており、開発者が没入感のある体験を構築できるように、そのデータを簡単に見つけて利用できるようにしている。

その証拠に、グレイズは日本の建設会社によるユニティの顧客の例を挙げている。同社はすべての資産とデザインをデジタル化した。同社が使用する、あるいは製造するマシンはすべて、同社が作りたいと望むXR体験に使用することができる。また、同社は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ブラウザとネイティブアプリケーションの両方に展開できる。Unityのエコシステムは、建設会社の3Dアセットの取り込み、処理、準備、管理を合理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のパワーは、タブレットや最新のヘッドセットで動作するXRエクスペリエンスの作成を支援できることです」とグレイズは言う。

UnityがデベロッパーのXRエクスペリエンス制作を支援するその他の方法について、グレイズは次のように語る。「結局は、自分でそれをやりたいのか、それともUnityのチーム全体で、これから登場する最新デバイスとの互換性を確認したいのか、ということになると思います。場合によっては、ハードウェアにいち早くアクセスすることもでき、ユーザーが次の大きなものをいち早く導入できるようにしています......また、最新のオープンスタンダードにも対応しています。メタの最新のオープンソースプロジェクトであれ、ユニバーサル・シーン記述（USD）のようなファイルフォーマットであれ。われわれには、それらをフォローし、ユーザーが可能な限り最新の状態を維持できるようにするためのリソースがある」。

ユニティはまた、開発者が産業用XRアプリケーションを制作するのに役立つ教育リソースも提供している。これらのリソースには、トレーニング、コンサルティング、コミュニティ掲示板などがある。