كيف يعمل LiDAR على iPhone (ولماذا يهم في القياس)
شرح عملي للنقطة السوداء الصغيرة بجوار عدسة الكاميرا. كيف يقيس مستشعر LiDAR العمق في أجزاء من المليار من الثانية، وما الذي يميزه عن الواقع المعزز المعتمد على الكاميرا وحدها، والمهام المحددة التي يُحدث فيها فرقًا حقيقيًا.
أضافت Apple مستشعر LiDAR إلى طرازات iPhone Pro في عام 2020 وإلى كل iPad Pro منذ عام 2020. إنه المربع الأسود الصغير بجوار عدسات الكاميرا الخلفية. تسميه النصوص التسويقية "ماسح Lidar". لكنه من الناحية التقنية مستشعر عمق مباشر يعمل بزمن الطيران. إليك ما يفعله فعليًا، ولماذا يصبح ARKit أسرع وأدق بكثير عند وجوده، وأي مهام القياس تتغير بسببه.
ما هو LiDAR في الحقيقة
LiDAR هو اختصار لـ "Light Detection and Ranging" (الكشف وقياس المسافة باستخدام الضوء). يُطلق المستشعر نبضة ليزر بالأشعة تحت الحمراء غير مرئية، ثم يقيس المدة التي تستغرقها النبضة للارتداد عائدة. اضرب زمن الذهاب والعودة هذا في نصف سرعة الضوء، فتحصل على المسافة إلى ما اصطدمت به النبضة.
يُطلق LiDAR في iPhone 576 نبضة في وقت واحد بنمط شبكي، 30 مرة في الثانية. وهذا يمنحك خريطة عمق من 576 نقطة في محيطك، تُحدَّث 30 مرة في الثانية، أي في جوهرها بثًا مرئيًا للعمق ثلاثي الأبعاد.
المدى: نحو 5 أمتار في الداخل، و3 أمتار في الخارج (ضوء الشمس يُشبع المستشعر). الدقة: ±1 سم عند 1 م، وتزداد إلى ±5 سم عند 5 م.
ماذا يفعل الواقع المعزز دون LiDAR بدلًا من ذلك
في أجهزة iPhone بلا LiDAR (من iPhone Xs حتى iPhone 14 العادي، وiPhone 15/16/17 العادي)، يُستنتَج العمق استنتاجًا من حركة الكاميرا واختلاف المنظر. عندما تحرّك الهاتف، تنزاح النقطة نفسها في الفضاء عبر إطار الكاميرا؛ هذا الانزياح الظاهري يُخبر البرنامج بمدى بُعد تلك النقطة.
يُسمى هذا "قياس المسافة البصري بالقصور الذاتي" (VIO). وهو يحتاج إلى:
- نسيج مرئي في المشهد (الجدار الأبيض الفارغ لا توجد به أي ملامح)
- إضاءة جيدة (يجب أن تلتقط مصراع الكاميرا إطارات حادة)
- حركة (عليك تحريك الهاتف كي تعمل الحسابات)
- نحو 3 ثوانٍ للتقارب بعد التشغيل
إنه ذكي وفعّال، لكنه هش. فالأسطح العاكسة والغرف المعتمة والهاتف الثابت كلها تُضعِف أداءه.
ما الذي يتغير عند وجود LiDAR
| السلوك | دون LiDAR | مع LiDAR |
|---|---|---|
| زمن بدء جلسة الواقع المعزز | نحو 3-5 ثوانٍ (المعايرة بتحريك الهاتف) | نحو 0.5 ثانية (يُقرأ العمق مباشرة) |
| هل يعمل على الجدران البيضاء الفارغة؟ | يتعثر، يحتاج إلى نسيج | نعم، يقرأ الليزر العمق بصرف النظر عن النسيج المرئي |
| هل يعمل في الظلام الدامس؟ | لا (الكاميرا لا ترى) | نعم (الليزر مصدر ضوئه الخاص) |
| الدقة عند 3 م | ±15-25 مم | ±5-10 مم |
| هل يلتقط شبكة ثلاثية الأبعاد للمحيط؟ | لا | نعم، تستخدمه واجهة RoomPlan من Apple |
| هل يكتشف الأثاث / الأجسام تلقائيًا؟ | لا | نعم، تُوسَم الأرائك والأسرّة والثلاجات والأبواب والنوافذ |
ماذا يعني هذا لتطبيقات القياس
ثلاثة فروق ملموسة:
- مسح RoomPlan. إطار عمل RoomPlan من Apple (الذي يستخدمه Ruler AR لمسح الغرف) لا يعمل إلا على الأجهزة المزودة بـ LiDAR. فهو يلتقط نموذجًا ثلاثي الأبعاد كاملًا للغرفة — الجدران والنوافذ والأبواب والأثاث — خلال 60-90 ثانية من المشي. لا LiDAR، لا RoomPlan.
- الدقة عند النقر على جدار فارغ. عندما توجّه الكاميرا نحو جدار أبيض خالٍ من الملامح وتنقر للقياس، يخمّن التطبيق دون LiDAR موضع المستوى استنادًا إلى حواف مكتشَفة في مواضع أخرى. أما مع LiDAR فيقرأ العمق الفعلي عند البكسل ذاته الذي نقرت عليه. ويظهر الفارق في صورة انحراف بمقدار ±2-3 سم على الجدران الطويلة.
- السرعة. شغّل التطبيق من البداية ووجّهه نحو شيء ما فورًا. دون LiDAR: انتظر 3-5 ثوانٍ حتى يتقارب الواقع المعزز. مع LiDAR: قراءة في 0.5 ثانية. وبالنسبة لمقاول يجري 20 قياسًا في معاينة واحدة، فهذا يوفّر أكثر من 60 ثانية لكل زيارة.
أي أجهزة iPhone تحتوي على LiDAR
- iPhone 12 Pro / 12 Pro Max
- iPhone 13 Pro / 13 Pro Max
- iPhone 14 Pro / 14 Pro Max
- iPhone 15 Pro / 15 Pro Max
- iPhone 16 Pro / 16 Pro Max
- iPhone 17 Pro / 17 Pro Max
- iPad Pro (الجيل الرابع، 2020) وما بعده
- iPad Air (M2، 2024) وما بعده
أجهزة iPhone العادية (غير Pro) لا تحتوي على LiDAR. وقد أشارت Apple إلى أن هذا مقصود — فـ LiDAR عنصر تمييز خاص بطرازات "Pro". ولا توجد أي إعلانات عن قدوم LiDAR إلى أجهزة iPhone العادية.
إذا لم يكن لديك LiDAR، فماذا لا يزال بإمكانك فعله؟
كل شيء تقريبًا باستثناء المسح ثلاثي الأبعاد التلقائي للغرفة. فالقياس بالواقع المعزز المعتمد على الكاميرا لا يزال يعمل للمسافة والارتفاع والمساحة والزوايا. ويتيح لك منشئ الغرف اليدوي بناء مخططات الطوابق بالمشي حول المحيط والنقر على الزوايا، دون الحاجة إلى LiDAR، ويكون المخطط الناتج دقيقًا في الأبعاد الثنائية تمامًا كمسح LiDAR.
النسخة المجانية من Ruler AR كاملة الميزات على جميع أجهزة iPhone بدءًا من Xs فصاعدًا. يضيف LiDAR السرعة والمسح ثلاثي الأبعاد، لكن سير عمل القياس الأساسي لا يعتمد على العتاد.
المستقبل
تشير براءات اختراع Apple لعام 2024 إلى عمل على الجمع بين LiDAR والكاميرا الأمامية (مستشعر TrueDepth) للمسح ثلاثي الأبعاد للجسم كاملًا وتطبيقات اللياقة بالواقع المعزز. أما للقياس، فتوقّع دقة أعلى على مسافات أطول، وربما LiDAR للأماكن الخارجية (المحدود حاليًا بنحو 3 م بسبب ضوء الشمس). أما الآن: إذا كنت تقيس لكسب رزقك، فإن طرازات Pro تسترد فارق السعر خلال أشهر قليلة من الاستخدام الاحترافي.