اختبار التصويب في WebXR: الدليل الشامل لوضع الكائنات ثلاثية الأبعاد والتفاعل معها في الواقع المعزز

تخيل أنك توجه هاتفك الذكي نحو غرفة معيشتك، وبنقرة بسيطة، تضع أريكة افتراضية واقعية تمامًا في المكان الذي تريده. تمشي حولها، وترى كيف تتناسب مع المساحة، بل وتغير لونها. هذا ليس خيالًا علميًا؛ إنها قوة الواقع المعزز (AR) المقدمة عبر الويب، والتقنية الأساسية التي تجعل ذلك ممكنًا هي اختبار التصويب في WebXR (WebXR Hit Testing).

بالنسبة للمطورين والمصممين والمبتكرين في جميع أنحاء العالم، فإن فهم اختبار التصويب هو المفتاح لإطلاق تجارب واقع معزز ذات معنى. إنه الجسر الأساسي بين العالمين الرقمي والمادي، مما يسمح للمحتوى الافتراضي بالظهور وكأنه ثابت ومتفاعل داخل بيئة المستخدم الحقيقية. يقدم هذا الدليل نظرة عميقة على واجهة برمجة تطبيقات اختبار التصويب في WebXR، مما يزودك بالمعرفة اللازمة لبناء تطبيقات واقع معزز مقنعة ومدركة للعالم لجمهور عالمي.

فهم أساسيات اختبار التصويب في WebXR

قبل أن نتعمق في الكود، من الضروري فهم الأساس المفاهيمي لاختبار التصويب. في جوهره، يدور اختبار التصويب حول الإجابة على سؤال بسيط: "إذا وجهت من جهازي إلى العالم الحقيقي، فما هو السطح الذي أصطدم به؟"

المفهوم الأساسي: تتبع الأشعة (Raycasting) في العالم الحقيقي

تشبه العملية من حيث المفهوم تتبع الأشعة في الرسومات ثلاثية الأبعاد التقليدية، ولكن مع لمسة مهمة. فبدلاً من إطلاق شعاع في مشهد افتراضي بحت، يقوم اختبار التصويب في WebXR بإطلاق شعاع من جهاز المستخدم إلى العالم المادي.

إليك كيف يعمل:

• فهم البيئة: باستخدام كاميرا الجهاز ومستشعرات الحركة (مثل IMU - وحدة القياس بالقصور الذاتي)، يقوم نظام الواقع المعزز الأساسي (مثل ARCore على Android أو ARKit على iOS) بمسح وبناء خريطة ثلاثية الأبعاد مبسطة لمحيط المستخدم باستمرار. تتكون هذه الخريطة من نقاط مميزة، ومستويات مكتشفة (مثل الأرضيات والجدران وأسطح الطاولات)، وأحيانًا شبكات أكثر تعقيدًا.
• إطلاق الشعاع: يتم إسقاط شعاع، وهو في الأساس خط مستقيم له أصل واتجاه، من نقطة الأصل. الأكثر شيوعًا هو أن يكون من مركز شاشة المستخدم، موجهًا إلى الخارج.
• إيجاد التقاطع: يتحقق النظام مما إذا كان هذا الشعاع المسقط يتقاطع مع أي من الأشكال الهندسية للعالم الحقيقي التي اكتشفها.
• 'نتيجة التصويب' (Hit Result): إذا حدث تقاطع، يقوم النظام بإرجاع "نتيجة تصويب". هذه النتيجة هي أكثر من مجرد 'نعم' أو 'لا'؛ إنها تحتوي على بيانات قيمة، وأهمها هو الوضعية (الموضع والاتجاه) لنقطة التقاطع في الفضاء ثلاثي الأبعاد. هذه الوضعية هي التي تسمح لك بوضع كائن افتراضي بمحاذاة مثالية مع سطح العالم الحقيقي.

واجهة برمجة تطبيقات جهاز WebXR (WebXR Device API) ووحدة اختبار التصويب

واجهة برمجة تطبيقات جهاز WebXR هي معيار W3C الذي يوفر الوصول إلى أجهزة الواقع الافتراضي والمعزز على الويب. واجهة برمجة تطبيقات اختبار التصويب هي وحدة اختيارية ضمن هذا المعيار، مصممة خصيصًا للواقع المعزز. لاستخدامها، يجب عليك طلبها صراحة عند بدء جلسة WebXR.

الكائن الرئيسي الذي ستعمل معه هو XRHitTestSource. تطلب هذا المصدر من XRSession نشطة، وبمجرد الحصول عليه، يمكنك الاستعلام عنه في كل إطار من حلقة العرض (render loop) للحصول على أحدث نتائج اختبار التصويب.

أنواع مساحات الإسناد: مرساتك في الواقع

توجد جميع الإحداثيات في WebXR ضمن 'مساحة إسناد'، والتي تحدد الأصل (نقطة 0,0,0) لعالمك ثلاثي الأبعاد. يعد اختيار مساحة الإسناد أمرًا بالغ الأهمية للواقع المعزز.

• viewer: يتم تثبيت الأصل بجهاز المستخدم أو رأسه. عندما يتحرك المستخدم، يتحرك العالم معه. هذا مفيد لعناصر واجهة المستخدم التي يجب أن تكون دائمًا أمام المستخدم (مثل شاشة العرض الأمامية)، لكنه غير مناسب لوضع الكائنات التي يجب أن تظل ثابتة في العالم الحقيقي.
• local: يتم تعيين الأصل عند أو بالقرب من موضع المستخدم عند بدء الجلسة. إنه ثابت بالنسبة لنقطة بداية المستخدم ولكنه لا يحاول تثبيت نفسه في العالم الحقيقي. ستبقى الكائنات الموضوعة في هذه المساحة في مكانها عندما يتجول المستخدم، لكنها قد تنجرف بمرور الوقت مع تراكم أخطاء المستشعرات.
• unbounded: مصمم للتجارب على نطاق العالم حيث قد يمشي المستخدم بعيدًا جدًا عن نقطة البداية. للنظام الحرية في تعديل موضع الأصل للحفاظ على دقة التتبع. غالبًا ما يكون هذا خيارًا جيدًا للواقع المعزز على نطاق الغرفة.
• local-floor: مشابه لـ `local`، ولكن يتم تعيين الأصل تحديدًا على مستوى الأرض، مما يجعله مناسبًا جدًا لوضع الكائنات على الأرض.

بالنسبة لمعظم سيناريوهات وضع كائنات الواقع المعزز، ستستخدم مساحة مرتبطة بالعالم مثل local أو local-floor أو unbounded لضمان بقاء كائناتك الافتراضية مستقرة في البيئة المادية.

تطبيق أول اختبار تصويب لك في WebXR: جولة عملية

لننتقل من النظرية إلى التطبيق. تستخدم الأمثلة التالية واجهة برمجة تطبيقات WebXR الأولية. في مشروع حقيقي، من المحتمل أن تستخدم مكتبة مثل Three.js أو Babylon.js للتعامل مع العرض، لكن المنطق الخاص بـ WebXR يظل كما هو.

الخطوة 1: إعداد المشهد وطلب الجلسة

أولاً، تحتاج إلى زر HTML لبدء تجربة الواقع المعزز وإعداد JavaScript أساسي. الجزء الأكثر أهمية هو طلب جلسة بوضع 'immersive-ar' وتضمين 'hit-test' في الميزات المطلوبة.

            // HTML
<button id="ar-button">Start AR</button>

// JavaScript
const arButton = document.getElementById('ar-button');
let xrSession = null;
let xrReferenceSpace = null;

async function onARButtonClick() {
  if (navigator.xr) {
    try {
      // Check if the immersive-ar mode is supported
      const isSupported = await navigator.xr.isSessionSupported('immersive-ar');
      if (isSupported) {
        // Request a session with the required features
        xrSession = await navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
          requiredFeatures: ['hit-test']
        });

        // Set up the session, canvas, and WebGL context...
        // ... (boilerplate for setting up rendering)

        // Start the render loop
        xrSession.requestAnimationFrame(onXRFrame);
      } else {
        console.log("AR not supported on this device.");
      }
    } catch (e) {
      console.error("Failed to start AR session:", e);
    }
  }
}

arButton.addEventListener('click', onARButtonClick);

            

              
                Copy
              
            
          

الخطوة 2: طلب مصدر اختبار التصويب

بمجرد بدء الجلسة، تحتاج إلى إنشاء مساحة إسناد ثم طلب مصدر اختبار التصويب. يتم ذلك عادةً مباشرة بعد إنشاء الجلسة.

            // Inside your session setup logic...
xrSession.addEventListener('end', onSessionEnded);

// Create a reference space. 'viewer' is needed for the hit-test request,
// but we'll get a 'local-floor' space for placing content.
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('local-floor');
const viewerSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('viewer');

// Request the hit test source
const hitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({ space: viewerSpace });

// Now, we'll need to pass 'hitTestSource' to our render loop.

            

              
                Copy
              
            
          

ملاحظة: نطلب مصدر اختبار التصويب باستخدام مساحة viewer. هذا يعني أن الشعاع سينشأ من منظور الجهاز. ومع ذلك، نستخدم مساحة الإسناد local-floor لوضع الكائنات، بحيث تكون إحداثياتها مرتبطة بنقطة مستقرة في العالم.

الخطوة 3: تشغيل اختبار التصويب في حلقة العرض (Render Loop)

يحدث السحر داخل دالة رد النداء onXRFrame، والتي يتم استدعاؤها لكل إطار سيتم عرضه. هنا، تحصل على أحدث نتائج اختبار التصويب.

            let reticle = null; // This will be our 3D object for the visual indicator
let hitTestSource = null; // Assume this is passed from the setup step

function onXRFrame(time, frame) {
  const session = frame.session;
  session.requestAnimationFrame(onXRFrame);

  // Get the viewer's pose
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);
  if (!pose) return;

  // If we have a hit test source, get the results
  if (hitTestSource) {
    const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);

    if (hitTestResults.length > 0) {
      // We have a hit!
      const hit = hitTestResults[0];

      // Get the pose of the hit point
      const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);

      // We can now use hitPose.transform.position and hitPose.transform.orientation
      // to position our visual indicator (the reticle).
      if (reticle) {
        reticle.visible = true;
        reticle.matrix.fromArray(hitPose.transform.matrix);
      }
    } else {
      // No hit was found for this frame
      if (reticle) {
        reticle.visible = false;
      }
    }
  }

  // ... rest of your rendering logic for the scene
}

            

              
                Copy
              
            
          

الخطوة 4: تصور نقطة التصويب باستخدام مؤشر (Reticle)

يحتاج المستخدمون إلى ملاحظات مرئية لمعرفة أين يمكنهم وضع كائن. 'المؤشر' (reticle) — وهو كائن صغير ثلاثي الأبعاد مثل حلقة أو دائرة مسطحة — مثالي لهذا الغرض. في مكتبة الرسوميات ثلاثية الأبعاد الخاصة بك (مثل Three.js)، ستقوم بإنشاء شبكة للمؤشر. يوضح الكود في الخطوة السابقة كيفية تحديث موضعه ورؤيته.

• عندما يكون hitTestResults.length > 0، تجعل المؤشر مرئيًا وتحدث تحويله (الموضع والدوران) باستخدام hitPose.
• عندما لا يكون هناك أي تصويبات، تجعل المؤشر غير مرئي.

يوفر هذا ملاحظات فورية وبديهية، ويوجه المستخدم للعثور على سطح مناسب لوضع الكائن.

تقنيات متقدمة وأفضل الممارسات لوضع الكائنات

إن تشغيل اختبار تصويب أساسي هو مجرد البداية. لإنشاء تجربة احترافية وسهلة الاستخدام، ضع في اعتبارك هذه التقنيات المتقدمة.

من المؤشر إلى الوضع: التعامل مع إدخال المستخدم

الهدف النهائي هو وضع كائن دائم. يوفر WebXR آلية إدخال بسيطة لهذا: حدث 'select'. يتم إطلاق هذا الحدث عندما يقوم المستخدم بإجراء أساسي، وهو عادةً نقرة على الشاشة على الأجهزة المحمولة.

            xrSession.addEventListener('select', onSelect);

function onSelect() {
  if (reticle && reticle.visible) {
    // User has tapped the screen while the reticle is visible on a surface
    // Create a new 3D object (e.g., a sunflower model)
    const objectToPlace = createSunflowerModel(); // Your 3D object creation function

    // Set its position and orientation to match the reticle
    objectToPlace.position.copy(reticle.position);
    objectToPlace.quaternion.copy(reticle.quaternion);

    // Add it to your scene
    scene.add(objectToPlace);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

هذا النمط أساسي: استخدم اختبار التصويب لتحديد موضع كائن مؤقت 'شبح' أو 'مؤشر' بشكل مستمر، ثم استخدم حدث select لإنشاء نسخة دائمة من تحويل ذلك الكائن.

تثبيت تجربة الوضع

يمكن أن تكون بيانات المستشعرات الأولية مشوشة، مما يتسبب في اهتزاز نتيجة اختبار التصويب — وبالتالي المؤشر الخاص بك — قليلاً حتى عند إمساك الجهاز بثبات. قد يكون هذا مزعجًا للمستخدم. الحل البسيط هو تطبيق التنعيم على حركة المؤشر باستخدام تقنية مثل الاستيفاء الخطي (LERP).

            // In your onXRFrame loop, instead of setting the position directly:

const targetPosition = new THREE.Vector3();
targetPosition.setFromMatrixPosition(hitPose.transform.matrix);

// Smoothly move the reticle towards the target position
// The 0.1 value controls the smoothing speed (lower is smoother)
reticle.position.lerp(targetPosition, 0.1);

// You can do the same for orientation with slerp (Spherical Linear Interpolation)
const targetQuaternion = new THREE.Quaternion();
targetQuaternion.setFromRotationMatrix(hitPose.transform.matrix);
reticle.quaternion.slerp(targetQuaternion, 0.1);

            

              
                Copy
              
            
          

فهم خيارات مصدر اختبار التصويب

يمكن أن تأخذ طريقة requestHitTestSource كائن خيارات لتحسين ما تبحث عنه. خاصية entityTypes مفيدة بشكل خاص:

• entityTypes: ['plane']: سيعيد هذا فقط التصويبات على الأسطح المستوية المكتشفة مثل الأرضيات والطاولات والجدران. غالبًا ما يكون هذا هو الخيار الأكثر تفضيلاً لوضع كائنات مثل الأثاث أو الشاشات الافتراضية.
• entityTypes: ['point']: سيعيد هذا التصويبات على النقاط المميزة، وهي نقاط مميزة بصريًا في البيئة يتتبعها النظام. يمكن أن يكون هذا أقل استقرارًا من المستويات ولكنه يسمح بالوضع في مناطق أكثر تعقيدًا وغير مسطحة.
• entityTypes: ['mesh'] (تجريبي): يطلب هذا تصويبات مقابل شبكة ثلاثية الأبعاد يتم إنشاؤها ديناميكيًا للبيئة. عند توفره، يكون هذا هو الخيار الأقوى، حيث يسمح بالوضع على أي سطح، بغض النظر عن شكله.

التفاعل مع الكائنات الموضوعة

بمجرد وضع كائن، فإنه يوجد في مشهدك الافتراضي. لم تعد واجهة برمجة تطبيقات اختبار التصويب في WebXR ضرورية للتفاعل معه. بدلاً من ذلك، تعود إلى التقنيات ثلاثية الأبعاد القياسية.

لاكتشاف نقرة المستخدم على كائن افتراضي، تقوم بإجراء تتبع الأشعة داخل مشهدك ثلاثي الأبعاد. عند حدث 'select'، ستقوم بما يلي:

1. إنشاء شعاع ينشأ من موضع الكاميرا ويشير في الاتجاه الذي تنظر إليه.
2. استخدام متتبع الأشعة في مكتبتك ثلاثية الأبعاد (مثل THREE.Raycaster) للتحقق من التقاطعات بين هذا الشعاع والكائنات في مشهدك.
3. إذا تم العثور على تقاطع مع أحد كائناتك الموضوعة، يمكنك تشغيل إجراء، مثل تغيير لونه أو تشغيل رسوم متحركة أو حذفه.

من الضروري التمييز بين هذين المفهومين: اختبار التصويب هو للعثور على الأسطح في العالم الحقيقي. تتبع الأشعة هو للعثور على الكائنات في مشهدك الافتراضي.

تطبيقات واقعية وحالات استخدام عالمية

اختبار التصويب في WebXR ليس مجرد فضول تقني؛ إنه يتيح تطبيقات قوية عبر الصناعات في جميع أنحاء العالم.

• التجارة الإلكترونية والتجزئة: يمكن للعلامات التجارية العالمية أن تسمح للعملاء من أي بلد بتصور المنتجات في منازلهم قبل الشراء. يمكن لشركة أثاث في السويد أن تسمح لعميل في اليابان برؤية كيف تبدو طاولة جديدة في غرفة طعامه.
• الهندسة المعمارية والهندسة والتشييد (AEC): يمكن لشركة معمارية في البرازيل مشاركة رابط WebAR مع عميل في ألمانيا، مما يسمح له بالتجول في نموذج افتراضي بمقياس 1:1 لمبنى مقترح في موقع البناء الفعلي.
• التعليم والتدريب: يمكن لكلية طب في الهند أن توفر للطلاب أداة واقع معزز قائمة على الويب لوضع وتشريح قلب بشري افتراضي على مكاتبهم، مما يجعل التعلم المعقد متاحًا دون الحاجة إلى أجهزة باهظة الثمن.
• التسويق والفن: يمكن للفنانين والعلامات التجارية إنشاء تجارب واقع معزز قائمة على الموقع، مما يسمح للمستخدمين بوضع منحوتات رقمية في الحدائق العامة أو رؤية طراز سيارة جديد متوقف في ممرهم الخاص، ويمكن الوصول إليه لأي شخص لديه هاتف ذكي متوافق.

التحديات ومستقبل اختبار التصويب في WebXR

على الرغم من قوتها، لا تزال التكنولوجيا في تطور. يجب أن يكون المطورون على دراية بالتحديات الحالية والاتجاهات المستقبلية.

توافق الأجهزة والمتصفحات

دعم WebXR ينمو ولكنه ليس عالميًا بعد. يتوفر بشكل أساسي على أجهزة Android الحديثة عبر Google Chrome. الدعم على iOS أكثر محدودية وغالبًا ما يتطلب متصفحات تجريبية محددة. صمم دائمًا مع وضع التدهور التدريجي (graceful degradation) في الاعتبار—وفر تجربة عارض ثلاثي الأبعاد بديلة للمستخدمين على الأجهزة غير القادرة على تشغيل الواقع المعزز.

محدودية فهم البيئة

تعتمد جودة اختبار التصويب بشكل كبير على البيئة المادية. يمكن أن تواجه صعوبة في ظروف معينة:

• الإضاءة الضعيفة: يصعب على الكاميرا معالجة الغرف ذات الإضاءة الخافتة.
• الأسطح عديمة الملامح: يفتقر الجدار الأبيض الكبير العادي أو الأرضية السوداء اللامعة إلى الميزات المرئية اللازمة للتتبع.
• الأسطح العاكسة أو الشفافة: يمكن للمرايا والزجاج إرباك مستشعرات النظام.

ستؤدي التطورات المستقبلية في الذكاء الاصطناعي ورؤية الكمبيوتر إلى فهم دلالي أكثر قوة، حيث لا يرى الجهاز مجرد 'مستوى' ولكنه يتعرف على 'أرضية' أو 'جدار' أو 'طاولة'، مما يتيح تفاعلات أكثر ذكاءً.

صعود واجهات برمجة التطبيقات للعمق والشبكة (Depth and Mesh APIs)

يكمن مستقبل اختبار التصويب في بيانات بيئية أكثر تقدمًا. من المقرر أن تحدث واجهات برمجة تطبيقات WebXR الناشئة ثورة في هذا المجال:

• WebXR Depth Sensing API: توفر معلومات عمق لكل بكسل من الكاميرا، مما يسمح باكتشاف هندسة العالم الحقيقي بتفاصيل أكبر بكثير. يتيح هذا إمكانية حجب الكائنات الافتراضية بشكل صحيح بواسطة كائنات العالم الحقيقي (على سبيل المثال، شخصية افتراضية تمشي خلف أريكة حقيقية).
• Real-World Geometry (Mesh API): توفر واجهة برمجة التطبيقات هذه شبكة ثلاثية الأبعاد ديناميكية وفي الوقت الفعلي للبيئة. يتيح اختبار التصويب مقابل هذه الشبكة وضعًا مثاليًا على أي سطح، بغض النظر عن مدى تعقيده، من كومة كتب إلى بطانية مجعدة.

الخاتمة: بناء الجسر بين العالمين

يعد اختبار التصويب في WebXR أكثر من مجرد واجهة برمجة تطبيقات؛ إنه الآلية الأساسية التي تسمح لنا بتثبيت إبداعاتنا الرقمية في الواقع المادي. من خلال فهم كيفية طلب مصدر، ومعالجة النتائج في حلقة العرض، والتعامل مع إدخال المستخدم، يمكنك بناء تجارب واقع معزز بديهية وقوية يمكن الوصول إليها من قبل جمهور عالمي ضخم عبر متصفح الويب.

من وضع الكائنات البسيط إلى التطبيقات التفاعلية المعقدة، يعد إتقان اختبار التصويب مهارة لا غنى عنها لأي مطور يدخل عالم الويب الغامر. مع استمرار تطور التكنولوجيا من خلال استشعار بيئي أفضل ودعم أوسع للأجهزة، سيستمر الخط الفاصل بين العالمين المادي والرقمي في التلاشي، وسيكون WebXR في طليعة هذا التحول.