WebXR Hit Testing: Ръководство за поставяне на AR обекти в метавселената

Метавселената се развива бързо, а добавената реалност (AR) играе решаваща роля в оформянето на нейното бъдеще. WebXR, уеб платформата за поглъщащи изживявания, дава възможност на разработчиците да създават крос-платформени AR приложения, които могат да работят директно в браузъра. Един от най-фундаменталните аспекти при създаването на завладяващи AR изживявания е способността за реалистично поставяне на виртуални обекти във физическата среда на потребителя. Тук се намесва hit testing.

Какво е WebXR Hit Testing?

Hit testing, в контекста на WebXR, е процесът на определяне дали лъч, изпратен от перспективата на потребителя, се пресича с повърхност от реалния свят. Тази точка на пресичане предоставя пространствените координати, необходими за точното позициониране на виртуални обекти и създаването на илюзията, че те са безпроблемно интегрирани в заобикалящата потребителя среда. Представете си как поставяте виртуален стол във всекидневната си през камерата на телефона – hit testing прави това възможно.

По същество, това позволява на вашето WebXR приложение да отговори на въпроса: „Ако насоча устройството си към определено място, коя повърхност от реалния свят удря виртуалният лъч на моето устройство?“ Отговорът предоставя 3D координатите (X, Y, Z) и ориентацията на тази повърхност.

Защо Hit Testing е важен за AR?

Hit testing е от решаващо значение поради няколко причини:

• Реалистично поставяне на обекти: Без hit testing виртуалните обекти биха се носили в пространството или биха изглеждали сякаш проникват през повърхности от реалния свят, нарушавайки илюзията на AR. Hit testing гарантира, че обектите са „заземени“ и взаимодействат убедително със средата.
• Естествено взаимодействие: Позволява на потребителите интуитивно да взаимодействат с виртуални обекти чрез докосване или посочване на места в реалния свят. Представете си как избирате място на бюрото си, за да поставите виртуално растение.
• Пространствено разбиране: Hit testing предоставя информация за средата на потребителя, позволявайки на приложението да разбере разположението и връзките между обектите в реалния свят. Това може да се използва за създаване на по-сложни AR изживявания.
• Подобрено потребителско изживяване: Като позволява реалистично поставяне и взаимодействие, hit testing прави AR изживяванията по-ангажиращи и лесни за употреба.

Как работи WebXR Hit Testing

WebXR Hit Test API предоставя инструментите, необходими за извършване на hit testing. Ето разбивка на ключовите стъпки:

1. Заявяване на AR сесия: Първата стъпка е да се заяви AR сесия от WebXR API. Това включва проверка за AR възможности на устройството на потребителя и получаване на валиден XRFrame.
2. Създаване на източник за hit test: Източникът за hit test представлява погледа на потребителя или посоката на насочване на устройството му. Създавате източник за hit test, като използвате XRFrame.getHitTestInputSource() или подобен метод, който връща XRInputSource. Този източник на въвеждане представлява начина, по който потребителят взаимодейства със сцената.
3. Извършване на hit test: С помощта на източника за hit test, вие изпращате лъч в сцената, като използвате XRFrame.getHitTestResults(hitTestSource). Този метод връща масив от XRHitTestResult обекти, всеки от които представлява потенциално пресичане с повърхност от реалния свят.
4. Обработка на резултатите: Всеки XRHitTestResult обект съдържа информация за пресичането, включително 3D позицията (XRRay) и ориентацията (XRRigidTransform) на попадението. След това можете да използвате тази информация, за да позиционирате и ориентирате вашия виртуален обект.

Опростен пример за код (концептуален):

// Приемаме, че xrSession и xrRefSpace вече са получени.

let hitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
  space: xrRefSpace, //XRReferenceSpace, което се използва за извършване на hit testing.
  profile: 'generic-touchscreen', //Незадължителен низ, указващ кой профил на въвеждане да се използва при извършване на hit testing.
});


function onXRFrame(time, frame) {
  // ... друга обработка на XR кадъра ...

  const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);
  if (hitTestResults.length > 0) {
    const hit = hitTestResults[0];
    const pose = hit.getPose(xrRefSpace); // Вземане на позата на попадението

    //Позиционирайте вашия 3D обект, като използвате позата на попадението
    object3D.position.set(pose.transform.position.x, pose.transform.position.y, pose.transform.position.z);
    object3D.quaternion.set(pose.transform.orientation.x, pose.transform.orientation.y, pose.transform.orientation.z, pose.transform.orientation.w);

  }
}

WebXR Hit Testing на практика: Примери и случаи на употреба

Hit testing отваря широк спектър от възможности за AR приложения. Ето няколко примера:

• Електронна търговия: Позволете на клиентите виртуално да поставят мебели или уреди в домовете си, преди да направят покупка. Потребител в Германия може да използва приложение, за да визуализира нов диван във всекидневната си, като се увери, че пасва на пространството и допълва съществуващия декор. Подобно приложение може да позволи на потребител в Япония да види как нов уред би се побрал в техните често по-малки жилищни пространства.
• Игри: Създавайте AR игри, в които виртуални герои взаимодействат с реалния свят. Представете си игра, в която виртуални домашни любимци могат да тичат из хола ви и да се крият зад мебелите. Играта ще трябва точно да открива пода и всички обекти, присъстващи в стаята.
• Образование: Визуализирайте сложни научни концепции в 3D, позволявайки на учениците да взаимодействат с виртуални модели в собствената си среда. Ученик в Бразилия може да използва AR приложение, за да изследва структурата на молекула, като постави модела на бюрото си и го завърти за по-добро разбиране.
• Архитектура и дизайн: Позволете на архитекти и дизайнери да визуализират строителни планове или интериорен дизайн в контекста на реалния свят. Архитект в Дубай може да използва AR, за да представи нов дизайн на сграда на клиент, като му позволи да се разходи около виртуално представяне на сградата, насложено върху действителната строителна площадка.
• Обучение и симулация: Създавайте реалистични симулации за обучение за различни индустрии, като здравеопазване или производство. Студент по медицина в Нигерия може да практикува хирургически процедури върху виртуален пациент, насложен върху манекен, получавайки обратна връзка в реално време въз основа на своите действия.

Избор на правилната WebXR рамка (Framework)

Няколко WebXR рамки (frameworks) могат да опростят процеса на разработка и да предоставят готови компоненти за hit testing:

• Three.js: Популярна JavaScript библиотека за създаване на 3D графики в уеб. Тя предлага отлична поддръжка за WebXR и предоставя инструменти за работа с hit testing.
• Babylon.js: Друга мощна JavaScript рамка за изграждане на 3D изживявания. Тя разполага с изчерпателен набор от инструменти и функции за WebXR разработка, включително вградени възможности за hit testing.
• A-Frame: Уеб рамка за изграждане на VR изживявания с HTML. A-Frame опростява WebXR разработката със своя декларативен синтаксис и вградени компоненти, което улеснява внедряването на hit testing.

Преодоляване на предизвикателствата в WebXR Hit Testing

Въпреки че hit testing е мощен инструмент, той също така представя някои предизвикателства:

• Точност: Точността на hit testing зависи от фактори като условия на осветление, сензори на устройството и качеството на проследяване на околната среда. В слабо осветена среда проследяването може да бъде по-малко точно, което води до по-малко прецизно поставяне на обекти.
• Производителност: Честото извършване на hit tests може да повлияе на производителността, особено на мобилни устройства. От съществено значение е да се оптимизира процесът на hit testing и да се избягват ненужни изчисления.
• Оклузия (закриване): Определянето кога виртуален обект е закрит (скрит) от обект от реалния свят може да бъде сложно. За точното справяне с оклузията са необходими напреднали техники като разбиране на сцената и отчитане на дълбочина.
• Съвместимост между браузъри: Въпреки че WebXR става все по-стандартизиран, различията в реализациите на браузърите все още могат да представляват предизвикателства. Тестването на вашето приложение на различни браузъри и устройства е от решаващо значение.

Най-добри практики за WebXR Hit Testing

Ето някои най-добри практики, за да се гарантира гладко и ефективно внедряване на hit testing:

• Оптимизиране на честотата на Hit Test: Избягвайте извършването на hit tests на всеки кадър, ако не е необходимо. Вместо това, извършвайте hit tests само когато потребителят активно взаимодейства със сцената или когато позицията на устройството се промени значително. Обмислете внедряването на механизъм за ограничаване (throttling) на броя на hit tests в секунда.
• Осигурете визуална обратна връзка: Дайте на потребителите визуална обратна връзка, за да покажете, че е извършен hit test и че е открита повърхност. Това може да бъде прост визуален знак, като кръг или решетка, който се появява на откритата повърхност.
• Използвайте множество Hit Tests: За по-точни резултати, обмислете извършването на няколко hit tests и осредняване на резултатите. Това може да помогне за намаляване на шума и подобряване на стабилността на поставянето на обекти.
• Обработвайте грешките елегантно: Внедрете обработка на грешки, за да се справяте елегантно със ситуации, в които hit testing се проваля, например когато устройството загуби проследяване или когато не са открити повърхности. Предоставяйте информативни съобщения на потребителя, за да го напътствате през процеса.
• Обмислете семантиката на средата (в бъдеще): С развитието на WebXR, обмислете използването на API-та за семантика на средата (когато са налични), за да получите по-дълбоко разбиране за средата на потребителя. Това може да позволи по-реалистични и контекстуално осъзнати AR изживявания. Например, разбирането, че дадена повърхност е маса, а не под, може да информира поведението при поставяне на обекти.

Бъдещето на WebXR и поставянето на AR обекти

Бъдещето на WebXR hit testing е светло. С развитието на технологиите можем да очакваме:

• Подобрена точност: Напредъкът в компютърното зрение и сензорните технологии ще доведе до по-точно и надеждно hit testing.
• Подобрена производителност: Оптимизациите в WebXR и браузърните енджини ще подобрят производителността на hit testing, позволявайки по-сложни и изискващи AR изживявания.
• Семантично разбиране: Интегрирането на възможности за семантично разбиране ще позволи на приложенията да разсъждават за околната среда и да създават по-интелигентни и контекстуално осъзнати AR взаимодействия.
• Многопотребителски AR: Hit testing ще играе решаваща роля в създаването на многопотребителски AR изживявания, позволявайки на няколко потребители да взаимодействат с едни и същи виртуални обекти в едно и също физическо пространство.

Заключение

WebXR hit testing е основен градивен елемент за създаване на завладяващи и реалистични AR изживявания в уеб. Като разбират принципите и най-добрите практики на hit testing, разработчиците могат да отключат пълния потенциал на AR и да създават иновативни приложения за широк кръг от индустрии. С непрекъснатото развитие на WebXR, hit testing ще става все по-мощен и съществен за оформянето на бъдещето на метавселената.

Не забравяйте да сте в крак с най-новите спецификации на WebXR и реализациите в браузърите, за да осигурите съвместимост и да се възползвате от новите функции и подобрения. Експериментирайте с различни рамки и техники, за да намерите най-добрия подход за вашето конкретно AR приложение. И най-важното, съсредоточете се върху създаването на интуитивни и ангажиращи потребителски изживявания, които безпроблемно съчетават виртуалния и реалния свят.