Resultado de Hit Test de WebXR: Procesamiento del Resultado de Ray Casting para Experiencias Inmersivas

La API de Dispositivos WebXR abre posibilidades emocionantes para crear experiencias inmersivas de realidad aumentada (RA) y realidad virtual (RV) directamente en el navegador. Uno de los aspectos fundamentales para construir aplicaciones WebXR interactivas es comprender y utilizar eficazmente los resultados de 'hit test'. Esta publicación de blog proporciona una guía completa para procesar los resultados de 'hit test' obtenidos a través de 'ray casting', permitiéndote crear interacciones de usuario intuitivas y atractivas dentro de tus escenas WebXR.

¿Qué es el Ray Casting y por qué es importante en WebXR?

El 'Ray casting' es una técnica utilizada para determinar si un rayo, que se origina desde un punto y dirección específicos, se cruza con objetos en una escena 3D. En WebXR, el 'ray casting' se utiliza normalmente para simular la mirada del usuario o la trayectoria de un objeto virtual. Cuando el rayo se cruza con una superficie del mundo real (en RA) o un objeto virtual (en RV), se genera un resultado de 'hit test'.

Los resultados de 'hit test' son cruciales por varias razones:

• Colocación de Objetos Virtuales: En RA, las pruebas de impacto ('hit tests') te permiten colocar con precisión objetos virtuales sobre superficies del mundo real, como mesas, suelos o paredes.
• Interacción del Usuario: Al rastrear hacia dónde mira o apunta el usuario, las pruebas de impacto permiten interacciones con objetos virtuales, como seleccionarlos, manipularlos o activarlos.
• Navegación: En entornos de RV, las pruebas de impacto se pueden utilizar para implementar sistemas de navegación, permitiendo a los usuarios teletransportarse o moverse por la escena apuntando a ubicaciones específicas.
• Detección de Colisiones: Las pruebas de impacto se pueden utilizar para la detección básica de colisiones, determinando cuándo un objeto virtual choca con otro objeto o con el mundo real.

Entendiendo la API de Hit Test de WebXR

La API de Hit Test de WebXR proporciona las herramientas necesarias para realizar 'ray casting' y obtener resultados de 'hit test'. A continuación, se desglosan los conceptos y funciones clave:

XRRay

Un XRRay representa un rayo en el espacio 3D. Se define por un punto de origen y un vector de dirección. Puedes crear un XRRay utilizando el método XRFrame.getPose(), que devuelve la pose de una fuente de entrada rastreada (por ejemplo, la cabeza del usuario, un controlador de mano). A partir de la pose, puedes derivar el origen y la dirección del rayo.

XRHitTestSource

Un XRHitTestSource representa una fuente de resultados de 'hit test'. Creas una fuente de 'hit test' utilizando el método XRSession.requestHitTestSource() o XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). El primer método se utiliza generalmente para pruebas de impacto continuas basadas en una fuente persistente, como la posición de la cabeza del usuario, mientras que el segundo está destinado a eventos de entrada transitorios, como pulsaciones de botones o gestos.

XRHitTestResult

Un XRHitTestResult representa un único punto de intersección entre el rayo y una superficie. Contiene información sobre la intersección, como la distancia desde el origen del rayo hasta el punto de impacto y la pose del punto de impacto en el espacio de referencia de la escena.

XRHitTestResult.getPose()

Este método devuelve la XRPose del punto de impacto. La pose contiene la posición y orientación del punto de impacto, que se puede utilizar para colocar objetos virtuales o realizar otras transformaciones.

Procesamiento de los Resultados de Hit Test: Una Guía Paso a Paso

Vamos a recorrer el proceso de obtención y procesamiento de los resultados de 'hit test' en una aplicación WebXR. Este ejemplo asume que estás utilizando una biblioteca de renderizado como three.js o Babylon.js.

1. Solicitando una Fuente de Hit Test

Primero, necesitas solicitar una fuente de 'hit test' desde la XRSession. Esto se hace típicamente después de que la sesión ha comenzado. Necesitarás especificar el sistema de coordenadas en el que deseas que se devuelvan los resultados. Por ejemplo:

            let xrHitTestSource = null;

async function createHitTestSource(xrSession) {
  try {
    xrHitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
      space: xrSession.viewerSpace // Or xrSession.local
    });
  } catch (error) {
    console.error("Failed to create hit test source: ", error);
  }
}

// Call this function after the XR session has started
// createHitTestSource(xrSession);

            

              
                Copy
              
            
          

Explicación:

• xrSession.requestHitTestSource(): Esta función solicita una fuente de 'hit test' de la sesión XR.
• { space: xrSession.viewerSpace }: Esto especifica el sistema de coordenadas en el que se devolverán los resultados. viewerSpace es relativo a la posición del espectador, mientras que local es relativo al origen de la XR. También puedes usar localFloor para un seguimiento relativo al suelo.
• Manejo de errores: El bloque try...catch asegura que los errores durante la creación de la fuente de 'hit test' sean capturados y registrados.

2. Realizando el Hit Test en el Bucle de Animación

Dentro de tu bucle de animación (la función que renderiza cada fotograma), necesitarás realizar la prueba de impacto utilizando el método XRFrame.getHitTestResults(). Este método devuelve un array de objetos XRHitTestResult, que representan todas las intersecciones encontradas en la escena.

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

  const pose = frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace);

  if (pose) {
    if (xrHitTestSource) {
      const hitTestResults = frame.getHitTestResults(xrHitTestSource);

      if (hitTestResults.length > 0) {
        processHitTestResults(hitTestResults);
      }
    }
  }

  renderer.render(scene, camera);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Explicación:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): Obtiene la pose del espectador (casco). Esto es necesario para saber dónde está el espectador y hacia dónde está mirando.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): Realiza la prueba de impacto utilizando la fuente de 'hit test' creada previamente.
• hitTestResults.length > 0: Comprueba si se encontraron intersecciones.

3. Procesando los Resultados del Hit Test

La función processHitTestResults() es donde manejarás los resultados de la prueba de impacto. Esto generalmente implica actualizar la posición y orientación de un objeto virtual basándose en la pose del punto de impacto.

            function processHitTestResults(hitTestResults) {
  const hit = hitTestResults[0]; // Get the first hit result
  const hitPose = hit.getPose(xrSession.referenceSpace);

  if (hitPose) {
    // Update the position and orientation of a virtual object
    virtualObject.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
    virtualObject.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);

    // Show visual feedback (e.g., a circle) at the hit point
    hitMarker.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
    hitMarker.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
    hitMarker.visible = true;
  } else {
    hitMarker.visible = false;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Explicación:

• hitTestResults[0]: Recupera el primer resultado de la prueba de impacto. Si son posibles múltiples intersecciones, podrías necesitar iterar a través de todo el array y elegir el resultado más apropiado según la lógica de tu aplicación.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): Obtiene la pose del punto de impacto en el espacio de referencia especificado.
• virtualObject.position.set(...) y virtualObject.quaternion.set(...): Actualiza la posición y rotación (cuaternión) de un objeto virtual (por ejemplo, un Mesh de three.js) para que coincida con la pose del punto de impacto.
• Retroalimentación Visual: El ejemplo también incluye código para mostrar retroalimentación visual en el punto de impacto, como un círculo o un marcador simple, para ayudar al usuario a entender dónde está interactuando con la escena.

Técnicas Avanzadas de Hit Testing

Más allá del ejemplo básico anterior, existen varias técnicas avanzadas que puedes utilizar para mejorar tus implementaciones de 'hit testing':

Hit Testing con Entrada Transitoria

Para interacciones desencadenadas por entradas transitorias, como pulsaciones de botones o gestos con las manos, puedes utilizar el método XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Este método crea una fuente de 'hit test' que es específica para un solo evento de entrada. Esto es útil para evitar interacciones no deseadas basadas en pruebas de impacto continuas.

            async function handleSelect(event) {
  try {
    const frame = event.frame;
    const inputSource = event.inputSource;

    const hitTestResults = await frame.getHitTestResultsForTransientInput(inputSource, {
      profile: 'generic-touchscreen', // Or the appropriate input profile
      space: xrSession.viewerSpace
    });

    if (hitTestResults.length > 0) {
      processHitTestResults(hitTestResults);
    }
  } catch (error) {
    console.error("Error during transient hit test: ", error);
  }
}

// Attach this function to your input select event listener
// xrSession.addEventListener('select', handleSelect);

            

              
                Copy
              
            
          

Filtrado de Resultados de Hit Test

En algunos casos, es posible que desees filtrar los resultados de las pruebas de impacto según criterios específicos, como la distancia desde el origen del rayo o el tipo de superficie que se intersectó. Puedes lograr esto filtrando manualmente el array XRHitTestResult después de obtenerlo.

            function processHitTestResults(hitTestResults) {
  const filteredResults = hitTestResults.filter(result => {
    const hitPose = result.getPose(xrSession.referenceSpace);
    if (!hitPose) return false; // Skip if no pose

    const distance = Math.sqrt(
      Math.pow(hitPose.transform.position.x - camera.position.x, 2) +
      Math.pow(hitPose.transform.position.y - camera.position.y, 2) +
      Math.pow(hitPose.transform.position.z - camera.position.z, 2)
    );

    return distance < 2; // Only consider hits within 2 meters
  });

  if (filteredResults.length > 0) {
    const hit = filteredResults[0];
    const hitPose = hit.getPose(xrSession.referenceSpace);

    if (hitPose) {
      // Update object position based on the filtered result
      virtualObject.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
      virtualObject.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Uso de Diferentes Espacios de Referencia

La elección del espacio de referencia (viewerSpace, local, localFloor u otros espacios personalizados) impacta significativamente en cómo se interpretan los resultados de las pruebas de impacto. Considera lo siguiente:

• viewerSpace: Proporciona resultados relativos a la posición del espectador. Esto es útil para crear interacciones que están directamente ligadas a la mirada del usuario.
• local: Proporciona resultados relativos al origen de la XR (el punto de partida de la sesión XR). Esto es adecuado para crear experiencias donde los objetos permanecen fijos en el entorno físico.
• localFloor: Similar a local, pero el eje Y está alineado con el suelo. Esto simplifica el proceso de colocar objetos en el suelo.

Elige el espacio de referencia que mejor se alinee con los requisitos de tu aplicación. Experimenta con diferentes espacios de referencia para comprender su comportamiento y limitaciones.

Estrategias de Optimización para Hit Testing

Las pruebas de impacto pueden ser un proceso computacionalmente intensivo, especialmente en escenas complejas. Aquí hay algunas estrategias de optimización a considerar:

• Limitar la Frecuencia de las Pruebas de Impacto: Realiza pruebas de impacto solo cuando sea necesario, en lugar de en cada fotograma. Por ejemplo, podrías realizar pruebas de impacto solo cuando el usuario está interactuando activamente con la escena.
• Usar una Jerarquía de Volúmenes Delimitadores (BVH): Si estás realizando pruebas de impacto contra un gran número de objetos, considera usar un BVH para acelerar los cálculos de intersección. Bibliotecas como three.js y Babylon.js proporcionan implementaciones de BVH incorporadas.
• Particionamiento Espacial: Divide la escena en regiones más pequeñas y realiza pruebas de impacto solo contra las regiones que probablemente contengan intersecciones. Esto puede reducir significativamente el número de objetos que deben ser verificados.
• Reducir el Conteo de Polígonos: Simplifica la geometría de tus modelos para reducir el número de polígonos que necesitan ser probados. Esto puede mejorar el rendimiento, especialmente en dispositivos móviles.
• WebWorker: descarga el cómputo a un 'web worker' para asegurar que el proceso de 'hit test' no bloquee el hilo principal.

Consideraciones Multiplataforma

WebXR tiene como objetivo ser multiplataforma, pero puede haber sutiles diferencias de comportamiento entre diferentes dispositivos y navegadores. Ten en cuenta lo siguiente:

• Capacidades del Dispositivo: No todos los dispositivos admiten todas las funciones de WebXR. Utiliza la detección de características para determinar qué funciones están disponibles y adapta tu aplicación en consecuencia.
• Perfiles de Entrada: Diferentes dispositivos pueden usar diferentes perfiles de entrada (por ejemplo, 'generic-touchscreen', 'hand-tracking', 'gamepad'). Asegúrate de que tu aplicación admita múltiples perfiles de entrada y proporcione mecanismos de respaldo apropiados.
• Rendimiento: El rendimiento puede variar significativamente entre diferentes dispositivos. Optimiza tu aplicación para los dispositivos de gama más baja que planeas soportar.
• Compatibilidad de Navegadores: Asegúrate de que tu aplicación sea probada y funcione en los principales navegadores como Chrome, Firefox y Edge.

Ejemplos Globales de Aplicaciones WebXR que Usan Hit Testing

Aquí hay algunos ejemplos de aplicaciones WebXR que utilizan eficazmente las pruebas de impacto para crear experiencias de usuario atractivas e intuitivas:

• IKEA Place (Suecia): Permite a los usuarios colocar virtualmente muebles de IKEA en sus hogares usando RA. El 'hit testing' se utiliza para posicionar con precisión los muebles en el suelo y otras superficies.
• Sketchfab AR (Francia): Permite a los usuarios ver modelos 3D de Sketchfab en RA. El 'hit testing' se utiliza para colocar los modelos en el mundo real.
• Imágenes Aumentadas (Varios): Muchas aplicaciones de RA utilizan el seguimiento de imágenes combinado con pruebas de impacto para anclar contenido virtual a imágenes o marcadores específicos en el mundo real.
• Juegos WebXR (Global): Se están desarrollando numerosos juegos con WebXR, muchos de los cuales dependen de las pruebas de impacto para la colocación de objetos, la interacción y la navegación.
• Tours Virtuales (Global): Los tours inmersivos de lugares, museos o propiedades a menudo emplean pruebas de impacto para la navegación del usuario y elementos interactivos dentro del entorno virtual.

Conclusión

Dominar los resultados de 'hit test' de WebXR y el procesamiento de 'ray casting' es esencial para crear experiencias de RA y RV atractivas e intuitivas en la web. Al comprender los conceptos subyacentes y aplicar las técnicas descritas en esta publicación de blog, puedes construir aplicaciones inmersivas que mezclan sin problemas los mundos virtual y real, o crear entornos virtuales atractivos con interacciones de usuario naturales e intuitivas. Recuerda optimizar tu implementación de 'hit testing' para el rendimiento y considerar la compatibilidad multiplataforma para asegurar una experiencia fluida para todos los usuarios. A medida que el ecosistema de WebXR continúa evolucionando, espera más avances y refinamientos en la API de 'hit testing', abriendo aún más posibilidades creativas para el desarrollo web inmersivo. Consulta siempre las últimas especificaciones de WebXR y la documentación del navegador para obtener la información más actualizada.