ردیابی منبع ورودی WebXR: تسلط بر مدیریت وضعیت کنترلر برای تجربیات فراگیر

WebXR یک API قدرتمند برای ایجاد تجربیات واقعیت مجازی و افزوده فراگیر در مرورگرهای وب فراهم می‌کند. یک جنبه حیاتی در ساخت برنامه‌های XR جذاب، ردیابی و مدیریت مؤثر وضعیت منابع ورودی کاربر، به ویژه کنترلرها است. این راهنمای جامع به طور عمیق به پیچیدگی‌های ردیابی منبع ورودی WebXR با تمرکز بر مدیریت وضعیت کنترلر می‌پردازد و مثال‌های عملی برای کمک به شما در ساخت تجربیات فراگیر واکنش‌گرا و بصری ارائه می‌دهد.

درک منابع ورودی WebXR

در WebXR، یک منبع ورودی نماینده هر دستگاهی است که به کاربر اجازه تعامل با محیط مجازی را می‌دهد. این شامل موارد زیر است:

• کنترلرها: دستگاه‌های دستی با دکمه‌ها، جوی‌استیک‌ها و تریگرها.
• دست‌ها: حالت‌های ردیابی شده دست برای تعامل مستقیم.
• هدست: موقعیت و جهت‌گیری سر کاربر.
• سایر لوازم جانبی: دستگاه‌هایی مانند جلیقه‌های لمسی (haptic)، ردیاب‌های پا و غیره.

API وب‌اکس‌آر مکانیزم‌هایی برای شناسایی، ردیابی و پرس‌وجو از وضعیت این منابع ورودی فراهم می‌کند و به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد تا برنامه‌های XR جذاب و تعاملی ایجاد کنند.

رویدادهای منبع ورودی

WebXR چندین رویداد مرتبط با منابع ورودی را ارسال می‌کند:

• `selectstart` و `selectend`: شروع و پایان یک عمل انتخاب را نشان می‌دهند که معمولاً با فشردن یک دکمه یا تریگر فعال می‌شود.
• `squeezestart` و `squeezeend`: شروع و پایان یک عمل فشردن را نشان می‌دهند که معمولاً با گرفتن یا دستکاری اشیاء مرتبط است.
• `inputsourceschange`: زمانی فعال می‌شود که منابع ورودی موجود تغییر کنند (مثلاً یک کنترلر متصل یا قطع شود).

با گوش دادن به این رویدادها، می‌توانید به اقدامات کاربر پاسخ دهید و برنامه خود را بر اساس آن به‌روزرسانی کنید. برای مثال:

            xrSession.addEventListener('inputsourceschange', (event) => {
  console.log('Input sources changed:', event.added, event.removed);
});

xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
  const inputSource = event.inputSource;
  console.log('Select started by input source:', inputSource);
  // Handle the start of a selection action
});

xrSession.addEventListener('selectend', (event) => {
  const inputSource = event.inputSource;
  console.log('Select ended by input source:', inputSource);
  // Handle the end of a selection action
});

            

              
                Copy
              
            
          

مدیریت وضعیت کنترلر: هسته تعامل

مدیریت مؤثر وضعیت کنترلر برای ایجاد تجربیات XR بصری و واکنش‌گرا حیاتی است. این شامل ردیابی مداوم موقعیت، جهت‌گیری، فشردن دکمه‌ها و مقادیر محورهای کنترلر و استفاده از این اطلاعات برای به‌روزرسانی محیط مجازی بر اساس آن است.

نظرسنجی (Polling) وضعیت کنترلر

راه اصلی برای دسترسی به وضعیت کنترلر از طریق شیء `XRFrame` در حین فراخوانی فریم انیمیشن (animation frame callback) است. در این فراخوانی، می‌توانید منابع ورودی موجود را پیمایش کرده و وضعیت فعلی آنها را پرس‌وجو کنید.

            function onXRFrame(time, frame) {
  const session = frame.session;
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

  if (pose) {
    for (const inputSource of session.inputSources) {
      if (inputSource && inputSource.gripSpace) {
        const inputPose = frame.getPose(inputSource.gripSpace, xrReferenceSpace);
        if (inputPose) {
          // Update the controller's visual representation
          updateController(inputSource, inputPose);

          //Check button states
          if (inputSource.gamepad) {
            handleGamepadInput(inputSource.gamepad);
          }
        }
      }
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

دسترسی به حالت (Pose) کنترلر

متد `frame.getPose(inputSource.gripSpace, xrReferenceSpace)` یک شیء `XRPose` را برمی‌گرداند که موقعیت و جهت‌گیری کنترلر را در فضای مرجع مشخص شده نشان می‌دهد. `gripSpace` موقعیت ایده‌آل برای نگه داشتن کنترلر را نشان می‌دهد.

            function updateController(inputSource, pose) {
  const position = pose.transform.position;
  const orientation = pose.transform.orientation;

  // Update the controller's visual representation in your scene
  controllerMesh.position.set(position.x, position.y, position.z);
  controllerMesh.quaternion.set(orientation.x, orientation.y, orientation.z, orientation.w);
}

            

              
                Copy
              
            
          

این به شما امکان می‌دهد تا نمایش مجازی کنترلر را با حرکات واقعی دست کاربر همگام‌سازی کنید و حس حضور و غوطه‌وری ایجاد نمایید.

خواندن ورودی گیم‌پد

بیشتر کنترلرهای XR دکمه‌ها، تریگرها و جوی‌استیک‌های خود را از طریق Gamepad API استاندارد در دسترس قرار می‌دهند. ویژگی `inputSource.gamepad` دسترسی به یک شیء `Gamepad` را فراهم می‌کند که حاوی اطلاعاتی درباره ورودی‌های کنترلر است.

            function handleGamepadInput(gamepad) {
  for (let i = 0; i < gamepad.buttons.length; i++) {
    const button = gamepad.buttons[i];
    if (button.pressed) {
      // Button is currently pressed
      console.log(`Button ${i} is pressed`);
      // Perform an action based on the button pressed
      handleButtonPressed(i);
    }
  }

  for (let i = 0; i < gamepad.axes.length; i++) {
    const axisValue = gamepad.axes[i];
    // Axis value ranges from -1 to 1
    console.log(`Axis ${i} value: ${axisValue}`);
    // Use the axis value to control movement or other actions
    handleAxisMovement(i, axisValue);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

آرایه `gamepad.buttons` حاوی اشیاء `GamepadButton` است که هر کدام نماینده یک دکمه روی کنترلر هستند. ویژگی `pressed` نشان می‌دهد که آیا دکمه در حال حاضر فشرده شده است یا خیر. آرایه `gamepad.axes` حاوی مقادیری است که محورهای آنالوگ کنترلر مانند جوی‌استیک‌ها و تریگرها را نشان می‌دهد. این مقادیر معمولاً در بازه ۱- تا ۱ قرار دارند.

مدیریت رویدادهای دکمه و محور

به جای اینکه فقط وضعیت فعلی دکمه‌ها و محورها را بررسی کنید، مهم است که ردیابی کنید چه زمانی دکمه‌ها فشرده و رها می‌شوند و چه زمانی مقادیر محور به طور قابل توجهی تغییر می‌کنند. این کار را می‌توان با مقایسه وضعیت فعلی با وضعیت قبلی در هر فریم انجام داد.

            let previousButtonStates = [];
let previousAxisValues = [];

function handleGamepadInput(gamepad) {
  for (let i = 0; i < gamepad.buttons.length; i++) {
    const button = gamepad.buttons[i];
    const previousState = previousButtonStates[i] || { pressed: false };

    if (button.pressed && !previousState.pressed) {
      // Button was just pressed
      console.log(`Button ${i} was just pressed`);
      handleButtonPress(i);
    } else if (!button.pressed && previousState.pressed) {
      // Button was just released
      console.log(`Button ${i} was just released`);
      handleButtonRelease(i);
    }

    previousButtonStates[i] = { pressed: button.pressed };
  }

  for (let i = 0; i < gamepad.axes.length; i++) {
    const axisValue = gamepad.axes[i];
    const previousValue = previousAxisValues[i] || 0;

    if (Math.abs(axisValue - previousValue) > 0.1) { // Threshold for significant change
      // Axis value has changed significantly
      console.log(`Axis ${i} value changed to: ${axisValue}`);
      handleAxisChange(i, axisValue);
    }

    previousAxisValues[i] = axisValue;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

این رویکرد به شما امکان می‌دهد تا اقدامات را فقط زمانی که دکمه‌ها برای اولین بار فشرده یا رها می‌شوند، فعال کنید، نه به طور مداوم در حین نگه داشتن آنها. همچنین از پردازش غیرضروری مقادیر محورها در زمانی که تغییر قابل توجهی نکرده‌اند، جلوگیری می‌کند.

بهترین شیوه‌ها برای مدیریت وضعیت کنترلر

در اینجا چند مورد از بهترین شیوه‌ها برای مدیریت وضعیت کنترلر در WebXR آورده شده است:

• بهینه‌سازی عملکرد: مقدار پردازش انجام شده در فراخوانی فریم انیمیشن را برای حفظ نرخ فریم روان به حداقل برسانید. از محاسبات پیچیده یا ایجاد اشیاء بیش از حد خودداری کنید.
• استفاده از آستانه‌های مناسب: هنگام تشخیص تغییرات در مقادیر محور، از آستانه‌های مناسب برای جلوگیری از فعال شدن اقدامات بر اساس نوسانات جزئی استفاده کنید.
• در نظر گرفتن تأخیر ورودی: برنامه‌های XR به تأخیر ورودی حساس هستند. تأخیر بین ورودی کاربر و اقدام مربوطه در محیط مجازی را به حداقل برسانید.
• ارائه بازخورد بصری: به وضوح به کاربر نشان دهید که اقدامات او شناسایی شده‌اند. این می‌تواند شامل برجسته کردن اشیاء، پخش صداها یا نمایش انیمیشن‌ها باشد.
• مدیریت انواع مختلف کنترلر: برنامه‌های WebXR باید طوری طراحی شوند که با انواع مختلف کنترلرها کار کنند. از تشخیص ویژگی‌ها برای شناسایی قابلیت‌های هر کنترلر و تطبیق تعامل بر اساس آن استفاده کنید.
• دسترسی‌پذیری: تجربیات XR خود را طوری طراحی کنید که برای کاربران دارای معلولیت قابل دسترس باشد. روش‌های ورودی جایگزین را در نظر بگیرید و گزینه‌هایی برای سفارشی‌سازی ارائه دهید.

تکنیک‌های پیشرفته

بازخورد لمسی (Haptic)

بازخورد لمسی می‌تواند غوطه‌وری تجربیات XR را به شدت افزایش دهد. Gamepad API دسترسی به ویژگی `vibrationActuator` را فراهم می‌کند که به شما امکان می‌دهد لرزش‌هایی را روی کنترلر ایجاد کنید.

            if (gamepad.vibrationActuator) {
  gamepad.vibrationActuator.playEffect('dual-rumble', {
    startDelay: 0,
    duration: 100,
    weakMagnitude: 0.5,
    strongMagnitude: 0.5
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

این به شما امکان می‌دهد تا در پاسخ به اقدامات کاربر، مانند لمس یک شیء مجازی یا شلیک یک سلاح، بازخورد لمسی ارائه دهید.

پرتوافکنی (Raycasting)

پرتوافکنی (Raycasting) یک تکنیک رایج برای تعیین این است که کاربر با کنترلر خود به کدام شیء اشاره می‌کند. می‌توانید یک پرتو از موقعیت و جهت‌گیری کنترلر ایجاد کرده و سپس آن را با اشیاء موجود در صحنه خود تلاقی دهید.

            // Example using three.js
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const tempMatrix = new THREE.Matrix4();

tempMatrix.identity().extractRotation( controllerMesh.matrixWorld );
raycaster.ray.origin.setFromMatrixPosition( controllerMesh.matrixWorld );
raycaster.ray.direction.set( 0, 0, - 1 ).applyMatrix4( tempMatrix );

const intersects = raycaster.intersectObjects( scene.children );

if ( intersects.length > 0 ) {

  // User is pointing at an object
  const intersectedObject = intersects[ 0 ].object;
  //Do something with the intersected object

}

            

              
                Copy
              
            
          

این به شما امکان می‌دهد تا تعاملاتی مانند انتخاب اشیاء، فعال کردن اقدامات یا نمایش اطلاعات درباره شیئی که کاربر به آن اشاره می‌کند را پیاده‌سازی کنید.

ردیابی دست

WebXR همچنین از ردیابی دست پشتیبانی می‌کند که به شما امکان می‌دهد حالت‌های دست کاربر را بدون نیاز به کنترلر ردیابی کنید. این یک روش طبیعی‌تر و بصری‌تر برای تعامل با محیط مجازی فراهم می‌کند.

برای دسترسی به داده‌های ردیابی دست، باید هنگام ایجاد جلسه XR، ویژگی `hand-tracking` را درخواست کنید.

            navigator.xr.requestSession('immersive-vr', {
  requiredFeatures: ['hand-tracking']
}).then((session) => {
  // ...
});

            

              
                Copy
              
            
          

سپس، می‌توانید از طریق رابط `XRHand` به مفاصل دست دسترسی پیدا کنید.

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

  for (const inputSource of session.inputSources) {
    if (inputSource.hand) {
      for (let i = 0; i < inputSource.hand.length; i++) {
        const joint = inputSource.hand[i];
        const jointPose = frame.getPose(joint, xrReferenceSpace);

        if (jointPose) {
          // Update the joint's visual representation
          updateJoint(i, jointPose);
        }
      }
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

ردیابی دست طیف گسترده‌ای از امکانات را برای ایجاد تعاملات XR طبیعی‌تر و بصری‌تر، مانند گرفتن اشیاء، دستکاری کنترل‌ها و اشاره کردن، باز می‌کند.

ملاحظات بین‌المللی‌سازی و دسترسی‌پذیری

هنگام توسعه برنامه‌های WebXR برای مخاطبان جهانی، در نظر گرفتن بین‌المللی‌سازی (i18n) و دسترسی‌پذیری (a11y) ضروری است.

بین‌المللی‌سازی

• جهت متن: از هر دو جهت متن چپ به راست (LTR) و راست به چپ (RTL) پشتیبانی کنید.
• قالب‌های اعداد و تاریخ: از قالب‌های مناسب اعداد و تاریخ برای مناطق مختلف استفاده کنید.
• نمادهای ارز: نمادهای ارز را برای ارزهای مختلف به درستی نمایش دهید.
• بومی‌سازی: متن و دارایی‌های برنامه خود را به چندین زبان ترجمه کنید.

به عنوان مثال، در نظر بگیرید که چگونه یک دکمه با برچسب "Select" ممکن است نیاز به ترجمه به اسپانیایی (Seleccionar)، فرانسوی (Sélectionner) یا ژاپنی (選択) داشته باشد.

دسترسی‌پذیری

• روش‌های ورودی جایگزین: برای کاربرانی که نمی‌توانند از کنترلرها یا ردیابی دست استفاده کنند، روش‌های ورودی جایگزین فراهم کنید.
• کنترل‌های قابل سفارشی‌سازی: به کاربران اجازه دهید کنترل‌ها را بر اساس ترجیحات خود سفارشی کنند.
• کمک‌های بصری: برای کاربران کم‌بینا، کمک‌های بصری مانند تم‌های با کنتراست بالا و اندازه‌های متن قابل تنظیم فراهم کنید.
• نشانه‌های صوتی: از نشانه‌های صوتی برای ارائه بازخورد به کاربران دارای اختلالات بینایی استفاده کنید.
• زیرنویس‌ها و کپشن‌ها: برای محتوای صوتی، زیرنویس و کپشن فراهم کنید.

کاربری را در نظر بگیرید که ممکن است تحرک محدودی داشته باشد. آنها ممکن است از امکان استفاده از دستورات صوتی یا ردیابی چشم به عنوان جایگزینی برای کنترلرهای فیزیکی بهره‌مند شوند.

نمونه‌هایی از مدیریت وضعیت کنترلر در صنایع مختلف

مدیریت وضعیت کنترلر در صنایع مختلفی که از WebXR استفاده می‌کنند، حیاتی است:

• بازی‌سازی: ورودی دقیق کنترلر برای حرکت، هدف‌گیری و تعامل در بازی‌های VR ضروری است. بازخورد لمسی تجربه بازی را با ارائه حس برای اقداماتی مانند شلیک یا گرفتن، بهبود می‌بخشد.
• آموزش و پرورش: در شبیه‌سازی‌های آموزش پزشکی، ردیابی دقیق دست به جراحان اجازه می‌دهد تا رویه‌های پیچیده را در یک محیط مجازی واقع‌گرایانه تمرین کنند. کنترلرها می‌توانند ابزارهای جراحی را شبیه‌سازی کرده و بازخورد لمسی برای تقلید مقاومت و بافت ارائه دهند.
• خرده‌فروشی: نمایشگاه‌های مجازی به مشتریان امکان تعامل با محصولات را در یک فضای سه‌بعدی می‌دهند. کنترلرها به کاربران امکان می‌دهند تا اقلام را بچرخانند و بزرگ‌نمایی کنند و تجربه بررسی حضوری آنها را شبیه‌سازی کنند. به عنوان مثال، یک فروشگاه مبلمان ممکن است به شما اجازه دهد مبلمان مجازی را با استفاده از AR در خانه خود قرار دهید.
• تولید: مهندسان می‌توانند از XR برای طراحی و بازرسی نمونه‌های اولیه مجازی استفاده کنند. ورودی کنترلر به آنها امکان می‌دهد تا قطعات را دستکاری کنند، مونتاژها را آزمایش کنند و مشکلات احتمالی را قبل از شروع تولید فیزیکی شناسایی کنند.
• املاک و مستغلات: تورهای مجازی از املاک به خریداران بالقوه امکان می‌دهد تا خانه‌ها را از راه دور کاوش کنند. کنترلرها به آنها امکان می‌دهند تا در اتاق‌ها حرکت کنند، درها را باز کنند و جزئیات را طوری بررسی کنند که گویی به صورت فیزیکی حضور دارند. خریداران بین‌المللی می‌توانند بدون نیاز به سفر، املاک را بررسی کنند.

نتیجه‌گیری

تسلط بر مدیریت وضعیت کنترلر برای ایجاد تجربیات WebXR جذاب و گیرا ضروری است. با درک API وب‌اکس‌آر، پیروی از بهترین شیوه‌ها و کاوش در تکنیک‌های پیشرفته، می‌توانید برنامه‌های فراگیری بسازید که تعاملات بصری و واکنش‌گرا را برای کاربران فراهم می‌کنند. به یاد داشته باشید که بین‌المللی‌سازی و دسترسی‌پذیری را برای رسیدن به مخاطبان جهانی و اطمینان از اینکه تجربیات شما برای همه قابل استفاده است، در نظر بگیرید. با ادامه تکامل فناوری WebXR، به‌روز ماندن با آخرین پیشرفت‌ها و بهترین شیوه‌ها کلید ایجاد تجربیات XR واقعاً نوآورانه خواهد بود.