Gestionnaire de tests d'intersection WebXR : Implémenter un système de lancer de rayons pour des expériences immersives

L'essor des technologies de Réalité Augmentée (RA) et de Réalité Virtuelle (RV) a ouvert de nouvelles possibilités passionnantes pour la création d'expériences numériques immersives et interactives. WebXR, une API JavaScript permettant d'accéder aux capacités de RV et de RA dans les navigateurs web, permet aux développeurs du monde entier de créer ces expériences sur une multitude d'appareils. Un composant clé pour créer des expériences WebXR captivantes est la capacité d'interagir avec l'environnement virtuel. C'est là que le Gestionnaire de tests d'intersection WebXR et le lancer de rayons entrent en jeu.

Qu'est-ce que le lancer de rayons et pourquoi est-il important ?

Le lancer de rayons, dans le contexte de WebXR, est une technique utilisée pour déterminer si un rayon virtuel (une ligne droite) intersecte une surface du monde réel détectée par le système de RA ou un objet virtuel dans l'environnement de RV. Imaginez que vous pointez un laser dans votre environnement et que vous voyez où il frappe. Le Gestionnaire de tests d'intersection WebXR fournit les outils pour effectuer ces lancers de rayons et récupérer les résultats. Cette information est cruciale pour une variété d'interactions, notamment :

• Placement d'objets : Permettre aux utilisateurs de placer des objets virtuels sur des surfaces du monde réel, comme placer une chaise virtuelle dans leur salon (RA). Imaginez un utilisateur à Tokyo décorant virtuellement son appartement avant de s'engager dans l'achat de meubles.
• Ciblage et sélection : Permettre aux utilisateurs de sélectionner des objets virtuels ou d'interagir avec des éléments d'interface utilisateur à l'aide d'un pointeur ou d'une main virtuelle (RA/RV). Imaginez un chirurgien à Londres utilisant la RA pour superposer des informations anatomiques sur un patient, sélectionnant des zones spécifiques pour examen.
• Navigation : Déplacer l'avatar de l'utilisateur dans le monde virtuel en pointant un emplacement et en lui demandant de s'y rendre (RV). Un musée à Paris pourrait utiliser la RV pour permettre aux visiteurs de naviguer à travers des expositions historiques.
• Reconnaissance de gestes : Combiner le test d'intersection avec le suivi des mains pour interpréter les gestes de l'utilisateur, comme pincer pour zoomer ou balayer pour faire défiler (RA/RV). Cela pourrait être utilisé lors d'une réunion de conception collaborative à Sydney, où les participants manipulent des modèles virtuels ensemble.

Comprendre le Gestionnaire de tests d'intersection WebXR

Le Gestionnaire de tests d'intersection WebXR est une partie essentielle de l'API WebXR qui facilite le lancer de rayons. Il fournit des méthodes pour créer et gérer les sources de tests d'intersection, qui définissent l'origine et la direction du rayon. Le gestionnaire utilise ensuite ces sources pour effectuer des tests d'intersection contre le monde réel (en RA) ou le monde virtuel (en RV) et renvoie des informations sur les intersections. Les concepts clés incluent :

• XRFrame : L'XRFrame représente un instantané de la scène XR, incluant la pose du spectateur et tous les plans ou caractéristiques détectés. Les tests d'intersection sont effectués par rapport à l'XRFrame.
• XRHitTestSource : Représente la source du rayon à lancer. Il définit l'origine (où le rayon commence) et la direction (où le rayon pointe). Vous créerez généralement une XRHitTestSource par méthode d'entrée (par exemple, un contrôleur, une main).
• XRHitTestResult : Contient des informations sur une intersection réussie, y compris la pose (position et orientation) du point d'intersection et la distance par rapport à l'origine du rayon.
• XRHitTestTrackable : Représente une fonctionnalité suivie (comme un plan) dans le monde réel.

Implémenter un système de test d'intersection de base

Passons en revue les étapes pour implémenter un système de test d'intersection WebXR de base en utilisant JavaScript. Cet exemple se concentre sur le placement d'objets en RA, mais les principes peuvent être adaptés à d'autres scénarios d'interaction.

Étape 1 : Demander une session WebXR et le support du test d'intersection

Tout d'abord, vous devez demander une session WebXR et vous assurer que la fonctionnalité 'hit-test' est activée. Cette fonctionnalité est requise pour utiliser le Gestionnaire de tests d'intersection.

            
async function initXR() {
  try {
    xrSession = await navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
      requiredFeatures: ['hit-test'],
    });

    xrSession.addEventListener('end', () => {
      console.log('XR session ended');
    });

    // Initialize your WebGL renderer and scene here
    initRenderer();

    xrSession.updateRenderState({
      baseLayer: new XRWebGLLayer(xrSession, renderer.getContext())
    });

    xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('local');
    xrHitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
      space: xrReferenceSpace
    });

    xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);

  } catch (e) {
    console.error('WebXR failed to initialize', e);
  }
}

            

              
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Explication :

• `navigator.xr.requestSession('immersive-ar', ...)` : Demande une session de RA immersive. Le premier argument spécifie le type de session ('immersive-ar' pour la RA, 'immersive-vr' pour la RV).
• `requiredFeatures: ['hit-test']` : De manière cruciale, demande la fonctionnalité 'hit-test', activant ainsi le Gestionnaire de tests d'intersection.
• `xrSession.requestHitTestSource(...)` : Crée une XRHitTestSource, définissant l'origine et la direction du rayon. Dans cet exemple de base, nous utilisons l'espace de référence 'viewer', qui correspond au point de vue de l'utilisateur.

Étape 2 : Créer la boucle de rendu

La boucle de rendu est le cœur de votre application WebXR. C'est là que vous mettez à jour la scène et rendez chaque image. Dans la boucle de rendu, vous effectuerez le test d'intersection et mettrez à jour la position de votre objet virtuel.

            
function renderLoop(time, frame) {
  xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);

  const xrFrame = frame;
  const xrPose = xrFrame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

  if (xrPose) {
    const hitTestResults = xrFrame.getHitTestResults(xrHitTestSource);

    if (hitTestResults.length > 0) {
      const hit = hitTestResults[0];
      const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);

      // Update the position and orientation of your virtual object
      object3D.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
      object3D.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
      object3D.visible = true; // Make the object visible when a hit is found
    } else {
      object3D.visible = false; // Hide the object if no hit is found
    }
  }

  renderer.render(scene, camera);
}

            

              
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Explication :

• `xrFrame.getHitTestResults(xrHitTestSource)` : Effectue le test d'intersection en utilisant la XRHitTestSource précédemment créée. Il renvoie un tableau d'objets XRHitTestResult, représentant toutes les intersections trouvées.
• `hitTestResults[0]` : Nous prenons le premier résultat d'intersection. Dans des scénarios plus complexes, vous pourriez vouloir itérer sur tous les résultats et choisir le plus approprié.
• `hit.getPose(xrReferenceSpace)` : Récupère la pose (position et orientation) de l'intersection dans l'espace de référence spécifié.
• `object3D.position.set(...)` et `object3D.quaternion.set(...)` : Met à jour la position et l'orientation de votre objet virtuel (object3D) pour qu'elles correspondent à la pose de l'intersection. Cela place l'objet au point d'intersection.
• `object3D.visible = true/false` : Contrôle la visibilité de l'objet virtuel, le faisant apparaître uniquement lorsqu'une intersection est trouvée.

Étape 3 : Configurer votre scène 3D (exemple avec Three.js)

Cet exemple utilise Three.js, une bibliothèque 3D JavaScript populaire, pour créer une scène simple avec un cube. Vous pouvez l'adapter pour utiliser d'autres bibliothèques comme Babylon.js ou A-Frame.

            
let scene, camera, renderer, object3D;
let xrSession, xrReferenceSpace, xrHitTestSource;

function initRenderer() {
  scene = new THREE.Scene();
  camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
  renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
  renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
  renderer.xr.enabled = true; // Enable WebXR
  document.body.appendChild(renderer.domElement);

  const geometry = new THREE.BoxGeometry(0.1, 0.1, 0.1); // 10cm cube
  const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
  object3D = new THREE.Mesh(geometry, material);
  object3D.visible = false; // Initially hide the object
  scene.add(object3D);

  renderer.setAnimationLoop(() => { /* No animation loop here. WebXR controls it.*/ });
  renderer.xr.setSession(xrSession);

  camera.position.z = 2; // Move the camera back
}

// Call initXR() to start the WebXR experience
initXR();

            

              
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Important : Assurez-vous d'inclure la bibliothèque Three.js dans votre fichier HTML :

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                Copy
              
            
          

Techniques avancées et optimisations

L'implémentation de base ci-dessus fournit une fondation pour le test d'intersection WebXR. Voici quelques techniques avancées et optimisations à considérer lorsque vous construisez des expériences plus complexes :

1. Filtrer les résultats du test d'intersection

Dans certains cas, vous pourriez vouloir filtrer les résultats des tests d'intersection pour ne considérer que des types de surfaces spécifiques. Par exemple, vous ne voudriez peut-être autoriser le placement d'objets que sur des surfaces horizontales (sols ou tables). Vous pouvez y parvenir en examinant le vecteur normal de la pose d'intersection et en le comparant au vecteur "haut".

            
if (hitTestResults.length > 0) {
  const hit = hitTestResults[0];
  const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);

  // Check if the surface is approximately horizontal
  const upVector = new THREE.Vector3(0, 1, 0); // World up vector
  const hitNormal = new THREE.Vector3();
  hitNormal.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z);
  hitNormal.applyQuaternion(camera.quaternion); // Rotate the normal to world space

  const dotProduct = upVector.dot(hitNormal);

  if (dotProduct > 0.9) { // Adjust the threshold (0.9) as needed
    // Surface is approximately horizontal
    object3D.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
    object3D.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
    object3D.visible = true;
  } else {
    object3D.visible = false;
  }
}

            

              
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2. Utilisation de sources d'entrée transitoires

Pour des méthodes d'entrée plus avancées comme le suivi des mains, vous utiliserez généralement des sources d'entrée transitoires. Les sources d'entrée transitoires représentent des événements d'entrée temporaires, comme un tapotement de doigt ou un geste de la main. L'API d'entrée WebXR vous permet d'accéder à ces événements et de créer des sources de tests d'intersection basées sur la position de la main de l'utilisateur.

            
xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
  const inputSource = event.inputSource;
  const targetRayPose = event.frame.getPose(inputSource.targetRaySpace, xrReferenceSpace);

  if (targetRayPose) {
    // Create a hit test source from the target ray pose
    xrSession.requestHitTestSourceForTransientInput({ targetRaySpace: inputSource.targetRaySpace, profile: inputSource.profiles }).then((hitTestSource) => {
       const hitTestResults = event.frame.getHitTestResults(hitTestSource);
       if (hitTestResults.length > 0) {
         const hit = hitTestResults[0];
         const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);

         // Place an object at the hit location
         const newObject = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(0.05, 32, 32), new THREE.MeshNormalMaterial());
         newObject.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
         scene.add(newObject);
       }
       hitTestSource.cancel(); // Cleanup the hit test source
    });
  }
});

            

              
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3. Optimisation des performances

Les expériences WebXR peuvent être gourmandes en calculs, en particulier sur les appareils mobiles. Voici quelques conseils pour optimiser les performances :

• Réduire la fréquence des tests d'intersection : Effectuer des tests d'intersection à chaque image peut être coûteux. Envisagez de réduire la fréquence, surtout si le mouvement de l'utilisateur est lent. Vous pouvez utiliser un temporisateur ou n'effectuer des tests d'intersection que lorsque l'utilisateur initie une action.
• Utiliser une hiérarchie de volumes englobants (BVH) : Si vous avez une scène complexe avec de nombreux objets, l'utilisation d'une BVH peut considérablement accélérer la détection des collisions. Three.js et Babylon.js proposent des implémentations de BVH.
• LOD (Niveau de détail) : Utilisez différents niveaux de détail pour vos modèles 3D en fonction de leur distance par rapport à la caméra. Cela réduit le nombre de polygones à rendre pour les objets éloignés.
• Occlusion Culling (Élimination des objets cachés) : Ne rendez pas les objets qui sont cachés derrière d'autres objets. Cela peut améliorer considérablement les performances dans les scènes complexes.

4. Gérer les différents espaces de référence

WebXR prend en charge différents espaces de référence, qui définissent le système de coordonnées utilisé pour le suivi de la position et de l'orientation de l'utilisateur. Les espaces de référence les plus courants sont :

• Local : L'origine du système de coordonnées est fixe par rapport à la position de départ de l'utilisateur. Cela convient aux expériences où l'utilisateur reste dans une petite zone.
• Bounded-floor (Plancher-limité) : L'origine est au niveau du sol, et le plan XZ représente le sol. Cela convient aux expériences où l'utilisateur peut se déplacer dans une pièce.
• Unbounded (Illimité) : L'origine n'est pas fixe et l'utilisateur peut se déplacer librement. Cela convient aux expériences de RA à grande échelle.

Choisir l'espace de référence approprié est important pour garantir que votre expérience WebXR fonctionne correctement dans différents environnements. Vous pouvez demander un espace de référence spécifique lorsque vous créez la session XR.

            
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('bounded-floor');

            

              
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5. Gérer la compatibilité des appareils

WebXR est une technologie relativement nouvelle, et tous les navigateurs et appareils ne la prennent pas en charge de la même manière. Il est important de vérifier la prise en charge de WebXR avant de tenter d'initialiser une session WebXR.

            
if (navigator.xr) {
  // WebXR is supported
  initXR();
} else {
  // WebXR is not supported
  console.error('WebXR is not supported in this browser.');
}

            

              
                Copy
              
            
          

Vous devriez également tester votre expérience WebXR sur une variété d'appareils pour vous assurer qu'elle fonctionne correctement.

Considérations sur l'internationalisation

Lors du développement d'applications WebXR pour un public mondial, il est important de prendre en compte l'internationalisation (i18n) et la localisation (l10n).

• Texte et éléments d'interface utilisateur : Utilisez une bibliothèque de localisation pour traduire le texte et les éléments d'interface utilisateur dans différentes langues. Assurez-vous que la disposition de votre interface utilisateur peut s'adapter à différentes longueurs de texte. Par exemple, les mots allemands ont tendance à être plus longs que les mots anglais.
• Unités de mesure : Utilisez les unités de mesure appropriées pour les différentes régions. Par exemple, utilisez les mètres et les kilomètres dans la plupart des pays, mais utilisez les pieds et les miles aux États-Unis et au Royaume-Uni. Permettez aux utilisateurs de choisir leurs unités de mesure préférées.
• Formats de date et d'heure : Utilisez les formats de date et d'heure appropriés pour les différentes régions. Par exemple, utilisez le format AAAA-MM-JJ dans certains pays, et le format MM/JJ/AAAA dans d'autres.
• Devises : Affichez les devises dans le format approprié pour les différentes régions. Utilisez une bibliothèque pour gérer les conversions de devises.
• Sensibilité culturelle : Soyez conscient des différences culturelles et évitez d'utiliser des images, des symboles ou un langage qui pourraient être offensants pour certaines cultures. Par exemple, certains gestes de la main peuvent avoir des significations différentes selon les cultures.

Outils et ressources de développement WebXR

• Three.js : Une bibliothèque 3D JavaScript populaire pour créer des expériences basées sur WebGL.
• Babylon.js : Un autre moteur 3D JavaScript puissant axé sur le support WebXR.
• A-Frame : Un framework web pour construire des expériences VR en utilisant HTML.
• Émulateur WebXR : Une extension de navigateur qui vous permet de tester des expériences WebXR sans avoir besoin d'un appareil VR ou AR physique.
• Spécification de l'API de périphérique WebXR : La spécification officielle de WebXR du W3C.
• Blog Mozilla Mixed Reality : Une excellente ressource pour en apprendre davantage sur WebXR et les technologies connexes.

Conclusion

Le Gestionnaire de tests d'intersection WebXR est un outil puissant pour créer des expériences AR/VR interactives et immersives. En comprenant les concepts de lancer de rayons et de l'API de test d'intersection, vous pouvez construire des applications captivantes qui permettent aux utilisateurs d'interagir avec le monde virtuel de manière naturelle et intuitive. À mesure que la technologie WebXR continue d'évoluer, les possibilités de créer des expériences innovantes et engageantes sont infinies. N'oubliez pas d'optimiser votre code pour les performances et de prendre en compte l'internationalisation lors du développement pour un public mondial. Relevez les défis et récoltez les récompenses de la construction de la prochaine génération d'expériences web immersives.