תוצאת בדיקת פגיעה ב-WebXR: עיבוד תוצאות הטלת קרן ליצירת חוויות אימרסיביות

ה-API של WebXR Device פותח אפשרויות מרגשות ליצירת חוויות מציאות רבודה (AR) ומציאות מדומה (VR) אימרסיביות ישירות בדפדפן. אחד ההיבטים הבסיסיים בבניית יישומי WebXR אינטראקטיביים הוא הבנה ושימוש יעיל בתוצאות בדיקות פגיעה (hit test). פוסט זה מספק מדריך מקיף לעיבוד תוצאות בדיקות פגיעה המתקבלות באמצעות הטלת קרן, ומאפשר לכם ליצור אינטראקציות משתמש אינטואיטיביות ומרתקות בסצנות ה-WebXR שלכם.

מהי הטלת קרן (Ray Casting) ומדוע היא חשובה ב-WebXR?

הטלת קרן (Ray casting) היא טכניקה המשמשת לקבוע אם קרן, היוצאת מנקודה וכיוון מסוימים, מצטלבת עם אובייקטים בסצנה תלת-ממדית. ב-WebXR, הטלת קרן משמשת בדרך כלל כדי לדמות את מבטו של המשתמש או את מסלולו של אובייקט וירטואלי. כאשר הקרן מצטלבת עם משטח בעולם האמיתי (ב-AR) או אובייקט וירטואלי (ב-VR), נוצרת תוצאת בדיקת פגיעה (hit test result).

תוצאות בדיקת פגיעה הן חיוניות ממספר סיבות:

• מיקום אובייקטים וירטואליים: ב-AR, בדיקות פגיעה מאפשרות לכם למקם במדויק אובייקטים וירטואליים על גבי משטחים בעולם האמיתי, כמו שולחנות, רצפות או קירות.
• אינטראקציית משתמש: על ידי מעקב אחר המקום אליו המשתמש מסתכל או מצביע, בדיקות פגיעה מאפשרות אינטראקציות עם אובייקטים וירטואליים, כמו בחירה, מניפולציה או הפעלה שלהם.
• ניווט: בסביבות VR, ניתן להשתמש בבדיקות פגיעה כדי ליישם מערכות ניווט, המאפשרות למשתמשים לבצע טלפורטציה או לנוע בסצנה על ידי הצבעה על מיקומים ספציפיים.
• זיהוי התנגשויות: ניתן להשתמש בבדיקות פגיעה לזיהוי התנגשויות בסיסי, הקובע מתי אובייקט וירטואלי מתנגש באובייקט אחר או בעולם האמיתי.

הבנת ה-API של WebXR Hit Test

ה-API של WebXR Hit Test מספק את הכלים הדרושים לביצוע הטלת קרן וקבלת תוצאות בדיקת פגיעה. להלן פירוט של המושגים והפונקציות המרכזיים:

XRRay

אובייקט XRRay מייצג קרן במרחב תלת-ממדי. הוא מוגדר על ידי נקודת מוצא ווקטור כיוון. ניתן ליצור XRRay באמצעות המתודה XRFrame.getPose(), המחזירה את התנוחה (pose) של מקור קלט במעקב (למשל, ראש המשתמש, בקר יד). מהתנוחה, ניתן לגזור את מוצא וכיוון הקרן.

XRHitTestSource

אובייקט XRHitTestSource מייצג מקור לתוצאות בדיקת פגיעה. יוצרים מקור לבדיקת פגיעה באמצעות המתודה XRSession.requestHitTestSource() או XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). המתודה הראשונה משמשת בדרך כלל לבדיקת פגיעה רציפה המבוססת על מקור קבוע, כמו מיקום ראש המשתמש, בעוד שהשנייה מיועדת לאירועי קלט חולפים, כמו לחיצות כפתור או מחוות.

XRHitTestResult

אובייקט XRHitTestResult מייצג נקודת הצטלבות בודדת בין הקרן למשטח. הוא מכיל מידע על ההצטלבות, כמו המרחק ממוצא הקרן לנקודת הפגיעה והתנוחה של נקודת הפגיעה במערכת הייחוס של הסצנה.

XRHitTestResult.getPose()

מתודה זו מחזירה את ה-XRPose של נקודת הפגיעה. התנוחה מכילה את המיקום והכיוון של נקודת הפגיעה, שבהם ניתן להשתמש כדי למקם אובייקטים וירטואליים או לבצע טרנספורמציות אחרות.

עיבוד תוצאות בדיקת פגיעה: מדריך צעד-אחר-צעד

בואו נעבור על תהליך קבלת ועיבוד תוצאות בדיקת פגיעה ביישום WebXR. דוגמה זו מניחה שאתם משתמשים בספריית רינדור כמו three.js או Babylon.js.

1. בקשת מקור לבדיקת פגיעה

ראשית, עליכם לבקש מקור לבדיקת פגיעה מה-XRSession. פעולה זו מתבצעת בדרך כלל לאחר שהסשן החל. תצטרכו לציין את מערכת הקואורדינטות שבה תרצו לקבל את תוצאות בדיקת הפגיעה. לדוגמה:

            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
              
            
          

הסבר:

• xrSession.requestHitTestSource(): פונקציה זו מבקשת מקור לבדיקת פגיעה מסשן ה-XR.
• { space: xrSession.viewerSpace }: מציין את מערכת הקואורדינטות שבה יוחזרו תוצאות בדיקת הפגיעה. viewerSpace הוא יחסי למיקום הצופה, בעוד ש-local הוא יחסי לנקודת המוצא של ה-XR. ניתן להשתמש גם ב-localFloor למעקב יחסי לרצפה.
• טיפול בשגיאות: בלוק ה-try...catch מבטיח ששגיאות במהלך יצירת מקור בדיקת הפגיעה ייתפסו ויתועדו.

2. ביצוע בדיקת הפגיעה בלולאת האנימציה

בתוך לולאת האנימציה שלכם (הפונקציה המרנדרת כל פריים), תצטרכו לבצע את בדיקת הפגיעה באמצעות המתודה XRFrame.getHitTestResults(). מתודה זו מחזירה מערך של אובייקטי XRHitTestResult, המייצגים את כל ההצטלבויות שנמצאו בסצנה.

            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
              
            
          

הסבר:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): מקבל את תנוחת הצופה (הקסדה). זה נחוץ כדי לדעת היכן הצופה נמצא ולאן הוא מסתכל.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): מבצע את בדיקת הפגיעה באמצעות מקור בדיקת הפגיעה שנוצר קודם לכן.
• hitTestResults.length > 0: בודק אם נמצאו הצטלבויות כלשהן.

3. עיבוד תוצאות בדיקת הפגיעה

הפונקציה processHitTestResults() היא המקום בו תטפלו בתוצאות בדיקת הפגיעה. זה בדרך כלל כרוך בעדכון המיקום והכיוון של אובייקט וירטואלי בהתבסס על תנוחת נקודת הפגיעה.

            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
              
            
          

הסבר:

• hitTestResults[0]: מאחזר את תוצאת בדיקת הפגיעה הראשונה. אם קיימות מספר הצטלבויות אפשריות, ייתכן שתצטרכו לעבור על כל המערך ולבחור את התוצאה המתאימה ביותר בהתבסס על הלוגיקה של היישום שלכם.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): מקבל את תנוחת נקודת הפגיעה במערכת הייחוס שצוינה.
• virtualObject.position.set(...) ו-virtualObject.quaternion.set(...): מעדכנים את המיקום והסיבוב (קוורטרניון) של אובייקט וירטואלי (למשל, Mesh של three.js) כך שיתאים לתנוחת נקודת הפגיעה.
• משוב חזותי: הדוגמה כוללת גם קוד להצגת משוב חזותי בנקודת הפגיעה, כמו עיגול או סמן פשוט, כדי לעזור למשתמש להבין היכן הוא מקיים אינטראקציה עם הסצנה.

טכניקות מתקדמות לבדיקת פגיעה

מעבר לדוגמה הבסיסית שלעיל, ישנן מספר טכניקות מתקדמות שבהן תוכלו להשתמש כדי לשפר את יישומי בדיקת הפגיעה שלכם:

בדיקת פגיעה עם קלט חולף (Transient Input)

עבור אינטראקציות המופעלות על ידי קלט חולף, כמו לחיצות כפתור או מחוות ידיים, ניתן להשתמש במתודה XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). מתודה זו יוצרת מקור לבדיקת פגיעה הספציפי לאירוע קלט בודד. זה שימושי למניעת אינטראקציות לא מכוונות המבוססות על בדיקת פגיעה רציפה.

            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
              
            
          

סינון תוצאות בדיקת פגיעה

במקרים מסוימים, ייתכן שתרצו לסנן תוצאות בדיקת פגיעה על בסיס קריטריונים ספציפיים, כמו המרחק ממוצא הקרן או סוג המשטח שהצטלב. ניתן להשיג זאת על ידי סינון ידני של מערך XRHitTestResult לאחר קבלתו.

            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
              
            
          

שימוש במערכות ייחוס (Reference Spaces) שונות

הבחירה במערכת הייחוס (viewerSpace, local, localFloor, או מרחבים מותאמים אישית אחרים) משפיעה באופן משמעותי על אופן פירוש תוצאות בדיקת הפגיעה. קחו בחשבון את הדברים הבאים:

• viewerSpace: מספק תוצאות יחסית למיקום הצופה. זה שימושי ליצירת אינטראקציות הקשורות ישירות למבטו של המשתמש.
• local: מספק תוצאות יחסית לנקודת המוצא של ה-XR (נקודת ההתחלה של סשן ה-XR). זה מתאים ליצירת חוויות שבהן אובייקטים נשארים קבועים בסביבה הפיזית.
• localFloor: בדומה ל-local, אך ציר ה-Y מיושר עם הרצפה. זה מפשט את תהליך הצבת האובייקטים על הרצפה.

בחרו את מערכת הייחוס המתאימה ביותר לדרישות היישום שלכם. התנסו עם מערכות ייחוס שונות כדי להבין את התנהגותן ומגבלותיהן.

אסטרטגיות אופטימיזציה לבדיקת פגיעה

בדיקת פגיעה יכולה להיות תהליך עתיר חישובים, במיוחד בסצנות מורכבות. להלן מספר אסטרטגיות אופטימיזציה שכדאי לשקול:

• הגבלת תדירות בדיקות הפגיעה: בצעו בדיקות פגיעה רק בעת הצורך, במקום בכל פריים. לדוגמה, תוכלו לבצע בדיקות פגיעה רק כאשר המשתמש מקיים אינטראקציה פעילה עם הסצנה.
• שימוש בהיררכיית נפחים תוחמים (BVH): אם אתם מבצעים בדיקות פגיעה כנגד מספר רב של אובייקטים, שקלו להשתמש ב-BVH כדי להאיץ את חישובי ההצטלבות. ספריות כמו three.js ו-Babylon.js מספקות יישומי BVH מובנים.
• חלוקה מרחבית (Spatial Partitioning): חלקו את הסצנה לאזורים קטנים יותר ובצעו בדיקות פגיעה רק כנגד האזורים שסביר שיכילו הצטלבויות. זה יכול להפחית משמעותית את מספר האובייקטים שצריך לבדוק.
• הפחתת ספירת הפוליגונים: פשטו את הגיאומטריה של המודלים שלכם כדי להפחית את מספר הפוליגונים שצריך לבדוק. זה יכול לשפר את הביצועים, במיוחד במכשירים ניידים.
• WebWorker: העבירו את החישוב ל-Web Worker כדי להבטיח שתהליך בדיקת הפגיעה לא ינעל את התהליך הראשי (main thread).

שיקולים חוצי-פלטפורמות

WebXR שואף להיות חוצה-פלטפורמות, אך ייתכנו הבדלים עדינים בהתנהגות בין מכשירים ודפדפנים שונים. קחו בחשבון את הדברים הבאים:

• יכולות מכשיר: לא כל המכשירים תומכים בכל תכונות ה-WebXR. השתמשו בזיהוי תכונות כדי לקבוע אילו תכונות זמינות והתאימו את היישום שלכם בהתאם.
• פרופילי קלט: מכשירים שונים עשויים להשתמש בפרופילי קלט שונים (למשל, generic-touchscreen, hand-tracking, gamepad). ודאו שהיישום שלכם תומך במספר פרופילי קלט ומספק מנגנוני גיבוי מתאימים.
• ביצועים: הביצועים יכולים להשתנות באופן משמעותי בין מכשירים שונים. בצעו אופטימיזציה ליישום שלכם עבור המכשירים החלשים ביותר שאתם מתכננים לתמוך בהם.
• תאימות דפדפנים: ודאו שהאפליקציה שלכם נבדקה ועובדת בדפדפנים מרכזיים כמו Chrome, Firefox ו-Edge.

דוגמאות גלובליות ליישומי WebXR המשתמשים בבדיקת פגיעה

להלן מספר דוגמאות ליישומי WebXR המשתמשים ביעילות בבדיקת פגיעה ליצירת חוויות משתמש מרתקות ואינטואיטיביות:

• IKEA Place (שוודיה): מאפשר למשתמשים למקם רהיטים של איקאה באופן וירטואלי בבתיהם באמצעות AR. בדיקת פגיעה משמשת למיקום מדויק של הרהיטים על הרצפה ומשטחים אחרים.
• Sketchfab AR (צרפת): מאפשר למשתמשים לצפות במודלים תלת-ממדיים מ-Sketchfab ב-AR. בדיקת פגיעה משמשת למיקום המודלים בעולם האמיתי.
• Augmented Images (שונים): יישומי AR רבים משתמשים במעקב אחר תמונות בשילוב עם בדיקת פגיעה כדי לעגן תוכן וירטואלי לתמונות או סמנים ספציפיים בעולם האמיתי.
• משחקי WebXR (גלובלי): משחקים רבים מפותחים באמצעות WebXR, ורבים מהם מסתמכים על בדיקת פגיעה למיקום אובייקטים, אינטראקציה וניווט.
• סיורים וירטואליים (גלובלי): סיורים אימרסיביים במקומות, מוזיאונים או נכסים משתמשים לעיתים קרובות בבדיקת פגיעה לניווט המשתמש ואלמנטים אינטראקטיביים בתוך הסביבה הווירטואלית.

סיכום

שליטה בתוצאות בדיקת פגיעה ובעיבוד הטלת קרן ב-WebXR חיונית ליצירת חוויות AR ו-VR מרתקות ואינטואיטיביות ברשת. על ידי הבנת המושגים הבסיסיים ויישום הטכניקות המתוארות בפוסט זה, תוכלו לבנות יישומים אימרסיביים המשלבים בצורה חלקה את העולם הווירטואלי והאמיתי, או ליצור סביבות וירטואליות מרתקות עם אינטראקציות משתמש טבעיות ואינטואיטיביות. זכרו לבצע אופטימיזציה ליישום בדיקת הפגיעה שלכם לביצועים ולשקול תאימות חוצת-פלטפורמות כדי להבטיח חוויה חלקה לכל המשתמשים. ככל שמערכת האקולוגית של WebXR ממשיכה להתפתח, צפו להתקדמויות ושיפורים נוספים ב-API של בדיקת הפגיעה, שיפתחו עוד יותר אפשרויות יצירתיות לפיתוח אימרסיבי ברשת. התייעצו תמיד עם המפרטים האחרונים של WebXR ותיעוד הדפדפנים לקבלת המידע המעודכן ביותר.