Izvor WebXR Hit Testa: Ray Casting i interakcija s objektima

Pojava WebXR-a otključala je dosad neviđene mogućnosti za imerzivna iskustva izravno unutar web preglednika. Kamen temeljac tih iskustava je sposobnost interakcije s virtualnim objektima unutar stvarnog svijeta (u proširenoj stvarnosti – AR) ili virtualnog okruženja (u virtualnoj stvarnosti – VR). Ova interakcija ovisi o procesu poznatom kao hit testiranje, a fundamentalna tehnika koja se za to koristi je ray casting. Ovaj blog post duboko zaranja u svijet WebXR hit testiranja pomoću ray castinga, objašnjavajući njegove principe, implementaciju i primjene u stvarnom svijetu.

Razumijevanje WebXR-a i njegovog značaja

WebXR (Web Mixed Reality) je skup web standarda koji programerima omogućuju stvaranje imerzivnih 3D i proširenih stvarnosti dostupnih putem web preglednika. To eliminira potrebu za instalacijom nativnih aplikacija, nudeći pojednostavljen pristup za angažiranje korisnika. Korisnici mogu pristupiti tim iskustvima na mnoštvu uređaja – pametnim telefonima, tabletima, VR naglavnicima i AR naočalama. Otvorena priroda WebXR-a potiče brze inovacije i kompatibilnost s različitim platformama, čineći ga moćnim alatom za programere diljem svijeta. Primjeri uključuju vizualizaciju proizvoda, interaktivne igre i kolaborativne radne prostore.

Što je Ray Casting?

Ray casting je tehnika računalne grafike koja se koristi za određivanje siječe li se zraka, koja potječe iz određene točke i putuje u određenom smjeru, s objektom ili objektima unutar 3D scene. Zamislite to kao ispaljivanje nevidljive laserske zrake iz izvorne točke (npr. ruke korisnika, kamere uređaja) i provjeru pogađa li ta zraka nešto u virtualnom svijetu. Ovo je fundamentalno za interakciju s objektima u WebXR-u. Podaci o sjecištu često uključuju točku sjecišta, udaljenost do sjecišta i normalni vektor u toj točki. Te informacije omogućuju radnje poput odabira objekata, njihovog pomicanja ili pokretanja određenih događaja.

Izvor Hit Testa i njegova uloga

U WebXR-u, izvor hit testa definira ishodište i smjer zrake (ray cast). On u suštini predstavlja odakle 'zraka' potječe. Uobičajeni izvori uključuju:

• Ruka/Kontroler korisnika: Kada korisnik interagira s VR kontrolerom ili prati svoju ruku u AR iskustvu.
• Kamera uređaja: U AR iskustvima, kamera pruža perspektivu iz koje se virtualni objekti gledaju i s kojima se interagira.
• Specifične točke u sceni: Programski definirane lokacije za interakciju.

Izvor hit testa ključan je za definiranje namjere korisnika i uspostavljanje točke kontakta za interakciju s objektom. Smjer zrake određuje se na temelju izvora (npr. orijentacija ruke, vektor smjera kamere).

Implementacija: Ray Casting u WebXR-u (JavaScript primjer)

Analizirajmo pojednostavljeni primjer implementacije ray castinga u WebXR-u koristeći JavaScript. Ovo će pružiti temeljno razumijevanje prije nego što zaronimo u složenije koncepte.

            
// Initialize XR session and necessary variables
let xrSession = null;
let xrReferenceSpace = null;
let hitTestSource = null;

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

    xrSession.addEventListener('end', onXRSessionEnded);
    xrSession.addEventListener('select', onSelect);

    const gl = document.createElement('canvas').getContext('webgl', { xrCompatible: true });
    await xrSession.updateRenderState({ baseLayer: new XRWebGLLayer(xrSession, gl) });

    xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('viewer');
    xrSession.requestHitTestSource({ space: xrReferenceSpace }).then(onHitTestSourceReady);

  } catch (error) {
    console.error('Failed to start XR session:', error);
  }
}

function onHitTestSourceReady(hitTestSourceArg) {
  hitTestSource = hitTestSourceArg;
}

function onSelect(event) {
    if (!hitTestSource) {
        return;
    }

    const frame = event.frame;
    const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);

    if (hitTestResults.length > 0) {
      const hit = hitTestResults[0];
      const pose = hit.getPose(xrReferenceSpace);
      if (pose) {
          // Create/Move an object to the hit location (e.g., a cube)
          placeObjectAtHit(pose.transform);
      }
    }
}

function placeObjectAtHit(transform) {
    // Implementation to position and orient the 3D object.
    // This will depend on the 3D rendering library being used (e.g., Three.js, Babylon.js)
    console.log("Object Placed!", transform);
}

function onXRSessionEnded() {
  if (hitTestSource) {
      hitTestSource.cancel();
      hitTestSource = null;
  }
  xrSession = null;
}

// Button event to start the XR session
document.getElementById('xrButton').addEventListener('click', startXR);

            

              
                Copy
              
            
          

Objašnjenje koda:

1. Zahtjev za XR sesijom: Kod zahtijeva 'immersive-ar' sesiju (AR način rada). To uključuje 'hit-test' kao obaveznu značajku.
2. Dobivanje izvora Hit Testa: XR sesija se koristi za zahtijevanje izvora hit testa, koristeći 'viewer' referentni prostor.
3. Rukovanje 'select' događajem: Ovo je srž interakcije. Kada korisnik 'odabere' (dodirne, klikne ili aktivira akciju kontrolera), ovaj događaj se pokreće.
4. Izvođenje Hit Testa: `frame.getHitTestResults(hitTestSource)` je ključna funkcija. Ona izvodi ray cast i vraća niz rezultata pogodaka (objekata s kojima se zraka presjekla).
5. Obrada rezultata pogodaka: Ako su pronađeni rezultati pogodaka, dobivamo pozu (položaj i orijentaciju) pogotka i postavljamo objekt u scenu na toj lokaciji.
6. Postavljanje objekta: Funkcija `placeObjectAtHit()` upravlja postavljanjem i orijentacijom 3D objekta na lokaciji pogotka. Detalji će se razlikovati ovisno o vašoj odabranoj 3D biblioteci (Three.js, Babylon.js, itd.).

Ovaj primjer je pojednostavljena ilustracija. Stvarna implementacija će vjerojatno uključivati biblioteke za renderiranje i složeniju manipulaciju objektima.

Korištenje Three.js za renderiranje (Primjer postavljanja objekta)

Evo kako biste mogli integrirati logiku postavljanja objekta u Three.js scenu:

            
// Assuming you have a Three.js scene, camera, and renderer set up
import * as THREE from 'three';

let scene, camera, renderer;
let objectToPlace; // A 3D object (e.g., a cube)

function initThreeJS() {
    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);
    document.body.appendChild(renderer.domElement);

    // Create a simple cube
    const geometry = new THREE.BoxGeometry(0.1, 0.1, 0.1);
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial({ color: 0x00ff00 });
    objectToPlace = new THREE.Mesh(geometry, material);
    scene.add(objectToPlace);
    objectToPlace.visible = false; // Initially hidden

    // Set camera position (example)
    camera.position.z = 2;
}

function placeObjectAtHit(transform) {
    // Extract position and rotation from the transform
    const position = new THREE.Vector3();
    const quaternion = new THREE.Quaternion();
    const scale = new THREE.Vector3();
    transform.matrix.decompose(position, quaternion, scale);

    // Apply the transform to our object
    objectToPlace.position.copy(position);
    objectToPlace.quaternion.copy(quaternion);
    objectToPlace.visible = true;
}

function render() {
    renderer.render(scene, camera);
}

function animate() {
  requestAnimationFrame(animate);
  render();
}

// Call initThreeJS after the page has loaded and WebXR session is started.
// initThreeJS();

            

              
                Copy
              
            
          

Ovaj izmijenjeni primjer integrira Three.js. Inicijalizira osnovnu scenu, kameru i renderer, zajedno s kockom (objectToPlace). Funkcija placeObjectAtHit sada izdvaja položaj i rotaciju iz transformacije koju pruža hit test te postavlja položaj i orijentaciju kocke u skladu s tim. Vidljivost kocke je u početku postavljena na false i postaje vidljiva tek kada dođe do pogotka.

Ključna razmatranja i najbolje prakse

• Performanse: Ray casting može biti računski zahtjevan, posebno pri izvođenju višestrukih hit testova unutar jednog okvira (frame). Optimizirajte ograničavanjem broja hit testova, odbacivanjem objekata na temelju njihove udaljenosti i korištenjem učinkovitih struktura podataka.
• Točnost: Osigurajte točnost vaših izračuna za ray casting. Netočni izračuni mogu dovesti do neusklađenosti i lošeg korisničkog iskustva.
• Složenost scene: Složenost vaše 3D scene utječe na performanse hit testova. Pojednostavite modele gdje je to moguće i razmislite o korištenju tehnika razine detalja (LOD).
• Povratne informacije korisniku: Pružite jasne vizualne znakove korisniku koji pokazuju odakle zraka potječe i kada je došlo do pogotka. Vizualni indikatori poput nišana ili isticanja objekata mogu značajno poboljšati upotrebljivost. Na primjer, isticanje se može pojaviti na objektu s kojim se može interagirati.
• Rukovanje pogreškama: Implementirajte robusno rukovanje pogreškama kako biste elegantno upravljali potencijalnim problemima s XR sesijom, rezultatima hit testa i renderiranjem.
• Pristupačnost: Uzmite u obzir korisnike s invaliditetom. Pružite alternativne metode unosa te jasne vizualne i zvučne znakove.
• Kompatibilnost s različitim platformama: Iako WebXR teži kompatibilnosti s različitim platformama, testirajte svoju aplikaciju na različitim uređajima i preglednicima kako biste osigurali dosljedno korisničko iskustvo.
• Validacija unosa: Validirajte unose korisnika (npr. pritiske gumba na kontroleru, dodire zaslona) kako biste spriječili neočekivano ponašanje ili zlouporabe.
• Koordinatni sustav: Razumijte koordinatni sustav koji koristi vaš 3D engine i kako se on odnosi na WebXR referentne prostore. Pravilno usklađivanje je ključno.

Napredni koncepti i tehnike

• Višestruki hit testovi: Izvršite više hit testova istovremeno kako biste otkrili presjeke s različitim objektima.
• Filtriranje hit testova: Filtrirajte rezultate hit testa na temelju svojstava ili oznaka objekata (npr. dopuštajući pogotke samo na interaktivnim objektima).
• Sidra (Anchors): Koristite WebXR sidra za postavljanje virtualnih objekata na određene lokacije u stvarnom svijetu. To omogućuje da objekt ostane na istom mjestu čak i ako se korisnik kreće.
• Okluzija (Occlusion): Implementirajte tehnike za točan prikaz okluzije, gdje su virtualni objekti skriveni iza objekata iz stvarnog svijeta.
• Prostorni zvuk (Spatial Audio): Integrirajte prostorni zvuk kako biste stvorili imerzivnije zvučne krajolike.
• Interakcija s korisničkim sučeljem (UI): Dizajnirajte intuitivne elemente korisničkog sučelja (gumbe, izbornike) s kojima se može interagirati u XR okruženju.

Praktične primjene WebXR Hit testiranja

WebXR hit testiranje s ray castingom ima širok raspon primjena u različitim industrijama diljem svijeta. Primjeri uključuju:

• E-trgovina i vizualizacija proizvoda: Omogućavanje korisnicima da postave virtualne proizvode u svoje okruženje prije kupnje. Razmislite o korisničkom iskustvu za postavljanje namještaja, isprobavanje odjeće ili postavljanje novog kućanskog aparata u kuhinju pomoću AR-a.
• Obuka i simulacija: Stvaranje interaktivnih simulacija za obuku u raznim područjima, kao što su zdravstvo, proizvodnja i zrakoplovstvo. Na primjer, student medicine mogao bi vježbati kirurški zahvat.
• Igre i zabava: Izgradnja imerzivnih igara u kojima igrači mogu interagirati s virtualnim objektima. Zamislite istraživanje potrage za blagom u vlastitom domu koristeći AR.
• Obrazovanje i muzeji: Unaprjeđenje obrazovnih iskustava s interaktivnim 3D modelima i AR vizualizacijama. Korisnik može istraživati unutrašnjost stanice u AR-u.
• Arhitektura i dizajn: Omogućavanje arhitektima i dizajnerima da prikažu svoje modele u stvarnom svijetu, te dopuštanje klijentima da vizualiziraju kako se dizajn uklapa u njihov fizički prostor. Kupac može pregledati dizajn kuće u svom dvorištu.
• Udaljena suradnja: Stvaranje virtualnih radnih prostora gdje korisnici mogu surađivati na 3D modelima i podacima. Timovi na različitim geografskim lokacijama mogu surađivati na istom 3D modelu.
• Industrijsko održavanje i popravak: Pružanje korak-po-korak AR uputa za složene popravke ili zadatke održavanja. Tehničar može popraviti opremu uz AR vodstvo.

Uobičajeni izazovi i rješavanje problema

• Gubitak praćenja: U AR-u, gubitak praćenja može rezultirati neusklađenošću virtualnih objekata. Implementirajte robusne algoritme za praćenje i razmislite o alternativnim metodama praćenja.
• Uskla grla u performansama: Optimizirajte svoju aplikaciju smanjenjem broja objekata, pojednostavljivanjem modela i pažljivim upravljanjem draw callovima.
• Kompatibilnost preglednika: Podrška za WebXR varira među različitim preglednicima i uređajima. Osigurajte kompatibilnost testiranjem na ciljanim uređajima i preglednicima. Koristite detekciju značajki za rukovanje preglednicima koji ne podržavaju u potpunosti WebXR.
• Problemi s korisničkim sučeljem: Dizajnirajte intuitivne i korisnički prilagođene elemente sučelja specifično za XR interakcije.
• Problemi s brojem sličica u sekundi (Frame Rate): Održavajte glatku i dosljednu brzinu sličica kako biste izbjegli mučninu kretanja i loše korisničko iskustvo. Profilirajte svoju aplikaciju kako biste identificirali i riješili uska grla u performansama.

Budućnost WebXR-a i interakcije s objektima

WebXR i povezane tehnologije brzo se razvijaju. Napredak u hardveru i softveru neprestano pomiče granice mogućeg. Možemo očekivati:

• Poboljšano praćenje i točnost: S boljim senzorima i algoritmima, praćenje će postati preciznije i pouzdanije.
• Sofisticiranija interakcija s objektima: Očekujte napredne tehnike interakcije, kao što su interakcije temeljene na fizici i haptičke povratne informacije.
• Šira primjena: Kako tehnologija sazrijeva, WebXR će biti prihvaćen u širem rasponu industrija.
• Poboljšani ekosustav: Razvoj alata i okvira prilagođenih korisnicima ubrzat će stvaranje WebXR iskustava.
• Integracija s umjetnom inteligencijom (AI): AI će igrati veću ulogu u WebXR-u, uključujući prepoznavanje objekata, razumijevanje scene i inteligentna korisnička sučelja.

Budućnost je svijetla za WebXR. To je tehnologija koja će revolucionirati način na koji komuniciramo s digitalnim sadržajem. Razumijevanjem i prihvaćanjem principa hit testiranja s ray castingom, programeri mogu stvoriti uvjerljiva i zanimljiva imerzivna iskustva koja pomiču granice interakcije čovjeka i računala i donose ogromnu vrijednost korisnicima diljem svijeta.

Zaključak

WebXR hit testiranje, posebno pomoću ray castinga, fundamentalno je za stvaranje imerzivnih i interaktivnih iskustava. Ovaj vodič je opisao osnovne koncepte, detalje implementacije i ključna razmatranja za izgradnju robusnih i zanimljivih WebXR aplikacija. Kako tehnologija sazrijeva, ključ uspjeha bit će kontinuirano učenje, eksperimentiranje i prilagodba najnovijim dostignućima. Korištenjem snage WebXR-a, programeri mogu preoblikovati način na koji komuniciramo sa svijetom oko nas. Prihvatite ove tehnike i alate kako biste izgradili sljedeću generaciju imerzivnih web iskustava!