WebXRヒットテストマネージャーを使用して、レイキャスティングによるインタラクティブで没入型のAR/VR体験を作成する方法を学びます。実装テクニック、ベストプラクティス、最適化戦略を発見してください。
WebXRヒットテストマネージャー:没入型体験のためのレイキャスティングシステムの実装
拡張現実(AR)および仮想現実(VR)技術の台頭により、没入型でインタラクティブなデジタル体験を作成するためのエキサイティングな新しい可能性が開かれました。WebXRは、WebブラウザーでVRおよびAR機能にアクセスするためのJavaScript APIであり、世界中の開発者が多数のデバイスでこれらの体験を構築できるようにします。魅力的なWebXR体験を作成する上で重要なコンポーネントは、仮想環境と対話する機能です。ここで、WebXRヒットテストマネージャーとレイキャスティングが登場します。
レイキャスティングとは?なぜ重要なのか?
WebXRの文脈におけるレイキャスティングは、仮想レイ(直線)が、ARシステムによって検出された現実世界の表面またはVR環境内の仮想オブジェクトと交差するかどうかを判断するために使用される手法です。レーザーポインターを周囲に照射し、どこに当たるかを確認するようなものだと考えてください。WebXRヒットテストマネージャーは、これらのレイキャストを実行し、結果を取得するためのツールを提供します。この情報は、次のようなさまざまなインタラクションにとって非常に重要です。
- オブジェクトの配置:ユーザーが仮想オブジェクトを現実世界の表面に配置できるようにします。たとえば、仮想の椅子をリビングルームに置くなど(AR)。東京のユーザーが家具を購入する前に、仮想的にアパートを飾ることを考えてみてください。
- ターゲティングと選択:ユーザーが仮想ポインターまたは手を使用して、仮想オブジェクトを選択したり、UI要素を操作したりできるようにします(AR/VR)。ロンドンの外科医がARを使用して、患者に解剖学的情報を重ねて表示し、レビューする特定の領域を選択することを想像してみてください。
- ナビゲーション:場所を指してそこに移動するように指示することにより、ユーザーのアバターを仮想世界で移動させます(VR)。パリの美術館はVRを使用して、訪問者が歴史的な展示をナビゲートできるようにするかもしれません。
- ジェスチャー認識:ヒットテストとハンドトラッキングを組み合わせて、ピンチしてズームしたり、スワイプしてスクロールしたりするなどのユーザーのジェスチャーを解釈します(AR/VR)。これはシドニーでの共同設計会議で使用でき、参加者は仮想モデルを一緒に操作します。
WebXRヒットテストマネージャーの理解
WebXRヒットテストマネージャーは、レイキャスティングを容易にするWebXR APIの重要な部分です。レイの原点と方向を定義するヒットテストソースを作成および管理するためのメソッドを提供します。次に、マネージャーはこれらのソースを使用して、現実世界(AR)または仮想世界(VR)に対してヒットテストを実行し、交差に関する情報を返します。主な概念は次のとおりです。
- XRFrame:XRFrameは、ビューアーのポーズや検出された平面やフィーチャーなど、XRシーンのある時点のスナップショットを表します。ヒットテストはXRFrameに対して実行されます。
- XRHitTestSource:キャストされるレイのソースを表します。原点(レイが始まる場所)と方向(レイが指す場所)を定義します。通常、入力メソッドごとに1つのXRHitTestSourceを作成します(例:コントローラー、手)。
- XRHitTestResult:ヒットが成功した場合に関する情報が含まれます。これには、交点のポーズ(位置と向き)およびレイの原点からの距離が含まれます。
- XRHitTestTrackable:現実世界で追跡されるフィーチャー(平面など)を表します。
基本的なヒットテストシステムの実装
JavaScriptを使用して基本的なWebXRヒットテストシステムを実装する手順を見ていきましょう。この例ではARオブジェクトの配置に焦点を当てていますが、原則は他のインタラクションシナリオにも適用できます。
ステップ1:WebXRセッションとヒットテストサポートのリクエスト
まず、WebXRセッションをリクエストし、「hit-test」機能が有効になっていることを確認する必要があります。この機能は、ヒットテストマネージャーを使用するために必要です。
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);
}
}
説明:
- `navigator.xr.requestSession('immersive-ar', ...)`:没入型ARセッションをリクエストします。最初の引数はセッションタイプを指定します(ARの場合は「immersive-ar」、VRの場合は「immersive-vr」)。
- `requiredFeatures: ['hit-test']`:「hit-test」機能をリクエストし、ヒットテストマネージャーを有効にします。
- `xrSession.requestHitTestSource(...)`:XRHitTestSourceを作成し、レイの原点と方向を定義します。この基本的な例では、ユーザーの視点に対応する「viewer」参照空間を使用します。
ステップ2:レンダーループの作成
レンダーループは、WebXRアプリケーションの中心です。シーンを更新し、各フレームをレンダリングする場所です。レンダーループ内で、ヒットテストを実行し、仮想オブジェクトの位置を更新します。
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);
}
説明:
- `xrFrame.getHitTestResults(xrHitTestSource)`:以前に作成したXRHitTestSourceを使用して、ヒットテストを実行します。見つかったすべての交点を表すXRHitTestResultオブジェクトの配列を返します。
- `hitTestResults[0]`:最初のヒット結果を取得します。より複雑なシナリオでは、すべての結果を反復処理し、最も適切なものを選択する必要があります。
- `hit.getPose(xrReferenceSpace)`:指定された参照空間におけるヒットのポーズ(位置と向き)を取得します。
- `object3D.position.set(...)`および`object3D.quaternion.set(...)`:仮想オブジェクト(object3D)の位置と向きをヒットポーズに合わせて更新します。これにより、オブジェクトが交点に配置されます。
- `object3D.visible = true/false`:仮想オブジェクトの表示を制御し、ヒットが見つかった場合にのみ表示されるようにします。
ステップ3:3Dシーンの設定(Three.jsの例)
この例では、一般的なJavaScript 3DライブラリであるThree.jsを使用して、立方体を含む単純なシーンを作成します。これを、Babylon.jsやA-Frameなどの他のライブラリを使用するように適合させることができます。
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();
重要:Three.jsライブラリをHTMLファイルに含めるようにしてください。
高度なテクニックと最適化
上記の基本的な実装は、WebXRヒットテストの基礎を提供します。より複雑なエクスペリエンスを構築する際に考慮すべき高度なテクニックと最適化を次に示します。
1. ヒットテスト結果のフィルタリング
場合によっては、特定のタイプの表面のみを考慮するようにヒットテストの結果をフィルタリングしたい場合があります。たとえば、水平面(床またはテーブル)でのオブジェクトの配置のみを許可する場合があります。これを行うには、ヒットポーズの法線ベクトルを調べて、それを上向きベクトルと比較します。
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;
}
}
2. 一時的な入力ソースの使用
ハンドトラッキングなどのより高度な入力方法では、通常、一時的な入力ソースを使用します。一時的な入力ソースは、指のタップや手のジェスチャーなど、一時的な入力イベントを表します。WebXR Input APIを使用すると、これらのイベントにアクセスし、ユーザーの手の位置に基づいてヒットテストソースを作成できます。
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
});
}
});
3. パフォーマンスの最適化
WebXRエクスペリエンスは、特にモバイルデバイスでは、計算負荷が高くなる可能性があります。パフォーマンスを最適化するためのヒントを次に示します。
- ヒットテストの頻度を減らす:すべてのフレームでヒットテストを実行すると、コストがかかる可能性があります。特にユーザーの動きが遅い場合は、頻度を減らすことを検討してください。タイマーを使用するか、ユーザーがアクションを開始したときにのみヒットテストを実行できます。
- 境界ボリューム階層(BVH)を使用する:多数のオブジェクトを含む複雑なシーンがある場合は、BVHを使用すると、衝突検出を大幅に高速化できます。Three.jsとBabylon.jsはBVH実装を提供します。
- LOD(詳細レベル):カメラからの距離に応じて、3Dモデルに異なる詳細レベルを使用します。これにより、遠いオブジェクトに対してレンダリングする必要のあるポリゴンの数が減ります。
- オクルージョンカリング:他のオブジェクトの背後に隠れているオブジェクトをレンダリングしないでください。これにより、複雑なシーンでのパフォーマンスが大幅に向上します。
4. さまざまな参照空間の処理
WebXRは、ユーザーの位置と向きの追跡に使用される座標系を定義する、さまざまな参照空間をサポートしています。最も一般的な参照空間は次のとおりです。
- Local:座標系の原点は、ユーザーの開始位置を基準にして固定されています。これは、ユーザーが狭い領域にとどまるエクスペリエンスに適しています。
- Bounded-floor:原点は床レベルにあり、XZ平面は床を表します。これは、ユーザーが部屋を動き回ることができるエクスペリエンスに適しています。
- Unbounded:原点は固定されておらず、ユーザーは自由に動き回ることができます。これは、大規模なARエクスペリエンスに適しています。
適切な参照空間を選択することは、WebXRエクスペリエンスがさまざまな環境で正しく機能することを保証するために重要です。XRセッションを作成するときに、特定の参照空間をリクエストできます。
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('bounded-floor');
5. デバイスの互換性への対処
WebXRは比較的新しいテクノロジーであり、すべてのブラウザーとデバイスが同じようにサポートしているわけではありません。WebXRセッションを初期化する前に、WebXRサポートを確認することが重要です。
if (navigator.xr) {
// WebXR is supported
initXR();
} else {
// WebXR is not supported
console.error('WebXR is not supported in this browser.');
}
また、WebXRエクスペリエンスが正しく機能することを確認するために、さまざまなデバイスでテストする必要があります。
国際化に関する考慮事項
グローバルオーディエンス向けのWebXRアプリケーションを開発する場合、国際化(i18n)およびローカリゼーション(l10n)を考慮することが重要です。
- テキストとUI要素:ローカリゼーションライブラリを使用して、テキストとUI要素をさまざまな言語に翻訳します。UIレイアウトが異なるテキストの長さに対応できることを確認してください。たとえば、ドイツ語の単語は英語の単語よりも長くなる傾向があります。
- 測定単位:地域に適した測定単位を使用します。たとえば、ほとんどの国ではメートルとキロメートルを使用しますが、米国と英国ではフィートとマイルを使用します。ユーザーが好みの測定単位を選択できるようにします。
- 日付と時刻の形式:地域に適した日付と時刻の形式を使用します。たとえば、一部の国ではYYYY-MM-DD形式を使用し、他の国ではMM/DD/YYYY形式を使用します。
- 通貨:地域に適した形式で通貨を表示します。ライブラリを使用して通貨換算を処理します。
- 文化的な配慮:文化的な違いに注意し、一部の文化で不快感を与える可能性のある画像、記号、または言語の使用は避けてください。たとえば、特定の手のジェスチャーは、文化によって異なる意味を持つ場合があります。
WebXR開発ツールとリソース
いくつかのツールとリソースがWebXR開発に役立ちます。
- Three.js:WebGLベースのエクスペリエンスを作成するための一般的なJavaScript 3Dライブラリ。
- Babylon.js:WebXRサポートに焦点を当てた、もう1つの強力なJavaScript 3Dエンジン。
- A-Frame:HTMLを使用してVRエクスペリエンスを構築するためのWebフレームワーク。
- WebXRエミュレーター:物理的なVRまたはARデバイスを必要とせずに、WebXRエクスペリエンスをテストできるブラウザー拡張機能。
- WebXR Device API仕様:W3Cからの公式WebXR仕様。
- Mozilla Mixed Realityブログ:WebXRおよび関連テクノロジーについて学ぶための優れたリソース。
結論
WebXRヒットテストマネージャーは、インタラクティブで没入型のAR/VRエクスペリエンスを作成するための強力なツールです。レイキャスティングの概念とヒットテストAPIを理解することで、ユーザーが自然で直感的な方法で仮想世界と対話できる魅力的なアプリケーションを構築できます。WebXRテクノロジーが進化し続けるにつれて、革新的で魅力的なエクスペリエンスを作成する可能性は無限に広がります。パフォーマンスのためにコードを最適化し、グローバルオーディエンス向けに開発する場合は国際化を検討することを忘れないでください。次世代の没入型Webエクスペリエンスを構築する上での課題と報酬を受け入れましょう。