WebXR trāpījumu pārbaude: visaptverošs ceļvedis 3D objektu izvietošanai un mijiedarbībai papildinātajā realitātē

Iedomājieties, ka pavēršat viedtālruni pret savu dzīvojamo istabu un ar vienkāršu pieskārienu novietojat fotoreālistisku virtuālu dīvānu tieši tur, kur vēlaties. Jūs tam ejat apkārt, redzat, kā tas iederas telpā, un pat maināt tā krāsu. Tā nav zinātniskā fantastika; tas ir papildinātās realitātes (AR) spēks, kas tiek nodrošināts tīmeklī, un pamattehnoloģija, kas to padara iespējamu, ir WebXR trāpījumu pārbaude.

Izstrādātājiem, dizaineriem un novatoriem visā pasaulē trāpījumu pārbaudes izpratne ir atslēga, lai radītu jēgpilnas AR pieredzes. Tas ir fundamentāls tilts starp digitālo un fizisko pasauli, ļaujot virtuālajam saturam izskatīties pamatotam un interaktīvam lietotāja reālajā vidē. Šis ceļvedis sniedz padziļinātu ieskatu WebXR Hit Test API, nodrošinot jūs ar zināšanām, lai veidotu pārliecinošas, pasauli apzinošas AR lietojumprogrammas globālai auditorijai.

WebXR trāpījumu pārbaudes pamatu izpratne

Pirms iedziļināmies kodā, ir svarīgi saprast trāpījumu pārbaudes konceptuālo pamatu. Savā būtībā trāpījumu pārbaude ir atbilde uz vienkāršu jautājumu: "Ja es no savas ierīces norādu uz reālo pasauli, kādai virsmai es trāpu?"

Pamatkoncepcija: Starošanas metode (Raycasting) reālajā pasaulē

Processs ir konceptuāli līdzīgs starošanas metodei tradicionālajā 3D grafikā, bet ar būtisku atšķirību. Tā vietā, lai raidītu staru tīri virtuālā ainā, WebXR trāpījumu pārbaude raida staru no lietotāja ierīces fiziskajā pasaulē.

Lūk, kā tas darbojas:

• Vides izpratne: Izmantojot ierīces kameru un kustību sensorus (piemēram, IMU - Inerciālās mērīšanas vienību), pamatā esošā AR sistēma (piemēram, ARCore Android ierīcēs vai ARKit iOS ierīcēs) pastāvīgi skenē un veido vienkāršotu lietotāja apkārtnes 3D karti. Šī karte sastāv no raksturīgiem punktiem, atklātām plaknēm (piemēram, grīdām, sienām un galda virsmām) un dažreiz sarežģītākiem tīkliem (meshes).
• Stara raidīšana: Stars, kas būtībā ir taisna līnija ar sākumpunktu un virzienu, tiek projicēts no sākumpunkta. Visbiežāk tas tiek darīts no lietotāja ekrāna centra, virzienā uz āru.
• Krustpunkta atrašana: Sistēma pārbauda, vai šis projicētais stars krustojas ar kādu no tās atklātajām reālās pasaules ģeometrijām.
• 'Trāpījuma rezultāts': Ja notiek krustošanās, sistēma atgriež "trāpījuma rezultātu". Šis rezultāts ir vairāk nekā tikai 'jā' vai 'nē'; tas satur vērtīgus datus, no kuriem vissvarīgākā ir poza (pozīcija un orientācija) krustpunktam 3D telpā. Šī poza ir tas, kas ļauj jums novietot virtuālu objektu perfekti saskaņotu ar reālās pasaules virsmu.

WebXR Device API un trāpījumu pārbaudes modulis

WebXR Device API ir W3C standarts, kas nodrošina piekļuvi virtuālās un papildinātās realitātes ierīcēm tīmeklī. Hit Test API ir izvēles modulis šajā standartā, kas īpaši paredzēts AR. Lai to izmantotu, jums tas ir skaidri jāpieprasa, inicializējot WebXR sesiju.

Galvenais objekts, ar kuru jūs strādāsiet, ir XRHitTestSource. Jūs pieprasāt šo avotu no aktīvas XRSession, un, kad tas ir iegūts, jūs varat to vaicāt katrā renderēšanas cikla kadrā, lai iegūtu jaunākos trāpījumu pārbaudes rezultātus.

Atsauces telpu veidi: jūsu enkurs realitātē

Visas koordinātas WebXR pastāv 'atsauces telpā', kas definē jūsu 3D pasaules sākumpunktu (0,0,0 punktu). Atsauces telpas izvēle ir kritiska AR.

• viewer: Sākumpunkts ir piesaistīts lietotāja ierīcei vai galvai. Lietotājam kustoties, pasaule kustas līdzi. Tas ir noderīgi lietotāja saskarnes elementiem, kuriem vienmēr jābūt lietotāja priekšā (piemēram, head-up displejam), bet tas nav piemērots objektu novietošanai, kuriem jāpaliek fiksētiem reālajā pasaulē.
• local: Sākumpunkts tiek iestatīts lietotāja pozīcijā vai tās tuvumā, kad sākas sesija. Tas ir stacionārs attiecībā pret lietotāja sākuma punktu, bet nemēģina noenkuroties reālajā pasaulē. Šajā telpā novietoti objekti paliks vietā, lietotājam staigājot apkārt, bet laika gaitā tie varētu nedaudz nobīdīties, uzkrājoties sensoru kļūdām.
• unbounded: Paredzēts pasaules mēroga pieredzēm, kur lietotājs varētu aiziet ļoti tālu no sākuma punkta. Sistēma var brīvi pielāgot sākumpunkta pozīciju, lai saglabātu izsekošanas precizitāti. Tā bieži ir laba izvēle istabas mēroga AR.
• local-floor: Līdzīgi kā `local`, bet sākumpunkts ir īpaši iestatīts uz grīdas līmeņa, padarot to ļoti ērtu objektu novietošanai uz zemes.

Lielākajā daļā AR objektu izvietošanas scenāriju jūs izmantosiet pasaulē noenkurotu telpu, piemēram, local, local-floor vai unbounded, lai nodrošinātu, ka jūsu virtuālie objekti paliek stabili fiziskajā vidē.

Jūsu pirmās WebXR trāpījumu pārbaudes ieviešana: praktisks ceļvedis

Pāriesim no teorijas pie prakses. Turpmākajos piemēros tiek izmantots neapstrādāts WebXR API. Reālā projektā jūs, visticamāk, izmantotu bibliotēku, piemēram, Three.js vai Babylon.js, lai pārvaldītu renderēšanu, bet WebXR specifiskā loģika paliek nemainīga.

1. solis: Ainas iestatīšana un sesijas pieprasīšana

Vispirms jums ir nepieciešama HTML poga, lai sāktu AR pieredzi, un pamata JavaScript iestatīšana. Vissvarīgākā daļa ir pieprasīt sesiju ar 'immersive-ar' režīmu un iekļaut 'hit-test' nepieciešamajās funkcijās.

            // HTML
<button id="ar-button">Start AR</button>

// JavaScript
const arButton = document.getElementById('ar-button');
let xrSession = null;
let xrReferenceSpace = null;

async function onARButtonClick() {
  if (navigator.xr) {
    try {
      // Check if the immersive-ar mode is supported
      const isSupported = await navigator.xr.isSessionSupported('immersive-ar');
      if (isSupported) {
        // Request a session with the required features
        xrSession = await navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
          requiredFeatures: ['hit-test']
        });

        // Set up the session, canvas, and WebGL context...
        // ... (boilerplate for setting up rendering)

        // Start the render loop
        xrSession.requestAnimationFrame(onXRFrame);
      } else {
        console.log("AR not supported on this device.");
      }
    } catch (e) {
      console.error("Failed to start AR session:", e);
    }
  }
}

arButton.addEventListener('click', onARButtonClick);

            

              
                Copy
              
            
          

2. solis: Trāpījumu pārbaudes avota pieprasīšana

Tiklīdz sesija sākas, jums ir jāizveido atsauces telpa un pēc tam jāpieprasa trāpījumu pārbaudes avots. To parasti dara uzreiz pēc sesijas izveides.

            // Inside your session setup logic...
xrSession.addEventListener('end', onSessionEnded);

// Create a reference space. 'viewer' is needed for the hit-test request,
// but we'll get a 'local-floor' space for placing content.
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('local-floor');
const viewerSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('viewer');

// Request the hit test source
const hitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({ space: viewerSpace });

// Now, we'll need to pass 'hitTestSource' to our render loop.

            

              
                Copy
              
            
          

Piezīme: Mēs pieprasām trāpījumu pārbaudes avotu, izmantojot viewer telpu. Tas nozīmē, ka stars nāks no ierīces perspektīvas. Tomēr mēs izmantojam local-floor atsauces telpu objektu novietošanai, lai to koordinātas būtu relatīvas stabilam punktam pasaulē.

3. solis: Trāpījumu pārbaudes izpilde renderēšanas ciklā

Maģija notiek onXRFrame atzvanā, kas tiek izsaukts katram renderējamam kadram. Šeit jūs iegūstat jaunākos trāpījumu pārbaudes rezultātus.

            let reticle = null; // This will be our 3D object for the visual indicator
let hitTestSource = null; // Assume this is passed from the setup step

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

  // Get the viewer's pose
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);
  if (!pose) return;

  // If we have a hit test source, get the results
  if (hitTestSource) {
    const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);

    if (hitTestResults.length > 0) {
      // We have a hit!
      const hit = hitTestResults[0];

      // Get the pose of the hit point
      const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);

      // We can now use hitPose.transform.position and hitPose.transform.orientation
      // to position our visual indicator (the reticle).
      if (reticle) {
        reticle.visible = true;
        reticle.matrix.fromArray(hitPose.transform.matrix);
      }
    } else {
      // No hit was found for this frame
      if (reticle) {
        reticle.visible = false;
      }
    }
  }

  // ... rest of your rendering logic for the scene
}

            

              
                Copy
              
            
          

4. solis: Trāpījuma punkta vizualizēšana ar tīkliņu (reticle)

Lietotājiem ir nepieciešama vizuāla atgriezeniskā saite, lai zinātu, kur viņi var novietot objektu. 'Tīkliņš' (reticle) — mazs 3D objekts, piemēram, gredzens vai plakans aplis — tam ir ideāli piemērots. Savā 3D bibliotēkā (piem., Three.js) jūs izveidotu tīkliņam tīklu (mesh). Iepriekšējā soļa kods parāda, kā atjaunināt tā pozīciju un redzamību.

• Kad hitTestResults.length > 0, jūs padarāt tīkliņu redzamu un atjaunināt tā transformāciju (pozīciju un rotāciju), izmantojot hitPose.
• Kad trāpījumu nav, jūs padarāt tīkliņu neredzamu.

Tas nodrošina tūlītēju un intuitīvu atgriezenisko saiti, vadot lietotāju, lai atrastu piemērotu virsmu objekta novietošanai.

Progresīvas metodes un labākā prakse objektu izvietošanai

Pamata trāpījumu pārbaudes iedarbināšana ir tikai sākums. Lai izveidotu profesionālu un lietotājam draudzīgu pieredzi, apsveriet šīs progresīvās metodes.

No tīkliņa līdz izvietošanai: lietotāja ievades apstrāde

Galvenais mērķis ir novietot pastāvīgu objektu. WebXR šim nolūkam piedāvā vienkāršu ievades mehānismu: 'select' notikumu. Šis notikums tiek aktivizēts, kad lietotājs veic primāro darbību, kas parasti ir ekrāna pieskāriens rokas ierīcēs.

            xrSession.addEventListener('select', onSelect);

function onSelect() {
  if (reticle && reticle.visible) {
    // User has tapped the screen while the reticle is visible on a surface
    // Create a new 3D object (e.g., a sunflower model)
    const objectToPlace = createSunflowerModel(); // Your 3D object creation function

    // Set its position and orientation to match the reticle
    objectToPlace.position.copy(reticle.position);
    objectToPlace.quaternion.copy(reticle.quaternion);

    // Add it to your scene
    scene.add(objectToPlace);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Šis modelis ir fundamentāls: izmantojiet trāpījumu pārbaudi, lai nepārtraukti pozicionētu pagaidu 'spoka' vai 'tīkliņa' objektu, un pēc tam izmantojiet select notikumu, lai izveidotu pastāvīgu šī objekta transformācijas kopiju.

Izvietošanas pieredzes stabilizēšana

Neapstrādāti sensoru dati var būt trokšņaini, izraisot trāpījuma testa rezultāta — un līdz ar to jūsu tīkliņa — nelielu trīcēšanu pat tad, ja ierīce tiek turēta nekustīgi. Tas var būt mulsinoši lietotājam. Vienkāršs risinājums ir piemērot tīkliņa kustības izlīdzināšanu, izmantojot tādu tehniku kā lineārā interpolācija (LERP).

            // In your onXRFrame loop, instead of setting the position directly:

const targetPosition = new THREE.Vector3();
targetPosition.setFromMatrixPosition(hitPose.transform.matrix);

// Smoothly move the reticle towards the target position
// The 0.1 value controls the smoothing speed (lower is smoother)
reticle.position.lerp(targetPosition, 0.1);

// You can do the same for orientation with slerp (Spherical Linear Interpolation)
const targetQuaternion = new THREE.Quaternion();
targetQuaternion.setFromRotationMatrix(hitPose.transform.matrix);
reticle.quaternion.slerp(targetQuaternion, 0.1);

            

              
                Copy
              
            
          

Trāpījumu pārbaudes avota opciju izpratne

Metode requestHitTestSource var pieņemt opciju objektu, lai precizētu, ko jūs meklējat. Īpašība entityTypes ir īpaši noderīga:

• entityTypes: ['plane']: Tas atgriezīs trāpījumus tikai uz atklātām plakanām virsmām, piemēram, grīdām, galdiem un sienām. Tā bieži ir visvēlamākā opcija, lai novietotu objektus, piemēram, mēbeles vai virtuālos ekrānus.
• entityTypes: ['point']: Tas atgriezīs trāpījumus uz raksturīgiem punktiem, kas ir vizuāli atšķirīgi punkti vidē, kurus sistēma izseko. Tas var būt mazāk stabils nekā plaknes, bet ļauj izvietot objektus sarežģītākās, neplakanās vietās.
• entityTypes: ['mesh'] (eksperimentāls): Tas pieprasa trāpījumus pret dinamiski ģenerētu vides 3D tīklu (mesh). Kad tas ir pieejams, šī ir visspēcīgākā opcija, jo tā ļauj izvietot objektus uz jebkuras virsmas, neatkarīgi no tās formas.

Mijiedarbība ar izvietotajiem objektiem

Kad objekts ir novietots, tas pastāv jūsu virtuālajā ainā. WebXR Hit Test API vairs nav nepieciešams, lai ar to mijiedarbotos. Tā vietā jūs atgriežaties pie standarta 3D tehnikām.

Lai noteiktu lietotāja pieskārienu virtuālam objektam, jūs veicat starošanas metodi (raycast) savā 3D ainā. Pēc 'select' notikuma jūs:

1. Izveidojiet staru, kas sākas no kameras pozīcijas un ir vērsts tās skata virzienā.
2. Izmantojiet savas 3D bibliotēkas staru metēju (piem., `THREE.Raycaster`), lai pārbaudītu krustošanos starp šo staru un objektiem jūsu ainā.
3. Ja tiek atrasts krustpunkts ar kādu no jūsu izvietotajiem objektiem, jūs varat iedarbināt darbību, piemēram, mainīt tā krāsu, atskaņot animāciju vai to dzēst.

Ir svarīgi atšķirt šos divus jēdzienus: Trāpījumu pārbaude (Hit Testing) ir paredzēta virsmu atrašanai reālajā pasaulē. Starošanas metode (Raycasting) ir paredzēta objektu atrašanai jūsu virtuālajā ainā.

Reālās pasaules pielietojumi un globāli lietošanas gadījumi

WebXR trāpījumu pārbaude nav tikai tehnisks kuriozs; tā nodrošina jaudīgas lietojumprogrammas dažādās nozarēs visā pasaulē.

• E-komercija un mazumtirdzniecība: Globāli zīmoli var ļaut klientiem no jebkuras valsts vizualizēt produktus savās mājās pirms pirkuma. Mēbeļu uzņēmums Zviedrijā var ļaut klientam Japānā redzēt, kā jauns galds izskatās viņu ēdamistabā.
• AEC (Arhitektūra, inženierija, būvniecība): Arhitektūras firma Brazīlijā var kopīgot WebAR saiti ar klientu Vācijā, ļaujot viņam staigāt pa 1:1 mēroga virtuālu piedāvātās ēkas modeli faktiskajā būvlaukumā.
• Izglītība un apmācība: Medicīnas skola Indijā var nodrošināt studentiem tīmekļa AR rīku, lai uz sava galda novietotu un secētu virtuālu cilvēka sirdi, padarot sarežģītu mācīšanos pieejamu bez dārgas aparatūras.
• Mārketings un māksla: Mākslinieki un zīmoli var radīt uz atrašanās vietu balstītas AR pieredzes, ļaujot lietotājiem novietot digitālas skulptūras publiskos parkos vai redzēt jaunu automašīnas modeli, kas novietots viņu pašu piebraucamajā ceļā, pieejamu ikvienam ar saderīgu viedtālruni.

Izaicinājumi un WebXR trāpījumu pārbaudes nākotne

Lai gan tehnoloģija ir spēcīga, tā joprojām attīstās. Izstrādātājiem jāapzinās pašreizējie izaicinājumi un nākotnes tendences.

Ierīču un pārlūkprogrammu saderība

WebXR atbalsts pieaug, bet vēl nav universāls. Tas galvenokārt ir pieejams modernās Android ierīcēs, izmantojot Google Chrome. Atbalsts iOS ierīcēs ir ierobežotāks un bieži prasa specifiskas eksperimentālas pārlūkprogrammas. Vienmēr projektējiet, domājot par pakāpenisku funkcionalitātes samazināšanu (graceful degradation) — nodrošiniet rezerves 3D skatītāja pieredzi lietotājiem uz ierīcēm, kas neatbalsta AR.

Vides izpratnes ierobežojumi

Trāpījumu pārbaudes kvalitāte lielā mērā ir atkarīga no fiziskās vides. Tā var saskarties ar grūtībām noteiktos apstākļos:

• Vājš apgaismojums: Vāji apgaismotas telpas kamerai ir grūti apstrādāt.
• Virsmas bez raksturīgām pazīmēm: Lielai, vienkāršai baltai sienai vai spīdīgai melnai grīdai trūkst vizuālo pazīmju, kas nepieciešamas izsekošanai.
• Atstarojošas vai caurspīdīgas virsmas: Spoguļi un stikls var mulsināt sistēmas sensorus.

Nākotnes attīstība mākslīgā intelekta un datorredzes jomā novedīs pie robustākas semantiskās izpratnes, kur ierīce ne tikai redz 'plakni', bet atpazīst 'grīdu', 'sienu' vai 'galdu', nodrošinot inteliģentākas mijiedarbības.

Dziļuma un tīkla (Mesh) API uzplaukums

Trāpījumu pārbaudes nākotne slēpjas progresīvākos vides datos. Jaunās WebXR API ir gatavas to revolucionizēt:

• WebXR dziļuma sensoru API: Nodrošina dziļuma informāciju par katru pikseli no kameras, ļaujot daudz detalizētāk noteikt reālās pasaules ģeometriju. Tas ļauj virtuāliem objektiem tikt pareizi aizsegtiem ar reālās pasaules objektiem (piemēram, virtuāls tēls iet aiz īsta dīvāna).
• Reālās pasaules ģeometrija (Mesh API): Šī API nodrošina dinamisku, reāllaika 3D vides tīklu (mesh). Trāpījumu pārbaude pret šo tīklu ļauj perfekti izvietot objektus uz jebkuras virsmas, neatkarīgi no tās sarežģītības, sākot no grāmatu kaudzes līdz saburzītai segai.

Noslēgums: Būvējot tiltu starp pasaulēm

WebXR trāpījumu pārbaude ir vairāk nekā tikai API; tas ir fundamentāls mehānisms, kas ļauj mums pamatot mūsu digitālos darbus fiziskajā realitātē. Izprotot, kā pieprasīt avotu, apstrādāt rezultātus renderēšanas ciklā un pārvaldīt lietotāja ievadi, jūs varat veidot intuitīvas un jaudīgas AR pieredzes, kas ir pieejamas milzīgai globālai auditorijai, izmantojot tīmekļa pārlūkprogrammu.

No vienkāršas objektu izvietošanas līdz sarežģītām, interaktīvām lietojumprogrammām, trāpījumu pārbaudes apgūšana ir neapspriežama prasme jebkuram izstrādātājam, kurš ienāk ieskaujošajā tīmeklī. Tehnoloģijai turpinot attīstīties ar labāku vides sensoru un plašāku ierīču atbalstu, robeža starp fizisko un digitālo pasauli tikai turpinās izzust, un WebXR būs šīs transformācijas priekšgalā.