Wynik Testu Trafienia WebXR: Przetwarzanie Wyników Ray Casting dla Doświadczeń Immersyjnych

WebXR Device API otwiera ekscytujące możliwości tworzenia immersyjnych doświadczeń rzeczywistości rozszerzonej (AR) i wirtualnej rzeczywistości (VR) bezpośrednio w przeglądarce. Jednym z fundamentalnych aspektów budowania interaktywnych aplikacji WebXR jest zrozumienie i efektywne wykorzystanie wyników testów trafień. Ten wpis na blogu zawiera kompleksowy przewodnik po przetwarzaniu wyników testów trafień uzyskanych za pomocą ray casting, umożliwiając tworzenie intuicyjnych i angażujących interakcji użytkownika w scenach WebXR.

Czym jest Ray Casting i dlaczego jest ważny w WebXR?

Ray casting to technika używana do określenia, czy promień, wychodzący z określonego punktu i kierunku, przecina się z obiektami w scenie 3D. W WebXR, ray casting jest zazwyczaj używany do symulowania spojrzenia użytkownika lub trajektorii wirtualnego obiektu. Kiedy promień przecina się z powierzchnią w świecie rzeczywistym (w AR) lub wirtualnym obiektem (w VR), generowany jest wynik testu trafienia.

Wyniki testów trafień są kluczowe z kilku powodów:

• Umieszczanie Wirtualnych Obiektów: W AR, testy trafień pozwalają dokładnie umieszczać wirtualne obiekty na powierzchniach w świecie rzeczywistym, takich jak stoły, podłogi lub ściany.
• Interakcja Użytkownika: Śledząc, gdzie patrzy lub wskazuje użytkownik, testy trafień umożliwiają interakcje z wirtualnymi obiektami, takie jak wybieranie, manipulowanie lub aktywowanie ich.
• Nawigacja: W środowiskach VR, testy trafień mogą być używane do implementacji systemów nawigacji, umożliwiając użytkownikom teleportowanie się lub poruszanie po scenie poprzez wskazywanie określonych lokalizacji.
• Wykrywanie Kolizji: Testy trafień mogą być używane do podstawowego wykrywania kolizji, określając, kiedy wirtualny obiekt zderza się z innym obiektem lub światem rzeczywistym.

Zrozumienie WebXR Hit Test API

WebXR Hit Test API zapewnia niezbędne narzędzia do wykonywania ray casting i uzyskiwania wyników testów trafień. Oto podział kluczowych koncepcji i funkcji:

XRRay

XRRay reprezentuje promień w przestrzeni 3D. Jest on zdefiniowany przez punkt początkowy i wektor kierunku. Możesz utworzyć XRRay za pomocą metody XRFrame.getPose(), która zwraca pozę śledzonego źródła wejściowego (np. głowy użytkownika, kontrolera dłoni). Z pozy można wyprowadzić początek i kierunek promienia.

XRHitTestSource

XRHitTestSource reprezentuje źródło wyników testów trafień. Źródło testu trafień tworzy się za pomocą metody XRSession.requestHitTestSource() lub XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Pierwsza metoda jest ogólnie używana do ciągłego testowania trafień w oparciu o trwałe źródło, takie jak pozycja głowy użytkownika, podczas gdy druga jest przeznaczona do przejściowych zdarzeń wejściowych, takich jak naciśnięcia przycisków lub gesty.

XRHitTestResult

XRHitTestResult reprezentuje pojedynczy punkt przecięcia między promieniem a powierzchnią. Zawiera informacje o przecięciu, takie jak odległość od początku promienia do punktu trafienia i pozycja punktu trafienia w przestrzeni odniesienia sceny.

XRHitTestResult.getPose()

Ta metoda zwraca XRPose punktu trafienia. Poza zawiera pozycję i orientację punktu trafienia, które można wykorzystać do umieszczania wirtualnych obiektów lub wykonywania innych transformacji.

Przetwarzanie Wyników Testów Trafień: Przewodnik Krok po Kroku

Przejdźmy przez proces uzyskiwania i przetwarzania wyników testów trafień w aplikacji WebXR. Ten przykład zakłada, że używasz biblioteki renderującej, takiej jak three.js lub Babylon.js.

1. Żądanie Źródła Testu Trafienia

Najpierw musisz zażądać źródła testu trafienia od XRSession. Zwykle odbywa się to po uruchomieniu sesji. Należy określić układ współrzędnych, w którym mają być zwracane wyniki testu trafienia. Na przykład:

            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
              
            
          

Wyjaśnienie:

• xrSession.requestHitTestSource(): Ta funkcja żąda źródła testu trafienia z sesji XR.
• { space: xrSession.viewerSpace }: To określa układ współrzędnych, w którym będą zwracane wyniki testu trafienia. viewerSpace jest względna względem pozycji przeglądającego, a local jest względna względem początku XR. Możesz także użyć localFloor do śledzenia względem podłogi.
• Obsługa błędów: Blok try...catch zapewnia, że błędy podczas tworzenia źródła testu trafienia są przechwytywane i rejestrowane.

2. Wykonywanie Testu Trafienia w Pętli Animacji

Wewnątrz pętli animacji (funkcja, która renderuje każdą klatkę) należy wykonać test trafienia za pomocą metody XRFrame.getHitTestResults(). Ta metoda zwraca tablicę obiektów XRHitTestResult, reprezentujących wszystkie przecięcia znalezione w scenie.

            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
              
            
          

Wyjaśnienie:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): Pobiera pozę przeglądającego (zestawu słuchawkowego). Jest to konieczne, aby wiedzieć, gdzie jest przeglądający i gdzie patrzy.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): Wykonuje test trafienia przy użyciu wcześniej utworzonego źródła testu trafienia.
• hitTestResults.length > 0: Sprawdza, czy znaleziono jakieś przecięcia.

3. Przetwarzanie Wyników Testu Trafienia

Funkcja processHitTestResults() jest miejscem, w którym będziesz obsługiwać wyniki testu trafienia. Zazwyczaj wiąże się to z aktualizacją pozycji i orientacji wirtualnego obiektu na podstawie pozy punktu trafienia.

            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
              
            
          

Wyjaśnienie:

• hitTestResults[0]: Pobiera pierwszy wynik testu trafienia. Jeśli możliwe jest wiele przecięć, może być konieczne iterowanie po całej tablicy i wybranie najbardziej odpowiedniego wyniku na podstawie logiki aplikacji.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): Pobiera pozę punktu trafienia w określonej przestrzeni odniesienia.
• virtualObject.position.set(...) i virtualObject.quaternion.set(...): Aktualizują pozycję i rotację (kwaternion) wirtualnego obiektu (np. Mesh three.js), aby pasowały do pozy punktu trafienia.
• Informacje zwrotne wizualne: Przykład zawiera również kod do wyświetlania informacji zwrotnych wizualnych w punkcie trafienia, takich jak okrąg lub prosty znacznik, aby pomóc użytkownikowi zrozumieć, gdzie wchodzi w interakcję ze sceną.

Zaawansowane Techniki Testowania Trafień

Oprócz podstawowego przykładu powyżej, istnieje kilka zaawansowanych technik, których możesz użyć, aby ulepszyć implementacje testowania trafień:

Testowanie Trafień z Przejściowym Wejściem

W przypadku interakcji wyzwalanych przez przejściowe wejście, takie jak naciśnięcia przycisków lub gesty dłoni, można użyć metody XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Ta metoda tworzy źródło testu trafienia, które jest specyficzne dla pojedynczego zdarzenia wejściowego. Jest to przydatne, aby uniknąć niezamierzonych interakcji opartych na ciągłym testowaniu trafień.

            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
              
            
          

Filtrowanie Wyników Testu Trafienia

W niektórych przypadkach możesz chcieć filtrować wyniki testu trafienia na podstawie określonych kryteriów, takich jak odległość od początku promienia lub rodzaj powierzchni, która została przecięta. Można to osiągnąć, ręcznie filtrując tablicę XRHitTestResult po jej uzyskaniu.

            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
              
            
          

Używanie Różnych Przestrzeni Odniesienia

Wybór przestrzeni odniesienia (viewerSpace, local, localFloor lub inne niestandardowe przestrzenie) znacząco wpływa na sposób interpretacji wyników testu trafienia. Rozważ następujące kwestie:

• viewerSpace: Zapewnia wyniki względne względem pozycji przeglądającego. Jest to przydatne do tworzenia interakcji, które są bezpośrednio związane ze spojrzeniem użytkownika.
• local: Zapewnia wyniki względne względem początku XR (punktu początkowego sesji XR). Jest to odpowiednie do tworzenia doświadczeń, w których obiekty pozostają nieruchome w środowisku fizycznym.
• localFloor: Podobne do local, ale oś Y jest wyrównana z podłogą. Upraszcza to proces umieszczania obiektów na podłodze.

Wybierz przestrzeń odniesienia, która najlepiej pasuje do wymagań Twojej aplikacji. Eksperymentuj z różnymi przestrzeniami odniesienia, aby zrozumieć ich zachowanie i ograniczenia.

Strategie Optymalizacji Testowania Trafień

Testowanie trafień może być procesem wymagającym dużej mocy obliczeniowej, szczególnie w złożonych scenach. Oto kilka strategii optymalizacji do rozważenia:

• Ogranicz Częstotliwość Testów Trafień: Wykonuj testy trafień tylko wtedy, gdy jest to konieczne, a nie co klatkę. Na przykład możesz wykonywać testy trafień tylko wtedy, gdy użytkownik aktywnie wchodzi w interakcję ze sceną.
• Użyj Hierarchii Objętości Ograniczających (BVH): Jeśli wykonujesz testy trafień na dużej liczbie obiektów, rozważ użycie BVH, aby przyspieszyć obliczenia przecięć. Biblioteki takie jak three.js i Babylon.js zapewniają wbudowane implementacje BVH.
• Partycjonowanie Przestrzenne: Podziel scenę na mniejsze regiony i wykonuj testy trafień tylko w regionach, które prawdopodobnie zawierają przecięcia. Może to znacznie zmniejszyć liczbę obiektów, które należy sprawdzić.
• Zmniejsz Liczbę Wielokątów: Uprość geometrię swoich modeli, aby zmniejszyć liczbę wielokątów, które należy przetestować. Może to poprawić wydajność, szczególnie na urządzeniach mobilnych.
• WebWorker: Przenieś obliczenia do web workera, aby upewnić się, że proces testowania trafień nie blokuje wątku głównego.

Uwagi Dotyczące Wielu Platform

WebXR ma być wieloplatformowy, ale mogą występować subtelne różnice w zachowaniu na różnych urządzeniach i przeglądarkach. Pamiętaj o następujących kwestiach:

• Możliwości Urządzenia: Nie wszystkie urządzenia obsługują wszystkie funkcje WebXR. Użyj wykrywania funkcji, aby określić, które funkcje są dostępne, i odpowiednio dostosuj aplikację.
• Profile Wejściowe: Różne urządzenia mogą używać różnych profili wejściowych (np. generic-touchscreen, hand-tracking, gamepad). Upewnij się, że Twoja aplikacja obsługuje wiele profili wejściowych i zapewnia odpowiednie mechanizmy rezerwowe.
• Wydajność: Wydajność może się znacznie różnić na różnych urządzeniach. Zoptymalizuj swoją aplikację pod kątem urządzeń z najniższej półki, które planujesz obsługiwać.
• Kompatybilność z Przeglądarkami: Upewnij się, że Twoja aplikacja jest testowana i działa w głównych przeglądarkach, takich jak Chrome, Firefox i Edge.

Globalne Przykłady Aplikacji WebXR Używających Testowania Trafień

Oto kilka przykładów aplikacji WebXR, które skutecznie wykorzystują testowanie trafień do tworzenia atrakcyjnych i intuicyjnych doświadczeń użytkownika:

• IKEA Place (Szwecja): Pozwala użytkownikom wirtualnie umieszczać meble IKEA w swoich domach za pomocą AR. Testowanie trafień służy do dokładnego ustawiania mebli na podłodze i innych powierzchniach.
• Sketchfab AR (Francja): Umożliwia użytkownikom przeglądanie modeli 3D ze Sketchfab w AR. Testowanie trafień służy do umieszczania modeli w świecie rzeczywistym.
• Obrazy Rozszerzone (Różne): Wiele aplikacji AR używa śledzenia obrazów w połączeniu z testowaniem trafień, aby zakotwiczyć wirtualną zawartość do określonych obrazów lub znaczników w świecie rzeczywistym.
• Gry WebXR (Globalne): Tworzonych jest wiele gier przy użyciu WebXR, z których wiele opiera się na testowaniu trafień w celu umieszczania obiektów, interakcji i nawigacji.
• Wirtualne Wycieczki (Globalne): Immersyjne wycieczki po lokalizacjach, muzeach lub nieruchomościach często wykorzystują testowanie trafień do nawigacji użytkownika i interaktywnych elementów w środowisku wirtualnym.

Podsumowanie

Opanowanie wyników testów trafień WebXR i przetwarzania ray casting jest niezbędne do tworzenia atrakcyjnych i intuicyjnych doświadczeń AR i VR w sieci. Rozumiejąc podstawowe koncepcje i stosując techniki opisane w tym wpisie na blogu, możesz tworzyć immersyjne aplikacje, które płynnie łączą światy wirtualny i rzeczywisty, lub tworzyć angażujące środowiska wirtualne z naturalnymi i intuicyjnymi interakcjami użytkownika. Pamiętaj, aby zoptymalizować implementację testowania trafień pod kątem wydajności i wziąć pod uwagę kompatybilność z wieloma platformami, aby zapewnić płynne działanie wszystkim użytkownikom. W miarę jak ekosystem WebXR ewoluuje, spodziewaj się dalszych ulepszeń i udoskonaleń interfejsu API testowania trafień, otwierając jeszcze więcej kreatywnych możliwości dla immersyjnego rozwoju sieci. Zawsze sprawdzaj najnowsze specyfikacje WebXR i dokumentację przeglądarki, aby uzyskać najbardziej aktualne informacje.