Hit Testing w WebXR: Przewodnik po umieszczaniu obiektów AR w Metaverse

Metawersum gwałtownie ewoluuje, a Rzeczywistość Rozszerzona (AR) odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu jego przyszłości. WebXR, internetowa platforma dla immersyjnych doświadczeń, umożliwia deweloperom tworzenie wieloplatformowych aplikacji AR, które mogą działać bezpośrednio w przeglądarce. Jednym z fundamentalnych aspektów tworzenia angażujących doświadczeń AR jest zdolność do realistycznego umieszczania wirtualnych obiektów w fizycznym otoczeniu użytkownika. Właśnie tutaj do gry wchodzi hit testing.

Czym jest Hit Testing w WebXR?

Hit testing, w kontekście WebXR, to proces określania, czy promień rzutowany z perspektywy użytkownika przecina się z powierzchnią w świecie rzeczywistym. Ten punkt przecięcia dostarcza współrzędnych przestrzennych potrzebnych do precyzyjnego pozycjonowania wirtualnych obiektów i tworzenia iluzji, że są one płynnie zintegrowane z otoczeniem użytkownika. Wyobraź sobie umieszczanie wirtualnego krzesła w swoim salonie za pomocą kamery telefonu – to właśnie hit testing to umożliwia.

W gruncie rzeczy, pozwala to aplikacji WebXR odpowiedzieć na pytanie: „Jeśli skieruję swoje urządzenie w określone miejsce, w jaką rzeczywistą powierzchnię uderza wirtualny promień mojego urządzenia?”. Odpowiedź dostarcza współrzędnych 3D (X, Y, Z) oraz orientacji tej powierzchni.

Dlaczego Hit Testing jest ważny dla AR?

Hit testing jest kluczowy z kilku powodów:

• Realistyczne umieszczanie obiektów: Bez hit testingu wirtualne obiekty unosiłyby się w przestrzeni lub wydawałyby się przenikać przez rzeczywiste powierzchnie, niszcząc iluzję AR. Hit testing zapewnia, że obiekty są osadzone na podłożu i przekonująco interagują z otoczeniem.
• Naturalna interakcja: Pozwala użytkownikom intuicyjnie wchodzić w interakcję z wirtualnymi obiektami poprzez stukanie lub wskazywanie miejsc w świecie rzeczywistym. Pomyśl o wyborze miejsca na biurku, aby umieścić wirtualną roślinę.
• Rozumienie przestrzenne: Hit testing dostarcza informacji o otoczeniu użytkownika, umożliwiając aplikacji zrozumienie układu i relacji między rzeczywistymi obiektami. Można to wykorzystać do tworzenia bardziej zaawansowanych doświadczeń AR.
• Ulepszone doświadczenie użytkownika: Umożliwiając realistyczne umieszczanie i interakcję, hit testing sprawia, że doświadczenia AR są bardziej wciągające i przyjazne dla użytkownika.

Jak działa Hit Testing w WebXR

API WebXR Hit Test dostarcza narzędzi potrzebnych do przeprowadzenia testowania trafień. Oto omówienie kluczowych kroków:

1. Zażądaj sesji AR: Pierwszym krokiem jest zażądanie sesji AR od API WebXR. Obejmuje to sprawdzenie możliwości AR na urządzeniu użytkownika i uzyskanie prawidłowej ramki XRFrame.
2. Utwórz źródło testu trafień (Hit Test Source): Źródło testu trafień reprezentuje spojrzenie użytkownika lub kierunek wskazywania przez jego urządzenie. Tworzysz je za pomocą metody XRFrame.getHitTestInputSource() lub podobnej, która zwraca XRInputSource. To źródło wejściowe reprezentuje sposób, w jaki użytkownik wchodzi w interakcję ze sceną.
3. Przeprowadź test trafień: Używając źródła testu trafień, rzutujesz promień na scenę za pomocą XRFrame.getHitTestResults(hitTestSource). Metoda ta zwraca tablicę obiektów XRHitTestResult, z których każdy reprezentuje potencjalne przecięcie z rzeczywistą powierzchnią.
4. Przetwórz wyniki: Każdy obiekt XRHitTestResult zawiera informacje o przecięciu, w tym pozycję 3D (XRRay) i orientację (XRRigidTransform) trafienia. Możesz następnie użyć tych informacji do ustawienia pozycji i orientacji swojego wirtualnego obiektu.

Uproszczony przykład kodu (koncepcyjny):

// Zakładając, że xrSession i xrRefSpace są już uzyskane.

let hitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
  space: xrRefSpace, // XRReferenceSpace używana do przeprowadzania testów trafień.
  profile: 'generic-touchscreen', // Opcjonalny ciąg znaków wskazujący, którego profilu wejściowego użyć podczas testowania trafień.
});


function onXRFrame(time, frame) {
  // ... inne przetwarzanie ramki XR ...

  const hitTestResults = frame.getHitTestResults(hitTestSource);
  if (hitTestResults.length > 0) {
    const hit = hitTestResults[0];
    const pose = hit.getPose(xrRefSpace); // Pobierz pozycję i orientację (pose) trafienia

    // Ustaw pozycję obiektu 3D, używając pozycji i orientacji trafienia
    object3D.position.set(pose.transform.position.x, pose.transform.position.y, pose.transform.position.z);
    object3D.quaternion.set(pose.transform.orientation.x, pose.transform.orientation.y, pose.transform.orientation.z, pose.transform.orientation.w);

  }
}

Hit Testing w WebXR w praktyce: Przykłady i przypadki użycia

Hit testing otwiera szeroki wachlarz możliwości dla aplikacji AR. Oto kilka przykładów:

• E-commerce: Pozwól klientom wirtualnie umieszczać meble lub sprzęt AGD w swoich domach przed dokonaniem zakupu. Użytkownik z Niemiec mógłby użyć aplikacji do wizualizacji nowej sofy w swoim salonie, upewniając się, że pasuje do przestrzeni i komponuje się z istniejącym wystrojem. Podobna aplikacja mogłaby pozwolić użytkownikowi z Japonii zobaczyć, jak nowy sprzęt AGD zmieściłby się w ich często mniejszych przestrzeniach mieszkalnych.
• Gry: Twórz gry AR, w których wirtualne postacie wchodzą w interakcję z prawdziwym światem. Wyobraź sobie grę, w której wirtualne zwierzaki mogą biegać po Twoim salonie i chować się za meblami. Gra musiałaby dokładnie wykrywać podłogę i wszelkie obiekty obecne w pokoju.
• Edukacja: Wizualizuj złożone koncepcje naukowe w 3D, pozwalając uczniom na interakcję z wirtualnymi modelami we własnym otoczeniu. Uczeń z Brazylii mógłby użyć aplikacji AR do zbadania struktury cząsteczki, umieszczając model na swoim biurku i obracając go dla lepszego zrozumienia.
• Architektura i projektowanie: Pozwól architektom i projektantom wizualizować plany budynków lub projekty wnętrz w kontekście świata rzeczywistego. Architekt w Dubaju mógłby użyć AR do zaprezentowania nowego projektu budynku klientowi, pozwalając mu na spacer wokół wirtualnej reprezentacji budynku nałożonej na rzeczywisty plac budowy.
• Szkolenia i symulacje: Twórz realistyczne symulacje szkoleniowe dla różnych branż, takich jak opieka zdrowotna czy produkcja. Student medycyny w Nigerii mógłby ćwiczyć procedury chirurgiczne na wirtualnym pacjencie nałożonym na manekina, otrzymując informacje zwrotne w czasie rzeczywistym na podstawie swoich działań.

Wybór odpowiedniego frameworka WebXR

Kilka frameworków WebXR może uprościć proces tworzenia i dostarczyć gotowe komponenty do hit testingu:

• Three.js: Popularna biblioteka JavaScript do tworzenia grafiki 3D w internecie. Oferuje doskonałe wsparcie dla WebXR i dostarcza narzędzi do obsługi hit testingu.
• Babylon.js: Inny potężny framework JavaScript do budowania doświadczeń 3D. Posiada kompleksowy zestaw narzędzi i funkcji do rozwoju WebXR, w tym wbudowane możliwości hit testingu.
• A-Frame: Webowy framework do budowania doświadczeń VR za pomocą HTML. A-Frame upraszcza rozwój WebXR dzięki swojej deklaratywnej składni i wbudowanym komponentom, co ułatwia implementację hit testingu.

Pokonywanie wyzwań w Hit Testingu WebXR

Chociaż hit testing jest potężnym narzędziem, stawia również pewne wyzwania:

• Dokładność: Dokładność hit testingu zależy od czynników takich jak warunki oświetleniowe, czujniki urządzenia i jakość śledzenia otoczenia. W słabo oświetlonych miejscach śledzenie może być mniej dokładne, co prowadzi do mniej precyzyjnego umieszczania obiektów.
• Wydajność: Częste przeprowadzanie testów trafień może wpływać na wydajność, zwłaszcza na urządzeniach mobilnych. Kluczowe jest zoptymalizowanie procesu hit testingu i unikanie niepotrzebnych obliczeń.
• Okluzja (przesłanianie): Określenie, kiedy wirtualny obiekt jest przesłonięty (ukryty) przez obiekt ze świata rzeczywistego, może być skomplikowane. Do dokładnej obsługi okluzji potrzebne są zaawansowane techniki, takie jak rozumienie sceny i wykrywanie głębi.
• Kompatybilność między przeglądarkami: Chociaż WebXR staje się coraz bardziej ustandaryzowany, różnice w implementacjach przeglądarek wciąż mogą stanowić wyzwanie. Kluczowe jest testowanie aplikacji na różnych przeglądarkach i urządzeniach.

Dobre praktyki w Hit Testingu WebXR

Oto kilka dobrych praktyk, które zapewnią płynną i skuteczną implementację hit testingu:

• Optymalizuj częstotliwość testów trafień: Unikaj przeprowadzania testów trafień w każdej klatce, jeśli nie jest to konieczne. Zamiast tego, wykonuj je tylko wtedy, gdy użytkownik aktywnie wchodzi w interakcję ze sceną lub gdy pozycja urządzenia znacznie się zmienia. Rozważ zaimplementowanie mechanizmu ograniczającego (throttling), aby zmniejszyć liczbę testów na sekundę.
• Zapewnij wizualną informację zwrotną: Daj użytkownikom wizualną informację zwrotną, aby wskazać, że test trafienia został wykonany i że wykryto powierzchnię. Może to być prosty sygnał wizualny, taki jak okrąg lub siatka, pojawiający się na wykrytej powierzchni.
• Używaj wielu testów trafień: Aby uzyskać dokładniejsze wyniki, rozważ wykonanie wielu testów trafień i uśrednienie wyników. Może to pomóc w redukcji szumów i poprawie stabilności umieszczania obiektów.
• Obsługuj błędy w elegancki sposób: Zaimplementuj obsługę błędów, aby płynnie radzić sobie z sytuacjami, w których hit testing zawodzi, na przykład gdy urządzenie traci śledzenie lub gdy nie wykryto żadnych powierzchni. Dostarczaj użytkownikowi informacyjne komunikaty, aby przeprowadzić go przez proces.
• Rozważ semantykę otoczenia (przyszłość): W miarę ewolucji WebXR, rozważ wykorzystanie API semantyki otoczenia (gdy będą dostępne), aby uzyskać głębsze zrozumienie środowiska użytkownika. Może to umożliwić bardziej realistyczne i świadome kontekstu doświadczenia AR. Na przykład, zrozumienie, że powierzchnia jest stołem, a nie podłogą, może wpłynąć na zachowanie podczas umieszczania obiektów.

Przyszłość WebXR i umieszczania obiektów AR

Przyszłość hit testingu w WebXR rysuje się w jasnych barwach. W miarę ewolucji technologii możemy oczekiwać:

• Poprawiona dokładność: Postępy w dziedzinie widzenia komputerowego i technologii czujników doprowadzą do dokładniejszego i bardziej niezawodnego hit testingu.
• Zwiększona wydajność: Optymalizacje w WebXR i silnikach przeglądarek poprawią wydajność hit testingu, pozwalając na bardziej złożone i wymagające doświadczenia AR.
• Rozumienie semantyczne: Integracja możliwości rozumienia semantycznego pozwoli aplikacjom na wnioskowanie o otoczeniu i tworzenie bardziej inteligentnych i świadomych kontekstu interakcji AR.
• Wieloosobowe AR: Hit testing odegra kluczową rolę w umożliwianiu wieloosobowych doświadczeń AR, pozwalając wielu użytkownikom na interakcję z tymi samymi wirtualnymi obiektami w tej samej fizycznej przestrzeni.

Podsumowanie

Hit testing w WebXR jest fundamentalnym elementem tworzenia angażujących i realistycznych doświadczeń AR w sieci. Rozumiejąc zasady i dobre praktyki hit testingu, deweloperzy mogą uwolnić pełny potencjał AR i tworzyć innowacyjne aplikacje dla szerokiego zakresu branż. W miarę jak WebXR będzie się rozwijać, hit testing stanie się jeszcze potężniejszy i niezbędny do kształtowania przyszłości Metawersum.

Pamiętaj, aby być na bieżąco z najnowszymi specyfikacjami WebXR i implementacjami przeglądarek, aby zapewnić kompatybilność i korzystać z nowych funkcji i ulepszeń. Eksperymentuj z różnymi frameworkami i technikami, aby znaleźć najlepsze podejście dla swojej konkretnej aplikacji AR. A co najważniejsze, skup się na tworzeniu intuicyjnych i wciągających doświadczeń użytkownika, które płynnie łączą świat wirtualny z rzeczywistym.