Resultado de Teste de Impacto WebXR: Processamento de Resultados de Ray Casting para Experiências Imersivas

A API WebXR Device abre possibilidades excitantes para criar experiências imersivas de realidade aumentada (AR) e realidade virtual (VR) diretamente no navegador. Um dos aspectos fundamentais da construção de aplicações WebXR interativas é entender e utilizar efetivamente os resultados de teste de impacto. Este post explora um guia completo para processar resultados de teste de impacto obtidos através de ray casting, permitindo que você crie interações de usuário intuitivas e envolventes dentro de suas cenas WebXR.

O que é Ray Casting e Por que é Importante em WebXR?

Ray casting é uma técnica usada para determinar se um raio, originado de um ponto e direção específicos, intersecta objetos em uma cena 3D. Em WebXR, ray casting é tipicamente usado para simular o olhar do usuário ou a trajetória de um objeto virtual. Quando o raio intersecta uma superfície do mundo real (em AR) ou um objeto virtual (em VR), um resultado de teste de impacto é gerado.

Resultados de teste de impacto são cruciais por várias razões:

• Posicionamento de Objetos Virtuais: Em AR, testes de impacto permitem que você posicione com precisão objetos virtuais em superfícies do mundo real, como mesas, pisos ou paredes.
• Interação do Usuário: Rastreando para onde o usuário está olhando ou apontando, testes de impacto permitem interações com objetos virtuais, como selecioná-los, manipulá-los ou ativá-los.
• Navegação: Em ambientes VR, testes de impacto podem ser usados para implementar sistemas de navegação, permitindo que os usuários teletransportem ou se movam pela cena apontando para locais específicos.
• Detecção de Colisão: Testes de impacto podem ser usados para detecção básica de colisão, determinando quando um objeto virtual colide com outro objeto ou com o mundo real.

Entendendo a API WebXR Hit Test

A API WebXR Hit Test fornece as ferramentas necessárias para realizar ray casting e obter resultados de teste de impacto. Aqui está um detalhamento dos conceitos e funções principais:

XRRay

Um XRRay representa um raio no espaço 3D. Ele é definido por um ponto de origem e um vetor de direção. Você pode criar um XRRay usando o método XRFrame.getPose(), que retorna a pose de uma fonte de entrada rastreada (por exemplo, a cabeça do usuário, um controle de mão). A partir da pose, você pode derivar a origem e a direção do raio.

XRHitTestSource

Um XRHitTestSource representa uma fonte de resultados de teste de impacto. Você cria uma fonte de teste de impacto usando o método XRSession.requestHitTestSource() ou XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). O primeiro método é geralmente usado para testes de impacto contínuos baseados em uma fonte persistente, como a posição da cabeça do usuário, enquanto o segundo é destinado a eventos de entrada transitórios, como pressionamentos de botão ou gestos.

XRHitTestResult

Um XRHitTestResult representa um único ponto de interseção entre o raio e uma superfície. Ele contém informações sobre a interseção, como a distância da origem do raio até o ponto de impacto e a pose do ponto de impacto no espaço de referência da cena.

XRHitTestResult.getPose()

Este método retorna a XRPose do ponto de impacto. A pose contém a posição e orientação do ponto de impacto, que pode ser usada para posicionar objetos virtuais ou realizar outras transformações.

Processando Resultados de Teste de Impacto: Um Guia Passo a Passo

Vamos percorrer o processo de obtenção e processamento de resultados de teste de impacto em uma aplicação WebXR. Este exemplo assume que você está usando uma biblioteca de renderização como three.js ou Babylon.js.

1. Solicitando uma Fonte de Teste de Impacto

Primeiro, você precisa solicitar uma fonte de teste de impacto da XRSession. Isso é tipicamente feito após o início da sessão. Você precisará especificar o sistema de coordenadas em que deseja que os resultados do teste de impacto sejam retornados. Por exemplo:

            let xrHitTestSource = null;

async function createHitTestSource(xrSession) {
  try {
    xrHitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
      space: xrSession.viewerSpace // Ou xrSession.local
    });
  } catch (error) {
    console.error("Falha ao criar fonte de teste de impacto: ", error);
  }
}

// Chame esta função após o início da sessão XR
// createHitTestSource(xrSession);

            

              
                Copy
              
            
          

Explicação:

• xrSession.requestHitTestSource(): Esta função solicita uma fonte de teste de impacto da sessão XR.
• { space: xrSession.viewerSpace }: Isso especifica o sistema de coordenadas em que os resultados do teste de impacto serão retornados. viewerSpace é relativo à posição do espectador, enquanto local é relativo à origem XR. Você também pode usar localFloor para rastreamento relativo ao chão.
• Tratamento de Erros: O bloco try...catch garante que erros durante a criação da fonte de teste de impacto sejam capturados e registrados.

2. Realizando o Teste de Impacto no Loop de Animação

Dentro do seu loop de animação (a função que renderiza cada frame), você precisará realizar o teste de impacto usando o método XRFrame.getHitTestResults(). Este método retorna um array de objetos XRHitTestResult, representando todas as interseções encontradas na cena.

            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
              
            
          

Explicação:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): Obtém a pose do visualizador (headset). Isso é necessário para saber onde o visualizador está e para onde ele está olhando.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): Realiza o teste de impacto usando a fonte de teste de impacto criada anteriormente.
• hitTestResults.length > 0: Verifica se alguma interseção foi encontrada.

3. Processando os Resultados do Teste de Impacto

A função processHitTestResults() é onde você lidará com os resultados do teste de impacto. Isso normalmente envolve atualizar a posição e a orientação de um objeto virtual com base na pose do ponto de impacto.

            function processHitTestResults(hitTestResults) {
  const hit = hitTestResults[0]; // Obtém o primeiro resultado de impacto
  const hitPose = hit.getPose(xrSession.referenceSpace);

  if (hitPose) {
    // Atualiza a posição e a orientação de um objeto virtual
    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);

    // Mostra feedback visual (por exemplo, um círculo) no ponto de impacto
    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
              
            
          

Explicação:

• hitTestResults[0]: Recupera o primeiro resultado de teste de impacto. Se múltiplas interseções forem possíveis, você pode precisar iterar por todo o array e escolher o resultado mais apropriado com base na lógica da sua aplicação.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): Obtém a pose do ponto de impacto no espaço de referência especificado.
• virtualObject.position.set(...) e virtualObject.quaternion.set(...): Atualiza a posição e a rotação (quaternidade) de um objeto virtual (por exemplo, um Mesh do three.js) para corresponder à pose do ponto de impacto.
• Feedback Visual: O exemplo também inclui código para mostrar feedback visual no ponto de impacto, como um círculo ou um marcador simples, para ajudar o usuário a entender onde ele está interagindo com a cena.

Técnicas Avançadas de Teste de Impacto

Além do exemplo básico acima, existem várias técnicas avançadas que você pode usar para aprimorar suas implementações de teste de impacto:

Teste de Impacto com Entrada Transitória

Para interações acionadas por entrada transitória, como pressionamentos de botão ou gestos de mão, você pode usar o método XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Este método cria uma fonte de teste de impacto específica para um único evento de entrada. Isso é útil para evitar interações não intencionais baseadas em testes de impacto contínuos.

            async function handleSelect(event) {
  try {
    const frame = event.frame;
    const inputSource = event.inputSource;

    const hitTestResults = await frame.getHitTestResultsForTransientInput(inputSource, {
      profile: 'generic-touchscreen', // Ou o perfil de entrada apropriado
      space: xrSession.viewerSpace
    });

    if (hitTestResults.length > 0) {
      processHitTestResults(hitTestResults);
    }
  } catch (error) {
    console.error("Erro durante o teste de impacto transitório: ", error);
  }
}

// Anexe esta função ao seu listener de evento de seleção de entrada
// xrSession.addEventListener('select', handleSelect);

            

              
                Copy
              
            
          

Filtrando Resultados de Teste de Impacto

Em alguns casos, você pode querer filtrar os resultados do teste de impacto com base em critérios específicos, como a distância da origem do raio ou o tipo de superfície intersectada. Você pode conseguir isso filtrando manualmente o array XRHitTestResult após obtê-lo.

            function processHitTestResults(hitTestResults) {
  const filteredResults = hitTestResults.filter(result => {
    const hitPose = result.getPose(xrSession.referenceSpace);
    if (!hitPose) return false; // Pula se não houver 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; // Considera apenas impactos dentro de 2 metros
  });

  if (filteredResults.length > 0) {
    const hit = filteredResults[0];
    const hitPose = hit.getPose(xrSession.referenceSpace);

    if (hitPose) {
      // Atualiza a posição do objeto com base no resultado filtrado
      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
              
            
          

Usando Diferentes Espaços de Referência

A escolha do espaço de referência (viewerSpace, local, localFloor ou outros espaços personalizados) impacta significativamente como os resultados do teste de impacto são interpretados. Considere o seguinte:

• viewerSpace: Fornece resultados relativos à posição do espectador. Isso é útil para criar interações diretamente ligadas ao olhar do usuário.
• local: Fornece resultados relativos à origem XR (o ponto de partida da sessão XR). Isso é adequado para criar experiências onde os objetos permanecem fixos no ambiente físico.
• localFloor: Semelhante a local, mas o eixo Y está alinhado com o chão. Isso simplifica o processo de posicionar objetos no chão.

Escolha o espaço de referência que melhor se alinha com os requisitos da sua aplicação. Experimente diferentes espaços de referência para entender seu comportamento e limitações.

Estratégias de Otimização para Teste de Impacto

O teste de impacto pode ser um processo computacionalmente intensivo, especialmente em cenas complexas. Aqui estão algumas estratégias de otimização a serem consideradas:

• Limite a Frequência de Testes de Impacto: Realize testes de impacto apenas quando necessário, em vez de a cada frame. Por exemplo, você pode realizar testes de impacto apenas quando o usuário está interagindo ativamente com a cena.
• Use uma Hierarquia de Volume de Limite (BVH): Se você estiver realizando testes de impacto contra um grande número de objetos, considere usar um BVH para acelerar os cálculos de interseção. Bibliotecas como three.js e Babylon.js fornecem implementações de BVH integradas.
• Particionamento Espacial: Divida a cena em regiões menores e realize testes de impacto apenas contra as regiões que provavelmente contêm interseções. Isso pode reduzir significativamente o número de objetos que precisam ser verificados.
• Reduza a Contagem de Polígonos: Simplifique a geometria de seus modelos para reduzir o número de polígonos que precisam ser testados. Isso pode melhorar o desempenho, especialmente em dispositivos móveis.
• WebWorker: Descarregue o cálculo para um web worker para garantir que o processo de teste de impacto não bloqueie o thread principal.

Considerações Multiplataforma

O WebXR visa ser multiplataforma, mas pode haver diferenças sutis no comportamento entre diferentes dispositivos e navegadores. Mantenha o seguinte em mente:

• Capacidades do Dispositivo: Nem todos os dispositivos suportam todos os recursos WebXR. Use detecção de recursos para determinar quais recursos estão disponíveis e adapte sua aplicação de acordo.
• Perfis de Entrada: Diferentes dispositivos podem usar diferentes perfis de entrada (por exemplo, generic-touchscreen, rastreamento de mãos, gamepad). Certifique-se de que sua aplicação suporte múltiplos perfis de entrada e forneça mecanismos de fallback apropriados.
• Desempenho: O desempenho pode variar significativamente entre diferentes dispositivos. Otimize sua aplicação para os dispositivos de menor performance que você planeja suportar.
• Compatibilidade do Navegador: Certifique-se de que seu aplicativo seja testado e funcione nos principais navegadores como Chrome, Firefox e Edge.

Exemplos Globais de Aplicações WebXR Usando Teste de Impacto

Aqui estão alguns exemplos de aplicações WebXR que utilizam efetivamente o teste de impacto para criar experiências de usuário atraentes e intuitivas:

• IKEA Place (Suécia): Permite que os usuários coloquem virtualmente móveis da IKEA em suas casas usando AR. O teste de impacto é usado para posicionar com precisão os móveis no chão e em outras superfícies.
• Sketchfab AR (França): Permite que os usuários visualizem modelos 3D do Sketchfab em AR. O teste de impacto é usado para colocar os modelos no mundo real.
• Imagens Aumentadas (Vários): Muitas aplicações de AR usam rastreamento de imagem combinado com teste de impacto para ancorar conteúdo virtual em imagens ou marcadores específicos no mundo real.
• Jogos WebXR (Global): Numerosos jogos estão sendo desenvolvidos usando WebXR, muitos dos quais dependem de testes de impacto para posicionamento de objetos, interação e navegação.
• Tours Virtuais (Global): Tours imersivos de locais, museus ou propriedades frequentemente empregam testes de impacto para navegação do usuário e elementos interativos dentro do ambiente virtual.

Conclusão

Dominar os resultados de teste de impacto WebXR e o processamento de ray casting é essencial para criar experiências AR e VR envolventes e intuitivas na web. Ao entender os conceitos subjacentes e aplicar as técnicas descritas neste post, você pode construir aplicações imersivas que misturam perfeitamente o mundo virtual e o real, ou criar ambientes virtuais envolventes com interações de usuário naturais e intuitivas. Lembre-se de otimizar sua implementação de teste de impacto para desempenho e considerar a compatibilidade multiplataforma para garantir uma experiência fluida para todos os usuários. À medida que o ecossistema WebXR continua a evoluir, espere mais avanços e refinamentos na API de teste de impacto, abrindo ainda mais possibilidades criativas para o desenvolvimento web imersivo. Sempre consulte as especificações WebXR mais recentes e a documentação do navegador para obter as informações mais atualizadas.