Fontes de Entrada WebXR: Dominando o Rastreamento de Controles e Mãos para Experiências Imersivas

O WebXR oferece ferramentas poderosas para criar experiências imersivas de realidade virtual e aumentada diretamente no navegador. Um aspeto crucial de qualquer aplicação imersiva é a forma como os utilizadores interagem com o mundo virtual. O WebXR oferece suporte robusto para várias fontes de entrada, principalmente controles e rastreamento de mãos. Compreender como aproveitar esses métodos de entrada é fundamental para criar experiências intuitivas e envolventes para um público global.

Compreendendo as Fontes de Entrada WebXR

No WebXR, uma fonte de entrada representa um dispositivo físico ou método usado para interagir com o ambiente virtual. Essas fontes de entrada podem variar de simples controles do tipo gamepad a sistemas sofisticados de rastreamento de mãos. Cada fonte de entrada fornece um fluxo de dados que os desenvolvedores podem usar para controlar objetos, navegar na cena e acionar ações dentro da experiência XR.

Tipos de Fontes de Entrada

• Controles: Dispositivos físicos com botões, joysticks, gatilhos e touchpads que os utilizadores seguram e manipulam. Os controles são um método de entrada comum e fiável para experiências de RV.
• Rastreamento de Mãos: Utiliza câmaras e algoritmos de visão computacional para detetar e rastrear as mãos do utilizador no espaço 3D. Isso permite interações naturais e intuitivas com o ambiente virtual.
• Outras Fontes de Entrada: Embora menos comuns, o WebXR também pode suportar outras fontes de entrada como o rastreamento da cabeça (usando interação baseada no olhar) e o reconhecimento de voz.

Trabalhando com Controles em WebXR

Os controles são uma fonte de entrada amplamente suportada e relativamente simples para o desenvolvimento WebXR. Eles oferecem um equilíbrio entre precisão e facilidade de uso, tornando-os adequados para uma vasta gama de aplicações.

Detetando e Acessando Controles

A API WebXR fornece eventos para notificar os desenvolvedores quando novas fontes de entrada são conectadas ou desconectadas. O evento xr.session.inputsourceschange é a principal forma de detetar alterações nas fontes de entrada disponíveis.

            xrSession.addEventListener('inputsourceschange', (event) => {
  // Nova fonte de entrada conectada
  event.added.forEach(inputSource => {
    console.log('Nova fonte de entrada:', inputSource);
    // Lidar com a nova fonte de entrada
  });

  // Fonte de entrada desconectada
  event.removed.forEach(inputSource => {
    console.log('Fonte de entrada removida:', inputSource);
    // Lidar com a fonte de entrada desconectada
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Uma vez que uma fonte de entrada é detetada, pode aceder às suas propriedades para determinar as suas capacidades e como interagir com ela. A matriz inputSource.profiles contém uma lista de perfis padronizados que descrevem o layout e a funcionalidade do controle. Perfis comuns incluem 'generic-trigger', 'oculus-touch' e 'google-daydream'.

Obtendo Dados do Controle

Para obter o estado atual de um controle (por exemplo, pressionamentos de botão, posições do joystick, valores de gatilho), precisa usar o método XRFrame.getControllerState(). Este método retorna um objeto XRInputSourceState contendo os valores de entrada atuais do controle.

            xrSession.requestAnimationFrame(function onAnimationFrame(time, frame) {
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

  if (pose) {
    const inputSources = xrSession.inputSources;

    for (const inputSource of inputSources) {
      if (inputSource.hand) continue; // Ignorar rastreamento de mãos

      const inputSourceState = frame.getControllerState(inputSource);

      if (inputSourceState) {
        // Aceder aos estados dos botões
        for (const button of inputSourceState.buttons) {
          if (button.pressed) {
            // Lidar com o evento de pressionamento de botão
            console.log('Botão pressionado:', button);
          }
        }

        // Aceder aos valores dos eixos (ex., posições do joystick)
        for (const axis of inputSourceState.axes) {
          console.log('Valor do eixo:', axis);
          // Usar o valor do eixo para controlar movimento ou outras ações
        }

         //Aceder ao estado de aperto (se disponível)
         if (inputSourceState.squeeze != null) {
          if(inputSourceState.squeeze.pressed) {
             console.log("Aperto pressionado");
          }
         }
      }
    }
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Visualizando a Presença do Controle

É essencial fornecer feedback visual ao utilizador para indicar a presença e a posição dos seus controles no mundo virtual. Pode conseguir isso criando modelos 3D dos controles e atualizando as suas posições e orientações com base na pose do controle.

            const inputSources = xrSession.inputSources;
for (const inputSource of inputSources) {
    if (inputSource.hand) continue; // Ignorar rastreamento de mãos
    const gripPose = frame.getPose(inputSource.gripSpace, xrReferenceSpace);
    if (gripPose) {
        // Atualizar a posição e rotação do modelo do controle
        controllerModel.position.set(gripPose.transform.position.x, gripPose.transform.position.y, gripPose.transform.position.z);
        controllerModel.quaternion.set(gripPose.transform.orientation.x, gripPose.transform.orientation.y, gripPose.transform.orientation.z, gripPose.transform.orientation.w);
    }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Exemplo: Interação Baseada em Controle – Teletransporte

Um caso de uso comum para controles é o teletransporte, permitindo que os utilizadores se movam rapidamente dentro do ambiente virtual. Eis um exemplo simplificado de como implementar o teletransporte usando um gatilho de controle:

            // Verificar se o botão de gatilho está pressionado
if (inputSourceState.buttons[0].pressed) {
  // Executar a lógica de teletransporte
  const targetPosition = calculateTeleportLocation();
  xrReferenceSpace = xrSession.requestReferenceSpace('local-floor', { position: targetPosition });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Aproveitando o Poder do Rastreamento de Mãos em WebXR

O rastreamento de mãos oferece um método de interação mais natural e intuitivo em comparação com os controles. Permite que os utilizadores manipulem diretamente objetos virtuais, façam gestos e interajam com o ambiente usando as suas próprias mãos.

Habilitando o Rastreamento de Mãos

O rastreamento de mãos requer a solicitação do recurso opcional 'hand-tracking' ao criar a sessão WebXR.

            navigator.xr.requestSession('immersive-vr', {
  requiredFeatures: [],
  optionalFeatures: ['hand-tracking']
}).then(session => {
  xrSession = session;
  // ...
});

            

              
                Copy
              
            
          

Acessando Dados da Mão

Uma vez habilitado o rastreamento de mãos, pode aceder aos dados da mão através da propriedade inputSource.hand. Esta propriedade retorna um objeto XRHand, que representa a mão do utilizador. O objeto XRHand fornece acesso às posições e orientações das articulações da mão, como as pontas dos dedos, os nós dos dedos e a palma da mão.

            xrSession.requestAnimationFrame(function onAnimationFrame(time, frame) {
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

  if (pose) {
    const inputSources = xrSession.inputSources;

    for (const inputSource of inputSources) {
      if (!inputSource.hand) continue; // Ignorar controles

      // Obter o objeto XRHand
      const hand = inputSource.hand;

      // Iterar através das articulações da mão
      for (let i = 0; i < hand.length; i++) {
        const jointSpace = hand[i];

        // Obter a pose da articulação
        const jointPose = frame.getPose(jointSpace, xrReferenceSpace);

        if (jointPose) {
          // Aceder à posição e orientação da articulação
          const jointPosition = jointPose.transform.position;
          const jointOrientation = jointPose.transform.orientation;

          // Atualizar a posição e rotação de um modelo 3D que representa a articulação
          jointModels[i].position.set(jointPosition.x, jointPosition.y, jointPosition.z);
          jointModels[i].quaternion.set(jointOrientation.x, jointOrientation.y, jointOrientation.z, jointOrientation.w);
        }
      }
    }
  }
});

            

              
                Copy
              
            
          

Visualizando a Presença da Mão

Semelhante aos controles, é crucial fornecer feedback visual ao utilizador para representar as suas mãos no mundo virtual. Pode conseguir isso criando modelos 3D da mão e atualizando as suas posições e orientações com base nos dados de rastreamento da mão. Alternativamente, pode usar visualizações mais simples como esferas ou cubos para representar as posições das articulações.

Exemplo: Interação Baseada em Mãos – Agarrar Objetos

Um dos casos de uso mais comuns e intuitivos para o rastreamento de mãos é agarrar e manipular objetos virtuais. Eis um exemplo simplificado de como implementar o ato de agarrar objetos usando o rastreamento de mãos:

            // Verificar se um dedo está próximo de um objeto
if (distanceBetweenFingerAndObject < threshold) {
  // Agarrar o objeto
  grabbedObject = object;
  grabbedObject.parent = handJointModel; // Anexar o objeto à mão
}

// Quando o dedo se afasta do objeto
if (distanceBetweenFingerAndObject > threshold) {
  // Soltar o objeto
  grabbedObject.parent = null; // Desanexar o objeto da mão
  // Aplicar velocidade ao objeto com base no movimento da mão
  grabbedObject.velocity.set(handVelocity.x, handVelocity.y, handVelocity.z);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Melhores Práticas para o Desenvolvimento de Entrada WebXR

Para criar experiências WebXR cativantes e fáceis de usar, é importante seguir estas melhores práticas:

• Forneça feedback visual claro: Forneça sempre feedback visual ao utilizador para indicar a presença e o estado dos seus dispositivos de entrada (controles ou mãos).
• Priorize interações intuitivas: Projete interações que pareçam naturais e intuitivas para o utilizador. Considere usar o rastreamento de mãos para tarefas que envolvem manipulação direta e controles para tarefas que exigem mais precisão ou controlos complexos.
• Otimize para o desempenho: O rastreamento de mãos e a entrada de controles podem ser intensivos em termos de desempenho. Otimize o seu código para minimizar o atraso e garantir uma experiência suave e responsiva. Considere o uso de técnicas como pooling de objetos e LOD (Nível de Detalhe) para melhorar o desempenho.
• Lide com eventos de entrada eficientemente: Evite realizar operações dispendiosas diretamente nos manipuladores de eventos de entrada. Em vez disso, enfileire os eventos de entrada e processe-os numa thread separada ou usando requestAnimationFrame para evitar bloquear a thread de renderização principal.
• Suporte múltiplas fontes de entrada: Forneça mecanismos de fallback para utilizadores que não têm acesso a rastreamento de mãos ou a tipos específicos de controles. Considere permitir que os utilizadores alternem entre diferentes métodos de entrada com base nas suas preferências e no hardware disponível.
• Acessibilidade: Projete a sua experiência XR com a acessibilidade em mente. Forneça métodos de entrada alternativos para utilizadores com deficiência, como controlo por voz ou interação baseada no olhar. Garanta que todas as interações sejam claramente comunicadas através de pistas visuais e auditivas.

Considerações Globais para o Design de Entrada

Ao projetar experiências WebXR para um público global, é importante considerar as diferenças culturais e os requisitos de acessibilidade. Aqui estão alguns fatores-chave a ter em mente:

• Diferenças culturais no reconhecimento de gestos: Os gestos podem ter significados diferentes em diferentes culturas. Evite usar gestos que possam ser ofensivos ou mal interpretados em certas regiões. Considere fornecer métodos de interação alternativos ou permitir que os utilizadores personalizem os mapeamentos de gestos. Por exemplo, um gesto de polegar para cima é positivo em muitas culturas ocidentais, mas pode ser ofensivo em algumas partes do Médio Oriente e da América do Sul.
• Variações no tamanho e forma da mão: Os algoritmos de rastreamento de mãos podem precisar ser adaptados para acomodar variações no tamanho e forma da mão em diferentes populações. Forneça opções de calibração para permitir que os utilizadores ajustem o rastreamento de mãos às suas características específicas.
• Idioma e localização: Garanta que todo o texto e pistas de áudio sejam devidamente localizados para diferentes idiomas. Considere usar interfaces baseadas em ícones para minimizar a necessidade de localização de texto.
• Acessibilidade para utilizadores com deficiência: Projete a sua experiência XR com a acessibilidade em mente desde o início. Forneça métodos de entrada alternativos para utilizadores com deficiência, como controlo por voz, interação baseada no olhar ou acesso por interruptor. Garanta que todas as interações sejam claramente comunicadas através de pistas visuais e auditivas. Considere fornecer opções para personalizar o tamanho e a cor do texto e dos ícones para melhorar a visibilidade.
• Disponibilidade e custo do hardware: Esteja ciente da disponibilidade e do custo do hardware XR em diferentes regiões. Projete a sua experiência para ser compatível com uma variedade de dispositivos, incluindo headsets de RV móveis de gama baixa e smartphones com capacidade de realidade aumentada.

Conclusão

Dominar as fontes de entrada WebXR, incluindo controles e rastreamento de mãos, é essencial para criar experiências imersivas cativantes e intuitivas. Ao compreender as capacidades de cada método de entrada e seguir as melhores práticas para o design de interação, pode criar aplicações XR que são envolventes, acessíveis e agradáveis para um público global. À medida que a tecnologia WebXR continua a evoluir, podemos esperar ver surgir métodos de entrada ainda mais sofisticados, esbatendo ainda mais as linhas entre os mundos físico e virtual.

Ao prestar atenção aos detalhes da interação do utilizador e incorporar estas melhores práticas, os desenvolvedores podem criar experiências WebXR que são verdadeiramente imersivas, intuitivas e acessíveis a utilizadores em todo o mundo. O futuro do XR é brilhante, e com um foco no design ponderado e centrado no utilizador, podemos desbloquear todo o potencial desta tecnologia transformadora.