Rezultatul Hit Test WebXR: Procesarea Rezultatelor Ray Casting pentru Experiențe Imersive

API-ul WebXR Device deschide posibilități captivante pentru crearea de experiențe imersive de realitate augmentată (AR) și realitate virtuală (VR) direct în browser. Unul dintre aspectele fundamentale ale construirii aplicațiilor WebXR interactive este înțelegerea și utilizarea eficientă a rezultatelor hit test. Acest articol de blog oferă un ghid complet pentru procesarea rezultatelor hit test obținute prin ray casting, permițându-vă să creați interacțiuni intuitive și captivante pentru utilizatori în scenele dvs. WebXR.

Ce este Ray Casting și de ce este important în WebXR?

Ray casting este o tehnică utilizată pentru a determina dacă o rază, care pornește dintr-un punct și o direcție specifică, se intersectează cu obiecte într-o scenă 3D. În WebXR, ray casting este de obicei folosit pentru a simula privirea utilizatorului sau traiectoria unui obiect virtual. Când raza se intersectează cu o suprafață din lumea reală (în AR) sau cu un obiect virtual (în VR), se generează un rezultat hit test.

Rezultatele hit test sunt cruciale din mai multe motive:

• Plasarea Obiectelor Virtuale: În AR, testele de impact vă permit să plasați cu precizie obiecte virtuale pe suprafețe din lumea reală, cum ar fi mese, podele sau pereți.
• Interacțiunea cu Utilizatorul: Urmărind unde privește sau indică utilizatorul, testele de impact permit interacțiuni cu obiecte virtuale, cum ar fi selectarea, manipularea sau activarea acestora.
• Navigare: În mediile VR, testele de impact pot fi utilizate pentru a implementa sisteme de navigare, permițând utilizatorilor să se teleporteze sau să se deplaseze în scenă indicând locații specifice.
• Detecția Coliziunilor: Testele de impact pot fi utilizate pentru detecția de bază a coliziunilor, determinând când un obiect virtual se ciocnește cu un alt obiect sau cu lumea reală.

Înțelegerea API-ului WebXR Hit Test

API-ul WebXR Hit Test oferă instrumentele necesare pentru efectuarea ray casting-ului și obținerea rezultatelor hit test. Iată o prezentare a conceptelor și funcțiilor cheie:

XRRay

Un XRRay reprezintă o rază în spațiul 3D. Este definit de un punct de origine și un vector de direcție. Puteți crea un XRRay folosind metoda XRFrame.getPose(), care returnează poza unei surse de intrare urmărite (de exemplu, capul utilizatorului, un controller de mână). Din poză, puteți deriva originea și direcția razei.

XRHitTestSource

Un XRHitTestSource reprezintă o sursă de rezultate hit test. Creați o sursă de hit test folosind metoda XRSession.requestHitTestSource() sau XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Prima metodă este în general utilizată pentru testarea continuă a impactului pe baza unei surse persistente, cum ar fi poziția capului utilizatorului, în timp ce a doua este destinată evenimentelor de intrare tranzitorii, cum ar fi apăsarea butoanelor sau gesturile.

XRHitTestResult

Un XRHitTestResult reprezintă un singur punct de intersecție între rază și o suprafață. Acesta conține informații despre intersecție, cum ar fi distanța de la originea razei la punctul de impact și poza punctului de impact în spațiul de referință al scenei.

XRHitTestResult.getPose()

Această metodă returnează XRPose-ul punctului de impact. Poza conține poziția și orientarea punctului de impact, care pot fi utilizate pentru a plasa obiecte virtuale sau a efectua alte transformări.

Procesarea Rezultatelor Hit Test: Un Ghid Pas cu Pas

Să parcurgem procesul de obținere și procesare a rezultatelor hit test într-o aplicație WebXR. Acest exemplu presupune că utilizați o bibliotecă de randare precum three.js sau Babylon.js.

1. Solicitarea unei Surse de Hit Test

Mai întâi, trebuie să solicitați o sursă de hit test de la XRSession. Acest lucru se face de obicei după ce sesiunea a început. Va trebui să specificați sistemul de coordonate în care doriți să fie returnate rezultatele hit test. De exemplu:

            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
              
            
          

Explicație:

• xrSession.requestHitTestSource(): Această funcție solicită o sursă de hit test de la sesiunea XR.
• { space: xrSession.viewerSpace }: Acesta specifică sistemul de coordonate în care vor fi returnate rezultatele hit test. viewerSpace este relativ la poziția privitorului, în timp ce local este relativ la originea XR. Puteți folosi și localFloor pentru urmărirea relativă la podea.
• Gestionarea erorilor: Blocul try...catch asigură că erorile apărute în timpul creării sursei de hit test sunt prinse și înregistrate.

2. Efectuarea Hit Test-ului în Bucla de Animație

În interiorul buclei de animație (funcția care randarează fiecare cadru), va trebui să efectuați hit test-ul folosind metoda XRFrame.getHitTestResults(). Această metodă returnează un array de obiecte XRHitTestResult, reprezentând toate intersecțiile găsite în scenă.

            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
              
            
          

Explicație:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): Obține poza privitorului (casca). Acest lucru este necesar pentru a ști unde se află privitorul și unde se uită.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): Efectuează hit test-ul folosind sursa de hit test creată anterior.
• hitTestResults.length > 0: Verifică dacă au fost găsite intersecții.

3. Procesarea Rezultatelor Hit Test

Funcția processHitTestResults() este locul unde veți gestiona rezultatele hit test-ului. Aceasta implică de obicei actualizarea poziției și orientării unui obiect virtual pe baza pozei punctului de impact.

            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
              
            
          

Explicație:

• hitTestResults[0]: Preia primul rezultat al hit test-ului. Dacă sunt posibile mai multe intersecții, ar putea fi necesar să iterați prin întregul array și să alegeți cel mai potrivit rezultat pe baza logicii aplicației dvs.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): Obține poza punctului de impact în spațiul de referință specificat.
• virtualObject.position.set(...) și virtualObject.quaternion.set(...): Actualizează poziția și rotația (cuaternion) a unui obiect virtual (de exemplu, un Mesh three.js) pentru a se potrivi cu poza punctului de impact.
• Feedback Vizual: Exemplul include și cod pentru a afișa un feedback vizual la punctul de impact, cum ar fi un cerc sau un marker simplu, pentru a ajuta utilizatorul să înțeleagă unde interacționează cu scena.

Tehnici Avansate de Hit Testing

Dincolo de exemplul de bază de mai sus, există mai multe tehnici avansate pe care le puteți utiliza pentru a îmbunătăți implementările dvs. de hit testing:

Hit Testing cu Intrare Tranzitorie

Pentru interacțiunile declanșate de intrări tranzitorii, cum ar fi apăsarea butoanelor sau gesturile mâinilor, puteți utiliza metoda XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Această metodă creează o sursă de hit test specifică unui singur eveniment de intrare. Acest lucru este util pentru a evita interacțiunile neintenționate bazate pe testarea continuă a impactului.

            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
              
            
          

Filtrarea Rezultatelor Hit Test

În unele cazuri, s-ar putea să doriți să filtrați rezultatele hit test pe baza unor criterii specifice, cum ar fi distanța de la originea razei sau tipul de suprafață intersectată. Puteți realiza acest lucru prin filtrarea manuală a array-ului XRHitTestResult după obținerea acestuia.

            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
              
            
          

Utilizarea Diferitelor Spații de Referință

Alegerea spațiului de referință (viewerSpace, local, localFloor sau alte spații personalizate) influențează semnificativ modul în care sunt interpretate rezultatele hit test. Luați în considerare următoarele:

• viewerSpace: Oferă rezultate relative la poziția privitorului. Acest lucru este util pentru crearea de interacțiuni care sunt direct legate de privirea utilizatorului.
• local: Oferă rezultate relative la originea XR (punctul de pornire al sesiunii XR). Acest lucru este potrivit pentru crearea de experiențe în care obiectele rămân fixe în mediul fizic.
• localFloor: Similar cu local, dar axa Y este aliniată cu podeaua. Acest lucru simplifică procesul de plasare a obiectelor pe podea.

Alegeți spațiul de referință care se aliniază cel mai bine cu cerințele aplicației dvs. Experimentați cu diferite spații de referință pentru a înțelege comportamentul și limitările acestora.

Strategii de Optimizare pentru Hit Testing

Hit testing-ul poate fi un proces intensiv din punct de vedere computațional, în special în scenele complexe. Iată câteva strategii de optimizare de luat în considerare:

• Limitați Frecvența Testelor de Impact: Efectuați teste de impact doar atunci când este necesar, mai degrabă decât la fiecare cadru. De exemplu, ați putea efectua teste de impact doar atunci când utilizatorul interacționează activ cu scena.
• Utilizați o Ierarhie de Volume de Încadrare (BVH): Dacă efectuați teste de impact împotriva unui număr mare de obiecte, luați în considerare utilizarea unui BVH pentru a accelera calculele de intersecție. Biblioteci precum three.js și Babylon.js oferă implementări BVH încorporate.
• Partiționare Spațială: Împărțiți scena în regiuni mai mici și efectuați teste de impact doar împotriva regiunilor care sunt susceptibile să conțină intersecții. Acest lucru poate reduce semnificativ numărul de obiecte care trebuie verificate.
• Reduceți Numărul de Poligoane: Simplificați geometria modelelor dvs. pentru a reduce numărul de poligoane care trebuie testate. Acest lucru poate îmbunătăți performanța, în special pe dispozitivele mobile.
• WebWorker: transferați calculul către un web worker pentru a asigura că procesul de hit test nu blochează firul principal de execuție.

Considerații Multi-Platformă

WebXR își propune să fie multi-platformă, dar pot exista diferențe subtile de comportament între diferite dispozitive și browsere. Rețineți următoarele:

• Capabilitățile Dispozitivului: Nu toate dispozitivele suportă toate funcționalitățile WebXR. Utilizați detecția de funcționalități pentru a determina ce funcționalități sunt disponibile și adaptați aplicația în consecință.
• Profile de Intrare: Dispozitive diferite pot utiliza profile de intrare diferite (de exemplu, generic-touchscreen, hand-tracking, gamepad). Asigurați-vă că aplicația dvs. suportă mai multe profile de intrare și oferă mecanisme de fallback adecvate.
• Performanță: Performanța poate varia semnificativ între diferite dispozitive. Optimizați aplicația pentru cele mai slabe dispozitive pe care intenționați să le suportați.
• Compatibilitate cu Browserele: Asigurați-vă că aplicația dvs. este testată și funcționează pe browserele principale precum Chrome, Firefox și Edge.

Exemple Globale de Aplicații WebXR care Folosesc Hit Testing

Iată câteva exemple de aplicații WebXR care utilizează eficient hit testing-ul pentru a crea experiențe de utilizator convingătoare și intuitive:

• IKEA Place (Suedia): Permite utilizatorilor să plaseze virtual mobilier IKEA în casele lor folosind AR. Hit testing este folosit pentru a poziționa cu precizie mobilierul pe podea și alte suprafețe.
• Sketchfab AR (Franța): Permite utilizatorilor să vizualizeze modele 3D de pe Sketchfab în AR. Hit testing este folosit pentru a plasa modelele în lumea reală.
• Augmented Images (Diverse): Multe aplicații AR utilizează urmărirea imaginilor combinată cu hit testing-ul pentru a ancora conținutul virtual pe imagini sau markeri specifici din lumea reală.
• Jocuri WebXR (Global): Numeroase jocuri sunt dezvoltate folosind WebXR, multe dintre ele bazându-se pe hit testing pentru plasarea obiectelor, interacțiune și navigare.
• Tururi Virtuale (Global): Tururile imersive ale locațiilor, muzeelor sau proprietăților utilizează adesea hit testing pentru navigarea utilizatorului și elemente interactive în mediul virtual.

Concluzie

Stăpânirea rezultatelor hit test WebXR și a procesării ray casting este esențială pentru crearea de experiențe AR și VR convingătoare și intuitive pe web. Înțelegând conceptele de bază și aplicând tehnicile descrise în acest articol de blog, puteți construi aplicații imersive care îmbină perfect lumile virtuale și reale, sau puteți crea medii virtuale captivante cu interacțiuni naturale și intuitive pentru utilizatori. Nu uitați să optimizați implementarea hit testing-ului pentru performanță și să luați în considerare compatibilitatea multi-platformă pentru a asigura o experiență fluidă pentru toți utilizatorii. Pe măsură ce ecosistemul WebXR continuă să evolueze, așteptați-vă la noi progrese și rafinamente ale API-ului de hit testing, deschizând și mai multe posibilități creative pentru dezvoltarea web imersivă. Consultați întotdeauna cele mai recente specificații WebXR și documentația browserelor pentru cele mai actualizate informații.