Výsledok Hit Testu vo WebXR: Spracovanie výsledkov Ray Castingu pre pohlcujúce zážitky

WebXR Device API otvára vzrušujúce možnosti pre vytváranie pohlcujúcich zážitkov v rozšírenej (AR) a virtuálnej realite (VR) priamo v prehliadači. Jedným zo základných aspektov budovania interaktívnych WebXR aplikácií je pochopenie a efektívne využívanie výsledkov hit testov. Tento blogový príspevok poskytuje komplexného sprievodcu spracovaním výsledkov hit testov získaných pomocou ray castingu, čo vám umožní vytvárať intuitívne a pútavé interakcie používateľov vo vašich WebXR scénach.

Čo je Ray Casting a prečo je dôležitý vo WebXR?

Ray casting je technika používaná na zistenie, či lúč, vychádzajúci z konkrétneho bodu a smeru, pretína objekty v 3D scéne. Vo WebXR sa ray casting zvyčajne používa na simuláciu pohľadu používateľa alebo trajektórie virtuálneho objektu. Keď lúč pretne povrch reálneho sveta (v AR) alebo virtuálny objekt (v VR), vygeneruje sa výsledok hit testu.

Výsledky hit testov sú kľúčové z niekoľkých dôvodov:

• Umiestňovanie virtuálnych objektov: V AR vám hit testy umožňujú presne umiestniť virtuálne objekty na povrchy reálneho sveta, ako sú stoly, podlahy alebo steny.
• Interakcia s používateľom: Sledovaním, kam sa používateľ pozerá alebo kam ukazuje, umožňujú hit testy interakcie s virtuálnymi objektmi, ako je ich výber, manipulácia alebo aktivácia.
• Navigácia: V prostrediach VR sa dajú hit testy použiť na implementáciu navigačných systémov, ktoré používateľom umožňujú teleportovať sa alebo sa pohybovať po scéne ukázaním na konkrétne miesta.
• Detekcia kolízií: Hit testy sa môžu použiť na základnú detekciu kolízií, ktorá určuje, kedy virtuálny objekt narazí na iný objekt alebo na reálny svet.

Pochopenie WebXR Hit Test API

WebXR Hit Test API poskytuje potrebné nástroje na vykonávanie ray castingu a získavanie výsledkov hit testov. Tu je prehľad kľúčových konceptov a funkcií:

XRRay

XRRay predstavuje lúč v 3D priestore. Je definovaný počiatočným bodom a smerovým vektorom. XRRay môžete vytvoriť pomocou metódy XRFrame.getPose(), ktorá vracia pózu sledovaného vstupného zdroja (napr. hlavy používateľa, ručného ovládača). Z tejto pózy môžete odvodiť počiatok a smer lúča.

XRHitTestSource

XRHitTestSource predstavuje zdroj výsledkov hit testov. Zdroj hit testov vytvoríte pomocou metódy XRSession.requestHitTestSource() alebo XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Prvá metóda sa všeobecne používa na nepretržité testovanie zásahov na základe trvalého zdroja, ako je poloha hlavy používateľa, zatiaľ čo druhá je určená pre prechodné vstupné udalosti, ako sú stlačenia tlačidiel alebo gestá.

XRHitTestResult

XRHitTestResult predstavuje jeden bod priesečníka medzi lúčom a povrchom. Obsahuje informácie o priesečníku, ako je vzdialenosť od počiatku lúča k bodu zásahu a póza bodu zásahu v referenčnom priestore scény.

XRHitTestResult.getPose()

Táto metóda vracia XRPose bodu zásahu. Póza obsahuje pozíciu a orientáciu bodu zásahu, ktoré možno použiť na umiestnenie virtuálnych objektov alebo vykonanie iných transformácií.

Spracovanie výsledkov hit testu: Sprievodca krok za krokom

Poďme si prejsť procesom získavania a spracovania výsledkov hit testov v aplikácii WebXR. Tento príklad predpokladá, že používate renderovaciu knižnicu ako three.js alebo Babylon.js.

1. Požiadanie o zdroj hit testu

Najprv musíte požiadať o zdroj hit testu od XRSession. Zvyčajne sa to robí po spustení relácie. Budete musieť špecifikovať súradnicový systém, v ktorom chcete, aby sa výsledky hit testov vrátili. Napríklad:

            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
              
            
          

Vysvetlenie:

• xrSession.requestHitTestSource(): Táto funkcia žiada o zdroj hit testu od XR relácie.
• { space: xrSession.viewerSpace }: Toto špecifikuje súradnicový systém, v ktorom budú vrátené výsledky hit testov. viewerSpace je relatívny voči pozícii diváka, zatiaľ čo local je relatívny voči počiatku XR. Môžete tiež použiť localFloor na sledovanie relatívne k podlahe.
• Spracovanie chýb: Blok try...catch zaisťuje, že chyby počas vytvárania zdroja hit testu sú zachytené a zaznamenané.

2. Vykonanie hit testu v animačnej slučke

Vo vnútri vašej animačnej slučky (funkcie, ktorá renderuje každý snímok) budete musieť vykonať hit test pomocou metódy XRFrame.getHitTestResults(). Táto metóda vracia pole objektov XRHitTestResult, ktoré predstavujú všetky priesečníky nájdené v scéne.

            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
              
            
          

Vysvetlenie:

• frame.getViewerPose(xrSession.referenceSpace): Získa pózu diváka (headsetu). Je to nevyhnutné na zistenie, kde sa divák nachádza a kam sa pozerá.
• frame.getHitTestResults(xrHitTestSource): Vykoná hit test pomocou predtým vytvoreného zdroja hit testu.
• hitTestResults.length > 0: Kontroluje, či boli nájdené nejaké priesečníky.

3. Spracovanie výsledkov hit testu

Funkcia processHitTestResults() je miesto, kde budete spracovávať výsledky hit testu. Zvyčajne to zahŕňa aktualizáciu pozície a orientácie virtuálneho objektu na základe pózy bodu zásahu.

            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
              
            
          

Vysvetlenie:

• hitTestResults[0]: Získa prvý výsledok hit testu. Ak je možných viacero priesečníkov, možno budete musieť prejsť celé pole a vybrať najvhodnejší výsledok na základe logiky vašej aplikácie.
• hit.getPose(xrSession.referenceSpace): Získa pózu bodu zásahu v špecifikovanom referenčnom priestore.
• virtualObject.position.set(...) a virtualObject.quaternion.set(...): Aktualizujú pozíciu a rotáciu (kvaternión) virtuálneho objektu (napr. Mesh v three.js), aby zodpovedali póze bodu zásahu.
• Vizuálna spätná väzba: Príklad tiež obsahuje kód na zobrazenie vizuálnej spätnej väzby v mieste zásahu, napríklad kruh alebo jednoduchý značkovač, aby používateľ lepšie pochopil, kde interaguje so scénou.

Pokročilé techniky hit testingu

Okrem základného príkladu uvedeného vyššie existuje niekoľko pokročilých techník, ktoré môžete použiť na vylepšenie implementácií hit testingu:

Hit testing s prechodným vstupom

Pre interakcie spúšťané prechodným vstupom, ako sú stlačenia tlačidiel alebo gestá rúk, môžete použiť metódu XRSession.requestHitTestSourceForTransientInput(). Táto metóda vytvorí zdroj hit testu, ktorý je špecifický pre jednu vstupnú udalosť. Je to užitočné na zabránenie nechceným interakciám založeným na nepretržitom hit testingu.

            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
              
            
          

Filtrovanie výsledkov hit testu

V niektorých prípadoch možno budete chcieť filtrovať výsledky hit testov na základe špecifických kritérií, ako je vzdialenosť od počiatku lúča alebo typ povrchu, ktorý bol zasiahnutý. To môžete dosiahnuť manuálnym filtrovaním poľa XRHitTestResult po jeho získaní.

            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
              
            
          

Používanie rôznych referenčných priestorov

Voľba referenčného priestoru (viewerSpace, local, localFloor alebo iné vlastné priestory) výrazne ovplyvňuje, ako sa interpretujú výsledky hit testov. Zvážte nasledujúce:

• viewerSpace: Poskytuje výsledky relatívne k pozícii diváka. Je to užitočné na vytváranie interakcií, ktoré sú priamo viazané na pohľad používateľa.
• local: Poskytuje výsledky relatívne k počiatku XR (východiskový bod XR relácie). Je to vhodné na vytváranie zážitkov, kde objekty zostávajú pevne umiestnené vo fyzickom prostredí.
• localFloor: Podobné ako local, ale os Y je zarovnaná s podlahou. To zjednodušuje proces umiestňovania objektov na podlahu.

Vyberte si referenčný priestor, ktorý najlepšie zodpovedá požiadavkám vašej aplikácie. Experimentujte s rôznymi referenčnými priestormi, aby ste pochopili ich správanie a obmedzenia.

Optimalizačné stratégie pre hit testing

Hit testing môže byť výpočtovo náročný proces, najmä v zložitých scénach. Tu sú niektoré optimalizačné stratégie, ktoré treba zvážiť:

• Obmedzte frekvenciu hit testov: Vykonávajte hit testy iba vtedy, keď je to nevyhnutné, namiesto každého snímku. Napríklad by ste mohli vykonávať hit testy iba vtedy, keď používateľ aktívne interaguje so scénou.
• Použite Bounding Volume Hierarchy (BVH): Ak vykonávate hit testy proti veľkému počtu objektov, zvážte použitie BVH na zrýchlenie výpočtov priesečníkov. Knižnice ako three.js a Babylon.js poskytujú vstavané implementácie BVH.
• Priestorové delenie (Spatial Partitioning): Rozdeľte scénu na menšie regióny a vykonávajte hit testy iba proti regiónom, ktoré pravdepodobne obsahujú priesečníky. To môže výrazne znížiť počet objektov, ktoré je potrebné skontrolovať.
• Znížte počet polygónov: Zjednodušte geometriu vašich modelov, aby ste znížili počet polygónov, ktoré je potrebné testovať. To môže zlepšiť výkon, najmä na mobilných zariadeniach.
• WebWorker: Presuňte výpočty na web workera, aby ste zabezpečili, že proces hit testu nezablokuje hlavné vlákno.

Medziplatformové úvahy

Cieľom WebXR je byť medziplatformový, ale môžu existovať jemné rozdiely v správaní na rôznych zariadeniach a prehliadačoch. Majte na pamäti nasledujúce:

• Schopnosti zariadenia: Nie všetky zariadenia podporujú všetky funkcie WebXR. Použite detekciu funkcií na zistenie, ktoré funkcie sú k dispozícii, a prispôsobte svoju aplikáciu podľa toho.
• Vstupné profily: Rôzne zariadenia môžu používať rôzne vstupné profily (napr. generic-touchscreen, hand-tracking, gamepad). Uistite sa, že vaša aplikácia podporuje viacero vstupných profilov a poskytuje vhodné záložné mechanizmy.
• Výkon: Výkon sa môže výrazne líšiť na rôznych zariadeniach. Optimalizujte svoju aplikáciu pre najmenej výkonné zariadenia, ktoré plánujete podporovať.
• Kompatibilita prehliadačov: Uistite sa, že vaša aplikácia je testovaná a funguje na hlavných prehliadačoch ako Chrome, Firefox a Edge.

Globálne príklady aplikácií WebXR využívajúcich hit testing

Tu sú niektoré príklady aplikácií WebXR, ktoré efektívne využívajú hit testing na vytváranie pútavých a intuitívnych používateľských zážitkov:

• IKEA Place (Švédsko): Umožňuje používateľom virtuálne umiestniť nábytok IKEA do svojich domovov pomocou AR. Hit testing sa používa na presné umiestnenie nábytku na podlahu a iné povrchy.
• Sketchfab AR (Francúzsko): Umožňuje používateľom prezerať si 3D modely zo Sketchfabu v AR. Hit testing sa používa na umiestnenie modelov do reálneho sveta.
• Rozšírené obrázky (rôzne): Mnohé AR aplikácie používajú sledovanie obrázkov v kombinácii s hit testingom na ukotvenie virtuálneho obsahu k špecifickým obrázkom alebo značkám v reálnom svete.
• WebXR hry (globálne): Početné hry sú vyvíjané pomocou WebXR, mnohé z nich sa spoliehajú na hit testing pre umiestňovanie objektov, interakciu a navigáciu.
• Virtuálne prehliadky (globálne): Pohlcujúce prehliadky lokalít, múzeí alebo nehnuteľností často využívajú hit testing pre navigáciu používateľa a interaktívne prvky v rámci virtuálneho prostredia.

Záver

Zvládnutie výsledkov hit testov vo WebXR a spracovanie ray castingu je nevyhnutné pre vytváranie pútavých a intuitívnych AR a VR zážitkov na webe. Pochopením základných konceptov a použitím techník opísaných v tomto blogovom príspevku môžete vytvárať pohlcujúce aplikácie, ktoré plynulo spájajú virtuálny a reálny svet, alebo vytvárať pútavé virtuálne prostredia s prirodzenými a intuitívnymi interakciami používateľov. Nezabudnite optimalizovať svoju implementáciu hit testingu pre výkon a zvážiť medziplatformovú kompatibilitu, aby ste zaistili plynulý zážitok pre všetkých používateľov. S pokračujúcim vývojom ekosystému WebXR očakávajte ďalšie pokroky a vylepšenia hit testing API, ktoré otvoria ešte viac kreatívnych možností pre pohlcujúci webový vývoj. Vždy sa riaďte najnovšími špecifikáciami WebXR a dokumentáciou prehliadačov pre najaktuálnejšie informácie.