Spårning av indatakällor i WebXR: Bemästra tillståndshantering för handkontroller för uppslukande upplevelser

WebXR erbjuder ett kraftfullt API för att skapa uppslukande upplevelser med virtuell och förstärkt verklighet direkt i webbläsaren. En avgörande aspekt för att bygga fängslande XR-applikationer är att effektivt spåra och hantera tillståndet för användarens indatakällor, främst handkontroller. Denna omfattande guide går på djupet med detaljerna kring spårning av indatakällor i WebXR, med fokus på tillståndshantering för handkontroller, och ger praktiska exempel för att hjälpa dig bygga responsiva och intuitiva uppslukande upplevelser.

Förstå WebXR-indatakällor

I WebXR representerar en indatakälla (input source) vilken enhet som helst som låter användaren interagera med den virtuella miljön. Detta inkluderar:

• Handkontroller: Handhållna enheter med knappar, styrspakar och avtryckare.
• Händer: Spårade handpositioner för direkt interaktion.
• Headset: Användarens huvudposition och orientering.
• Annan kringutrustning: Enheter som haptiska västar, fotspårare, etc.

WebXR API:et tillhandahåller mekanismer för att upptäcka, spåra och fråga tillståndet för dessa indatakällor, vilket gör det möjligt för utvecklare att skapa engagerande och interaktiva XR-applikationer.

Händelser för indatakällor

WebXR skickar ut flera händelser relaterade till indatakällor:

• `selectstart` och `selectend`: Indikerar början och slutet på en valhandling, vanligtvis utlöst genom att trycka på en knapp eller avtryckare.
• `squeezestart` och `squeezeend`: Indikerar början och slutet på en klämhandling, ofta associerad med att greppa eller manipulera objekt.
• `inputsourceschange`: Utlöses när tillgängliga indatakällor ändras (t.ex. en handkontroll ansluts eller kopplas från).

Genom att lyssna på dessa händelser kan du svara på användarens handlingar och uppdatera din applikation därefter. Till exempel:

            xrSession.addEventListener('inputsourceschange', (event) => {
  console.log('Input sources changed:', event.added, event.removed);
});

xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
  const inputSource = event.inputSource;
  console.log('Select started by input source:', inputSource);
  // Hantera starten på en valhandling
});

xrSession.addEventListener('selectend', (event) => {
  const inputSource = event.inputSource;
  console.log('Select ended by input source:', inputSource);
  // Hantera slutet på en valhandling
});

            

              
                Copy
              
            
          

Tillståndshantering för handkontroller: Interaktionens kärna

Effektiv tillståndshantering för handkontroller är avgörande för att skapa intuitiva och responsiva XR-upplevelser. Det innebär att kontinuerligt spåra kontrollens position, orientering, knapptryckningar och axelvärden, och använda denna information för att uppdatera den virtuella miljön därefter.

Avfrågning av handkontrollens tillstånd

Det primära sättet att komma åt en handkontrolls tillstånd är via `XRFrame`-objektet under callbacken för animationsbildrutan. Inom denna callback kan du iterera igenom de tillgängliga indatakällorna och fråga deras nuvarande tillstånd.

            function onXRFrame(time, frame) {
  const session = frame.session;
  const pose = frame.getViewerPose(xrReferenceSpace);

  if (pose) {
    for (const inputSource of session.inputSources) {
      if (inputSource && inputSource.gripSpace) {
        const inputPose = frame.getPose(inputSource.gripSpace, xrReferenceSpace);
        if (inputPose) {
          // Uppdatera kontrollens visuella representation
          updateController(inputSource, inputPose);

          // Kontrollera knapparnas tillstånd
          if (inputSource.gamepad) {
            handleGamepadInput(inputSource.gamepad);
          }
        }
      }
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Åtkomst till handkontrollens position

Metoden `frame.getPose(inputSource.gripSpace, xrReferenceSpace)` returnerar ett `XRPose`-objekt som representerar handkontrollens position och orientering i det angivna referensrummet. `gripSpace` representerar den ideala positionen för att hålla handkontrollen.

            function updateController(inputSource, pose) {
  const position = pose.transform.position;
  const orientation = pose.transform.orientation;

  // Uppdatera kontrollens visuella representation i din scen
  controllerMesh.position.set(position.x, position.y, position.z);
  controllerMesh.quaternion.set(orientation.x, orientation.y, orientation.z, orientation.w);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Detta gör att du kan synkronisera handkontrollens virtuella representation med användarens faktiska handrörelser, vilket skapar en känsla av närvaro och inlevelse.

Avläsning av Gamepad-indata

De flesta XR-kontroller exponerar sina knappar, avtryckare och styrspakar genom det vanliga Gamepad API:et. Egenskapen `inputSource.gamepad` ger tillgång till ett `Gamepad`-objekt som innehåller information om kontrollens indata.

            function handleGamepadInput(gamepad) {
  for (let i = 0; i < gamepad.buttons.length; i++) {
    const button = gamepad.buttons[i];
    if (button.pressed) {
      // Knappen är för närvarande nedtryckt
      console.log(`Button ${i} is pressed`);
      // Utför en åtgärd baserat på den nedtryckta knappen
      handleButtonPressed(i);
    }
  }

  for (let i = 0; i < gamepad.axes.length; i++) {
    const axisValue = gamepad.axes[i];
    // Axelvärdet sträcker sig från -1 till 1
    console.log(`Axis ${i} value: ${axisValue}`);
    // Använd axelvärdet för att styra rörelse eller andra åtgärder
    handleAxisMovement(i, axisValue);
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Arrayen `gamepad.buttons` innehåller `GamepadButton`-objekt, där vart och ett representerar en knapp på handkontrollen. Egenskapen `pressed` indikerar om knappen för närvarande är nedtryckt. Arrayen `gamepad.axes` innehåller värden som representerar de analoga axlarna på handkontrollen, som styrspakar och avtryckare. Dessa värden ligger vanligtvis inom intervallet -1 till 1.

Hantering av knapp- och axelhändelser

Istället för att bara kontrollera det nuvarande tillståndet för knapparna och axlarna är det också viktigt att spåra när knappar trycks ner och släpps, och när axelvärdena ändras signifikant. Detta kan uppnås genom att jämföra det nuvarande tillståndet med det föregående i varje bildruta.

            let previousButtonStates = [];
let previousAxisValues = [];

function handleGamepadInput(gamepad) {
  for (let i = 0; i < gamepad.buttons.length; i++) {
    const button = gamepad.buttons[i];
    const previousState = previousButtonStates[i] || { pressed: false };

    if (button.pressed && !previousState.pressed) {
      // Knappen trycktes precis ner
      console.log(`Button ${i} was just pressed`);
      handleButtonPress(i);
    } else if (!button.pressed && previousState.pressed) {
      // Knappen släpptes precis
      console.log(`Button ${i} was just released`);
      handleButtonRelease(i);
    }

    previousButtonStates[i] = { pressed: button.pressed };
  }

  for (let i = 0; i < gamepad.axes.length; i++) {
    const axisValue = gamepad.axes[i];
    const previousValue = previousAxisValues[i] || 0;

    if (Math.abs(axisValue - previousValue) > 0.1) { // Tröskelvärde för signifikant förändring
      // Axelvärdet har ändrats signifikant
      console.log(`Axis ${i} value changed to: ${axisValue}`);
      handleAxisChange(i, axisValue);
    }

    previousAxisValues[i] = axisValue;
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Detta tillvägagångssätt låter dig utlösa åtgärder endast när knappar initialt trycks ner eller släpps, istället för kontinuerligt medan de hålls nere. Det förhindrar också onödig bearbetning av axelvärden när de inte har ändrats signifikant.

Bästa praxis för hantering av handkontrollens tillstånd

Här är några bästa praxis att tänka på när du hanterar handkontrollens tillstånd i WebXR:

• Optimera prestandan: Minimera mängden bearbetning som utförs i callbacken för animationsbildrutan för att bibehålla en jämn bildfrekvens. Undvik komplexa beräkningar eller överdriven objektskapande.
• Använd lämpliga tröskelvärden: När du upptäcker förändringar i axelvärden, använd lämpliga tröskelvärden för att undvika att utlösa åtgärder baserat på små fluktuationer.
• Tänk på indatalatens: XR-applikationer är känsliga för indatalatens. Minimera fördröjningen mellan användarens inmatning och motsvarande åtgärd i den virtuella miljön.
• Ge visuell feedback: Indikera tydligt för användaren när deras handlingar känns igen. Detta kan innebära att markera objekt, spela upp ljud eller visa animationer.
• Hantera olika kontrolltyper: WebXR-applikationer bör vara utformade för att fungera med en mängd olika kontrolltyper. Använd funktionsdetektering för att identifiera varje kontrolls kapacitet och anpassa interaktionen därefter.
• Tillgänglighet: Designa dina XR-upplevelser så att de är tillgängliga för användare med funktionsnedsättningar. Överväg alternativa inmatningsmetoder och ge alternativ för anpassning.

Avancerade tekniker

Haptisk feedback

Haptisk feedback kan avsevärt förbättra inlevelsen i XR-upplevelser. Gamepad API:et ger tillgång till egenskapen `vibrationActuator`, som låter dig utlösa vibrationer på handkontrollen.

            if (gamepad.vibrationActuator) {
  gamepad.vibrationActuator.playEffect('dual-rumble', {
    startDelay: 0,
    duration: 100,
    weakMagnitude: 0.5,
    strongMagnitude: 0.5
  });
}

            

              
                Copy
              
            
          

Detta gör att du kan ge taktil feedback till användaren som svar på deras handlingar, som att röra vid ett virtuellt objekt eller avfyra ett vapen.

Raycasting

Raycasting är en vanlig teknik för att avgöra vilket objekt användaren pekar på med sin handkontroll. Du kan skapa en stråle från kontrollens position och orientering, och sedan kontrollera om den korsar objekten i din scen.

            // Exempel med three.js
const raycaster = new THREE.Raycaster();
const tempMatrix = new THREE.Matrix4();

tempMatrix.identity().extractRotation( controllerMesh.matrixWorld );
raycaster.ray.origin.setFromMatrixPosition( controllerMesh.matrixWorld );
raycaster.ray.direction.set( 0, 0, - 1 ).applyMatrix4( tempMatrix );

const intersects = raycaster.intersectObjects( scene.children );

if ( intersects.length > 0 ) {

  // Användaren pekar på ett objekt
  const intersectedObject = intersects[ 0 ].object;
  // Gör något med det träffade objektet

}

            

              
                Copy
              
            
          

Detta gör att du kan implementera interaktioner som att välja objekt, utlösa åtgärder eller visa information om objektet användaren pekar på.

Handspårning

WebXR stöder också handspårning, vilket gör att du kan spåra användarens handpositioner utan behov av handkontroller. Detta ger ett mer naturligt och intuitivt sätt att interagera med den virtuella miljön.

För att få tillgång till handspårningsdata måste du begära funktionen `hand-tracking` när du skapar XR-sessionen.

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

            

              
                Copy
              
            
          

Sedan kan du komma åt handens leder via `XRHand`-gränssnittet.

            function onXRFrame(time, frame) {
  const session = frame.session;

  for (const inputSource of session.inputSources) {
    if (inputSource.hand) {
      for (let i = 0; i < inputSource.hand.length; i++) {
        const joint = inputSource.hand[i];
        const jointPose = frame.getPose(joint, xrReferenceSpace);

        if (jointPose) {
          // Uppdatera ledens visuella representation
          updateJoint(i, jointPose);
        }
      }
    }
  }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Handspårning öppnar upp ett brett spektrum av möjligheter för att skapa mer naturliga och intuitiva XR-interaktioner, som att greppa objekt, manipulera kontroller och göra gester.

Hänsyn till internationalisering och tillgänglighet

När du utvecklar WebXR-applikationer för en global publik är det viktigt att ta hänsyn till internationalisering (i18n) och tillgänglighet (a11y).

Internationalisering

• Textriktning: Stöd både vänster-till-höger (LTR) och höger-till-vänster (RTL) textriktningar.
• Tal- och datumformat: Använd lämpliga tal- och datumformat för olika regioner.
• Valutasymboler: Visa valutasymboler korrekt för olika valutor.
• Lokalisering: Översätt din applikations text och tillgångar till flera språk.

Tänk till exempel på hur en knapp med texten "Select" kan behöva översättas till spanska (Seleccionar), franska (Sélectionner) eller japanska (選択).

Tillgänglighet

• Alternativa inmatningsmetoder: Tillhandahåll alternativa inmatningsmetoder för användare som inte kan använda handkontroller eller handspårning.
• Anpassningsbara kontroller: Låt användare anpassa kontrollerna efter sina preferenser.
• Visuella hjälpmedel: Tillhandahåll visuella hjälpmedel för användare med nedsatt syn, som högkontrastteman och justerbara textstorlekar.
• Ljudsignaler: Använd ljudsignaler för att ge feedback till användare med synnedsättningar.
• Undertexter och textning: Tillhandahåll undertexter och textning för ljudinnehåll.

Tänk på en användare som kan ha begränsad rörlighet. De kan dra nytta av att kunna använda röstkommandon eller ögonspårning som ett alternativ till fysiska handkontroller.

Exempel på tillståndshantering för handkontroller i olika branscher

Tillståndshantering för handkontroller är avgörande i flera branscher som använder WebXR:

• Spel: Exakt indata från handkontroller är avgörande för rörelse, sikte och interaktion i VR-spel. Haptisk feedback förbättrar spelupplevelsen och ger förnimmelser för handlingar som att skjuta eller greppa.
• Utbildning och träning: I medicinska träningssimulationer gör exakt handspårning det möjligt för kirurger att öva på komplexa procedurer i en realistisk virtuell miljö. Handkontroller kan simulera kirurgiska instrument och ge haptisk feedback för att efterlikna motstånd och textur.
• Detaljhandel: Virtuella showroom låter kunder interagera med produkter i ett 3D-utrymme. Handkontroller gör det möjligt för användare att rotera och zooma in på föremål, vilket simulerar upplevelsen av att granska dem personligen. Till exempel kan en möbelaffär låta dig placera virtuella möbler i ditt eget hem med hjälp av AR.
• Tillverkning: Ingenjörer kan använda XR för att designa och inspektera virtuella prototyper. Indata från handkontroller gör det möjligt för dem att manipulera delar, testa sammansättningar och identifiera potentiella problem innan den fysiska produktionen påbörjas.
• Fastighetsbranschen: Virtuella visningar av fastigheter gör det möjligt för potentiella köpare att utforska hem på distans. Handkontroller gör att de kan navigera genom rum, öppna dörrar och granska detaljer som om de vore fysiskt närvarande. Internationella köpare kan utforska fastigheter utan att behöva resa.

Slutsats

Att bemästra tillståndshantering för handkontroller är avgörande för att skapa fängslande och engagerande WebXR-upplevelser. Genom att förstå WebXR API:et, följa bästa praxis och utforska avancerade tekniker kan du bygga uppslukande applikationer som ger användarna intuitiva och responsiva interaktioner. Kom ihåg att ta hänsyn till internationalisering och tillgänglighet för att nå en global publik och säkerställa att dina upplevelser kan användas av alla. I takt med att WebXR-tekniken fortsätter att utvecklas kommer det att vara avgörande att hålla sig uppdaterad med de senaste framstegen och bästa praxis för att skapa verkligt banbrytande XR-upplevelser.