Опанування вводу WebXR: Глобальний посібник з керування станом контролерів

Імерсивний веб, що працює на WebXR, змінює спосіб нашої взаємодії з цифровим контентом. Від віртуальних демонстрацій продуктів до спільних досвідів доповненої реальності, WebXR дозволяє розробникам по всьому світу створювати насичені, захопливі середовища безпосередньо в браузері. Критично важливим компонентом будь-якого привабливого імерсивного досвіду є його система вводу – як користувачі взаємодіють з віртуальним світом та керують ним. Цей вичерпний посібник заглиблюється в тонкощі керування джерелами вводу WebXR, зосереджуючись на ефективному управлінні станом контролерів для глобальної аудиторії.

Як розробники, ми стикаємося із захопливим викликом проектування взаємодій, які є інтуїтивно зрозумілими, чуйними та універсально доступними для різноманітних пристроїв та очікувань користувачів. Розуміння того, як керувати станом різних джерел вводу, від традиційних геймпадів до передових систем відстеження рук, має першочергове значення для забезпечення безперебійного користувацького досвіду. Давайте вирушимо в цю подорож, щоб демістифікувати введення WebXR.

Основа: Розуміння джерел вводу WebXR

В основі вводу WebXR лежить інтерфейс XRInputSource. Цей об'єкт представляє будь-який фізичний пристрій, який можна використовувати для взаємодії з сесією WebXR. Сюди входять контролери руху, системи відстеження рук і навіть такі пристрої, як геймпади або погляд користувача.

Що таке XRInputSource?

Коли користувач входить у сесію WebXR, його доступні пристрої вводу відображаються через об'єкти XRInputSource. Кожен XRInputSource надає безліч інформації, критично важливої для ефективного дизайну взаємодії:

• gripSpace: Цей XRSpace представляє позу самого пристрою вводу, зазвичай те місце, де користувач фізично тримає контролер. Він ідеально підходить для відображення моделі контролера у віртуальній сцені.
• targetRaySpace: Цей XRSpace представляє позу віртуального променя, що виходить від контролера, часто використовується для наведення, вибору або взаємодії з віддаленими об'єктами. Уявіть собі його як лазерну указку від контролера.
• hand: Для пристроїв, що підтримують відстеження рук, ця властивість надає об'єкт XRHand, що пропонує детальні дані суглобів скелета для більш природної взаємодії на основі рук.
• gamepad: Якщо джерело вводу є пристроєм типу геймпада (якими є більшість контролерів руху), ця властивість надає стандартний об'єкт Gamepad API. Тут ми отримуємо доступ до натискань кнопок та значень осей.
• profiles: Масив рядків, що ідентифікують загальні профілі взаємодії, підтримувані джерелом вводу (наприклад, "oculus-touch-v2", "generic-trigger-squeeze"). Ці профілі допомагають розробникам адаптувати взаємодії до різних типів контролерів.
• handedness: Вказує, чи пов'язане джерело вводу з лівою чи правою рукою користувача, чи вважається "жодним" (наприклад, введення поглядом).
• pointerOrigin: Вказує, чи джерело вводу вказує від очей користувача ('gaze'), контролера ('screen' або 'pointer'), чи з іншого джерела.

Керування станом цих властивостей є фундаментальним. Нам потрібно знати, де знаходиться контролер, як він орієнтований, які кнопки натиснуті та які його поточні можливості, щоб створювати чуйні та інтуїтивно зрозумілі взаємодії.

Ядро керування станом контролерів

Ефективне керування станом контролерів у WebXR ґрунтується на безперервному зчитуванні вхідних даних та реакції на дії користувача. Це передбачає поєднання опитування для безперервних даних (як поза) та прослуховування дискретних подій (як натискання кнопок).

Відстеження пози та положення

Положення та орієнтація джерел вводу безперервно оновлюються. У вашому циклі анімації WebXR (який зазвичай використовує requestAnimationFrame, прив'язаний до колбек-функції requestAnimationFrame об'єкта XRSession), ви будете перебирати всі активні об'єкти XRInputSource і запитувати їх пози. Це робиться за допомогою методу XRFrame.getPose().

            
// Inside your XRFrame callback function (e.g., called 'onXRFrame')
function onXRFrame(time, frame) {
    const session = frame.session;
    const referenceSpace = session.referenceSpace; // Your defined XRReferenceSpace

    for (const inputSource of session.inputSources) {
        // Get the pose for the grip space (where the user holds the controller)
        const gripPose = frame.getPose(inputSource.gripSpace, referenceSpace);
        if (gripPose) {
            // Use gripPose.transform.position and gripPose.transform.orientation
            // to position your virtual controller model.
            // Example: controllerMesh.position.copy(gripPose.transform.position);
            // Example: controllerMesh.quaternion.copy(gripPose.transform.orientation);
        }

        // Get the pose for the target ray space (for pointing)
        const targetRayPose = frame.getPose(inputSource.targetRaySpace, referenceSpace);
        if (targetRayPose) {
            // Use targetRayPose.transform to cast rays for interaction.
            // Example: raycaster.ray.origin.copy(targetRayPose.transform.position);
            // Example: raycaster.ray.direction.set(0, 0, -1).applyQuaternion(targetRayPose.transform.orientation);
        }
        // ... (further gamepad/hand tracking checks)
    }
    session.requestAnimationFrame(onXRFrame);
}

            

              
                Copy
              
            
          

Це безперервне опитування гарантує, що ваші віртуальні представлення контролерів та їхні промені взаємодії завжди синхронізовані з фізичними пристроями, забезпечуючи високу чутливість та ефект занурення.

Обробка станів кнопок та осей за допомогою Gamepad API

Для контролерів руху натискання кнопок та рухи аналогових стіків/тригерів надаються через стандартний Gamepad API. Властивість XRInputSource.gamepad, якщо доступна, надає об'єкт Gamepad з масивом кнопок та осей.

• gamepad.buttons: Цей масив містить об'єкти GamepadButton. Кожен об'єкт кнопки має:
  • pressed (булевий): True, якщо кнопка зараз натиснута.
  • touched (булевий): True, якщо кнопки зараз торкаються (для сенсорних кнопок).
  • value (число): Число з плаваючою точкою, що представляє силу натискання кнопки, зазвичай від 0.0 (не натиснута) до 1.0 (повністю натиснута). Це особливо корисно для аналогових тригерів.
• gamepad.axes: Цей масив містить числа з плаваючою точкою, що представляють аналогові входи, зазвичай в діапазоні від -1.0 до 1.0. Вони зазвичай використовуються для міні-стіків (дві осі на стік: X і Y) або одиночних аналогових тригерів.

Опитування об'єкта gamepad у вашому циклі анімації дозволяє перевіряти поточний стан кнопок та осей у кожному кадрі. Це має вирішальне значення для дій, що залежать від безперервного введення, таких як рух за допомогою міні-стіка або змінна швидкість за допомогою аналогового тригера.

            
// Inside your onXRFrame function, after getting poses:
if (inputSource.gamepad) {
    const gamepad = inputSource.gamepad;

    // Check button 0 (often the trigger)
    if (gamepad.buttons[0] && gamepad.buttons[0].pressed) {
        // Trigger is pressed. Perform action.
        console.log('Trigger pressed!');
    }

    // Check analog trigger value (e.g., button 1 for a different trigger)
    if (gamepad.buttons[1]) {
        const triggerValue = gamepad.buttons[1].value;
        if (triggerValue > 0.5) {
            console.log('Analog trigger engaged with value:', triggerValue);
        }
    }

    // Read thumbstick axes (e.g., axes[0] for X, axes[1] for Y)
    const thumbstickX = gamepad.axes[0] || 0;
    const thumbstickY = gamepad.axes[1] || 0;
    if (Math.abs(thumbstickX) > 0.1 || Math.abs(thumbstickY) > 0.1) {
        console.log(`Thumbstick moved: X=${thumbstickX.toFixed(2)}, Y=${thumbstickY.toFixed(2)}`);
        // Move character based on thumbstick input
    }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Введення, кероване подіями, для дискретних дій

Хоча опитування чудово підходить для безперервних даних, WebXR також надає події для дискретних дій користувача, пропонуючи ефективніший спосіб реагувати на конкретні натискання або відпускання кнопок. Ці події спрацьовують безпосередньо на об'єкті XRSession:

• selectstart: Спрацьовує, коли починається первинна дія (наприклад, натискання тригера).
• selectend: Спрацьовує, коли первинна дія завершується.
• select: Спрацьовує, коли первинна дія повністю завершена (наприклад, повне натискання та відпускання тригера).
• squeezestart: Спрацьовує, коли починається вторинна дія (наприклад, захоплення).
• squeezeend: Спрацьовує, коли вторинна дія завершується.
• squeeze: Спрацьовує, коли вторинна дія повністю завершена.

Ці події надають об'єкт XRInputSourceEvent, який містить посилання на inputSource, що викликав подію. Це дозволяє вам конкретно ідентифікувати, який контролер виконав дію.

            
session.addEventListener('selectstart', (event) => {
    console.log('Primary action started by:', event.inputSource.handedness);
    // E.g., start grabbing an object
});

session.addEventListener('selectend', (event) => {
    console.log('Primary action ended by:', event.inputSource.handedness);
    // E.g., release the grabbed object
});

session.addEventListener('squeeze', (event) => {
    console.log('Squeeze action completed by:', event.inputSource.handedness);
    // E.g., teleport or activate a power-up
});

            

              
                Copy
              
            
          

Використання подій для дискретних дій може спростити ваш код і покращити продуктивність, виконуючи логіку лише тоді, коли відбувається відповідна дія, замість того, щоб перевіряти стани кнопок у кожному кадрі. Поширена стратегія полягає в об'єднанні обох підходів: опитування для безперервного руху та перевірка аналогових значень, тоді як події використовуються для одноразових дій, таких як телепортація або підтвердження вибору.

Розширені методи керування станом

Виходячи за межі основ, надійні WebXR-додатки часто вимагають більш складних підходів до керування вводом.

Керування кількома контролерами та типами вводу

Користувачі можуть мати один або два контролери руху, або вони можуть використовувати відстеження рук, або навіть просто введення поглядом. Ваш додаток повинен елегантно обробляти всі ці можливості. Рекомендується підтримувати внутрішню карту або масив активних джерел вводу та їхніх станів, оновлюючи їх за допомогою подій inputsourceschange та в кожному кадрі анімації.

            
let activeInputSources = new Map();

session.addEventListener('inputsourceschange', (event) => {
    for (const inputSource of event.removed) {
        activeInputSources.delete(inputSource);
        console.log('Input source removed:', inputSource.handedness);
    }
    for (const inputSource of event.added) {
        activeInputSources.set(inputSource, { /* custom state for this input */ });
        console.log('Input source added:', inputSource.handedness);
    }
});

// Inside onXRFrame, iterate activeInputSources instead of session.inputSources directly
for (const [inputSource, customState] of activeInputSources) {
    // ... process inputSource as before ...
    // You can also update customState here based on input.
}

            

              
                Copy
              
            
          

Цей підхід дозволяє вам прикріплювати власну логіку або стан (наприклад, чи утримується об'єкт цим контролером) безпосередньо до кожного джерела вводу.

Реалізація користувацьких жестів та взаємодій

Хоча WebXR надає базові події, багато імерсивних досвідів виграють від користувацьких жестів. Це може включати:

• Акордові дії: Одночасне натискання кількох кнопок.
• Послідовні введення: Певна послідовність натискань кнопок або рухів.
• Жести рук: Для систем відстеження рук, виявлення певних поз або рухів рук (наприклад, щипок, кулак, помах). Це вимагає аналізу даних суглобів XRHand протягом часу.

Реалізація цих функцій вимагає поєднання опитування з відстеженням стану. Наприклад, для виявлення "подвійного натискання" на тригер, ви відстежували б мітку часу останньої події "select" і порівнювали її з поточною. Для жестів рук ви б постійно оцінювали кути та положення суглобів рук щодо заздалегідь визначених шаблонів жестів.

Обробка відключень та перепідключень

Пристрої вводу можуть бути вимкнені, розрядитися або тимчасово втратити з'єднання. Подія inputsourceschange має вирішальне значення для виявлення додавання або видалення джерела вводу. Ваш додаток повинен коректно обробляти ці зміни, потенційно призупиняючи досвід, повідомляючи користувача або надаючи резервні механізми вводу (наприклад, дозволяючи введення поглядом продовжувати роботу, якщо контролери відключаються).

Інтеграція з фреймворками інтерфейсу користувача

Багато WebXR-додатків використовують фреймворки, такі як Three.js, Babylon.js або A-Frame. Ці фреймворки часто надають власні абстракції для введення WebXR, спрощуючи керування станом контролерів. Наприклад:

• Three.js: Надає класи WebXRController та WebXRHand, які інкапсулюють рідні API WebXR, пропонуючи методи для отримання поз захоплення та променя цілі, доступу до даних геймпада та прослуховування подій високого рівня.
• A-Frame: Пропонує компоненти, такі як laser-controls, hand-controls та tracked-controls, які автоматично обробляють рендеринг контролерів, променеве відкидання та прив'язку подій, дозволяючи розробникам зосередитися на логіці взаємодії.
• Babylon.js: Має клас WebXRInputSource у своїй WebXR-камері, що забезпечує доступ до інформації контролера, тактильного зворотного зв'язку та слухачів подій.

Навіть при використанні цих фреймворків глибоке розуміння основних принципів WebXR Input Source Manager дає вам змогу ефективно налаштовувати взаємодії, відлагоджувати проблеми та оптимізувати продуктивність.

Найкращі практики для надійного введення WebXR

Щоб створити справді виняткові WebXR-досвіди, розгляньте ці найкращі практики для керування станом вводу:

Міркування щодо продуктивності

• Мінімізуйте опитування: Хоча це необхідно для пози, уникайте надмірного опитування кнопок геймпада, якщо прослуховувачів подій достатньо для дискретних дій.
• Пакетні оновлення: Якщо у вас є багато об'єктів, що реагують на введення, розгляньте можливість пакетного оновлення замість активації індивідуальних обчислень для кожного.
• Оптимізуйте рендеринг: Переконайтеся, що ваші віртуальні моделі контролерів оптимізовані для продуктивності, особливо якщо ви ініціюєте багато з них.
• Збір сміття: Пам'ятайте про багаторазове створення нових об'єктів у циклі анімації. Використовуйте існуючі об'єкти, де це можливо (наприклад, для векторних обчислень).

Дизайн користувацького досвіду (UX) для вводу

• Надавайте чіткий візуальний зворотний зв'язок: Коли користувач вказує, вибирає або хапає, переконайтеся, що у віртуальному світі є негайне візуальне підтвердження (наприклад, промінь змінює колір, об'єкт підсвічується, контролер вібрує).
• Включайте тактильний зворотний зв'язок: Використовуйте vibrationActuator на об'єкті Gamepad для забезпечення тактильного зворотного зв'язку для таких дій, як натискання кнопок, успішні захоплення або зіткнення. Це значно підвищує занурення. Метод vibrationActuator.playPattern(strength, duration) — ваш помічник тут.
• Дизайн для комфорту та природності: Взаємодії повинні відчуватися природними та не викликати фізичної напруги. Уникайте вимоги точних, повторюваних рухів протягом тривалих періодів.
• Пріоритет доступності: Розгляньте користувачів з обмеженою рухливістю або різними фізичними можливостями. Забезпечте кілька схем вводу, де це можливо (наприклад, вибір на основі погляду як альтернатива вказівці контролером).
• Направляйте користувачів: Особливо для складних взаємодій, надайте візуальні підказки або посібники щодо використання контролерів.

Крос-платформна сумісність

WebXR прагне крос-пристройної сумісності, але пристрої вводу значно відрізняються. Різні контролери (Oculus Touch, Valve Index, HP Reverb G2, Pico, HTC Vive, загальні геймпади) мають різні розкладки кнопок та можливості відстеження. Тому:

• Використовуйте профілі вводу: Використовуйте XRInputSource.profiles для адаптації ваших взаємодій. Наприклад, профіль "valve-index" може вказувати на більшу кількість кнопок та розширене відстеження пальців.
• Рівні абстракції: Розгляньте можливість створення власного рівня абстракції над необробленим WebXR API для відображення різних фізичних натискань кнопок на логічні дії в межах вашого додатка (наприклад, "основна-дія", "дія-захоплення"), незалежно від того, яка фізична кнопка відповідає їй на конкретному контролері.
• Ретельне тестування: Тестуйте свій додаток на якомога більшій кількості різних WebXR-сумісних пристроїв, щоб забезпечити послідовну та надійну обробку вводу.

Майбутнє введення WebXR

WebXR – це стандарт, що розвивається, і майбутнє введення обіцяє ще більш імерсивні та природні взаємодії.

Відстеження рук та скелетний ввід

З пристроями, такими як Meta Quest та Pico, що пропонують рідне відстеження рук, інтерфейс XRHand стає все більш життєво важливим. Він надає детальний скелет руки користувача, дозволяючи більш інтуїтивні взаємодії на основі жестів без контролерів. Розробникам потрібно буде перейти від логіки натискання кнопок до інтерпретації складних послідовностей поз і рухів рук.

Введення голосом та поглядом

Інтеграція Web Speech API для голосових команд та використання напрямку погляду як механізму вводу запропонує варіанти взаємодії без використання рук, покращуючи доступність та розширюючи діапазон можливих досвідів.

Семантичний ввід

Довгострокове бачення може включати більш семантичний ввід, де система розуміє намір користувача, а не просто необроблені натискання кнопок. Наприклад, користувач може просто "хотіти підняти цей об'єкт", і система інтелектуально визначає найкращий спосіб полегшити цю взаємодію на основі контексту та доступних методів вводу.

Висновок

Опанування джерел вводу WebXR та керування станом контролерів є наріжним каменем для створення успішних та захопливих імерсивних веб-досвідів. Розуміючи інтерфейс XRInputSource, використовуючи Gamepad API, ефективно застосовуючи події та впроваджуючи надійні методи керування станом, розробники можуть створювати взаємодії, які є інтуїтивно зрозумілими, продуктивними та універсально доступними.

Ключові висновки:

• XRInputSource – це ваш шлях до всіх пристроїв вводу в WebXR.
• Поєднуйте опитування для безперервних даних (пози, значення аналогових стіків) з прослуховувачами подій для дискретних дій (натискання/відпускання кнопок).
• Використовуйте властивість gamepad для детальних станів кнопок та осей.
• Використовуйте inputsourceschange для динамічного керування пристроями вводу.
• Пріоритезуйте візуальний та тактильний зворотний зв'язок для покращення користувацького досвіду.
• Проектуйте з урахуванням крос-платформної сумісності та доступності з самого початку.

Екосистема WebXR постійно розширюється, приносячи з собою нові парадигми вводу та можливості. Залишаючись інформованими та застосовуючи ці принципи, ви будете добре підготовлені до того, щоб зробити внесок у наступне покоління інтерактивного, імерсивного веб-контенту, що захоплює глобальну аудиторію. Починайте експериментувати, створювати та діліться своїми творіннями зі світом!