Опанування WebXR Input: глибокий аналіз керування станом контролера

Світ розширеної реальності (XR) швидко розвивається, а разом з ним і спосіб взаємодії користувачів з віртуальними та доповненими середовищами. В основі цієї взаємодії лежить обробка введення даних з контролерів. Для розробників, які створюють імерсивні враження за допомогою WebXR, розуміння та ефективне керування станами контролера має першорядне значення для забезпечення інтуїтивно зрозумілих, чутливих та захопливих додатків. Цей допис у блозі глибоко занурюється в WebXR Input Source Manager та його вирішальну роль у керуванні станом контролера, надаючи інсайти та найкращі практики для глобальної аудиторії творців XR.

Розуміння WebXR Input Source Manager

WebXR Device API надає стандартизований спосіб для веб-браузерів отримувати доступ до XR пристроїв, таких як гарнітури віртуальної реальності (VR) та окуляри доповненої реальності (AR). Ключовим компонентом цього API є Input Source Manager. Він діє як центральний хаб для виявлення та керування всіма пристроями введення, підключеними до XR сесії. Ці пристрої введення можуть варіюватися від простих контролерів руху з кнопками та джойстиками до більш складних систем відстеження рук.

Що таке Input Source?

У термінології WebXR, Input Source представляє фізичний пристрій, який користувач може використовувати для взаємодії з XR середовищем. Поширені приклади включають:

• VR контролери: Пристрої, такі як контролери Oculus Touch, Valve Index або PlayStation Move, які пропонують різноманітні кнопки, тригери, джойстики та тачпади.
• Відстеження рук: Деякі пристрої можуть відстежувати руки користувача безпосередньо, надаючи введення на основі жестів і рухів пальців.
• AR контролери: Для AR досвіду введення може надходити від спареного контролера Bluetooth або навіть жестів, розпізнаних камерами AR пристрою.
• Введення поглядом: Хоча це не фізичний контролер, погляд можна розглядати як джерело введення, де фокус користувача визначає взаємодію.

Роль Input Source Manager

Input Source Manager відповідає за:

• Перелік джерел введення: Виявлення, коли джерела введення (контролери, відстеження рук тощо) стають доступними або видаляються з XR сесії.
• Надання інформації про джерело введення: Надання деталей про кожне виявлене джерело введення, наприклад, його тип (наприклад, 'рука', 'інше'), його цільовий простір променя (куди він спрямований) та його вказівник (для взаємодії, подібної до екрану).
• Керування подіями введення: Сприяння потоку подій від джерел введення до програми, таких як натискання кнопок, натискання тригерів або рухи джойстиків.

Керування станом контролера: Основа взаємодії

Ефективне керування станом контролера полягає не лише в тому, щоб знати, коли натиснута кнопка; це про розуміння повного спектру станів, в яких може перебувати контролер, і про те, як ці стани перетворюються на дії користувача у вашому XR додатку. Це включає в себе відстеження:

• Стани кнопок: Кнопка зараз натиснута, відпущена чи утримується?
• Значення осей: Яке поточне положення джойстика або тачпада?
• Стани захоплення/затискання: Для контролерів із датчиками захоплення, користувач тримає або відпускає контролер?
• Поза/Трансформація: Де розташований контролер у 3D просторі та як він орієнтований? Це має вирішальне значення для прямого маніпулювання та взаємодії.
• Статус підключення: Контролер підключений і активний, чи його відключено?

Проблеми у глобальній XR розробці

При розробці для глобальної аудиторії кілька факторів ускладнюють керування станом контролера:

• Фрагментація пристроїв: Величезна різноманітність доступного у всьому світі XR обладнання означає, що розробникам потрібно враховувати різні конструкції контролерів, розташування кнопок і можливості датчиків. Те, що інтуїтивно зрозуміло на одній платформі, може заплутати на іншій.
• Локалізація елементів керування: Хоча кнопки та осі є універсальними, їхні загальні шаблони використання або культурні асоціації можуть відрізнятися. Наприклад, поняття кнопки «назад» може залежати від контексту в різних культурних інтерфейсах.
• Продуктивність на різних пристроях: Обчислювальна потужність і затримка мережі можуть значно відрізнятися для користувачів у різних регіонах, впливаючи на чутливість обробки введення.
• Доступність: Забезпечення того, щоб користувачі з різними фізичними можливостями могли ефективно взаємодіяти з XR програмами, вимагає надійного та гнучкого керування введенням.

Використання WebXR Input Source Manager для керування станом

WebXR Input Source Manager надає основні інструменти для вирішення цих проблем. Давайте розглянемо, як ефективно його використовувати.

1. Доступ до джерел введення

Основний спосіб взаємодії з джерелами введення – через властивість navigator.xr.inputSources, яка повертає список усіх активних джерел введення.

            const xrSession = await navigator.xr.requestSession('immersive-vr');

function handleInputSources(session) {
    session.inputSources.forEach(inputSource => {
        console.log('Input Source Type:', inputSource.targetRayMode);
        console.log('Input Source Gamepad:', inputSource.gamepad);
        console.log('Input Source Profiles:', inputSource.profiles);
    });
}

xrSession.addEventListener('inputsourceschange', () => {
    handleInputSources(xrSession);
});

handleInputSources(xrSession);

            

              
                Copy
              
            
          

Об’єкт inputSources надає ключову інформацію:

• targetRayMode: Вказує, як джерело введення використовується для націлювання (наприклад, «погляд», «контролер», «екран»).
• gamepad: Стандартний об’єкт Gamepad API, який надає доступ до станів кнопок і осей. Це основний інструмент для детального введення контролера.
• profiles: Масив рядків, що вказують профілі джерела введення (наприклад, «oculus-touch», «vive-wands»). Це надзвичайно цінно для адаптації поведінки до конкретного обладнання.

2. Відстеження станів кнопок і осей за допомогою Gamepad API

Властивість gamepad джерела введення є прямим посиланням на стандартний Gamepad API. Цей API існує вже давно, забезпечуючи широку сумісність і знайомий інтерфейс для розробників.

Розуміння індексів кнопок і осей Gamepad:

Gamepad API використовує числові індекси для представлення кнопок і осей. Ці індекси можуть дещо відрізнятися між пристроями, тому важливо перевіряти profiles. Однак встановлено загальні індекси:

• Кнопки: Зазвичай індекси 0-19 охоплюють звичайні кнопки (кнопки на лицьовій панелі, тригери, бампери, клацання джойстиків).
• Осі: Зазвичай індекси 0-5 охоплюють аналогові джойстики (ліворуч/праворуч горизонтально/вертикально) і тригери.

Приклад: Перевірка натискання кнопки та значення тригера:

            function updateControllerState(inputSource) {
    if (!inputSource.gamepad) return;

    const gamepad = inputSource.gamepad;

    // Example: Check if the 'A' button (often index 0) is pressed
    if (gamepad.buttons[0].pressed) {
        console.log('Primary button pressed!');
        // Trigger an action
    }

    // Example: Get the value of the primary trigger (often index 1)
    const triggerValue = gamepad.buttons[1].value; // Ranges from 0.0 to 1.0
    if (triggerValue > 0.1) {
        console.log('Trigger pulled:', triggerValue);
        // Apply force, select object, etc.
    }

    // Example: Get the horizontal value of the left thumbstick (often index 2)
    const thumbstickX = gamepad.axes[2]; // Ranges from -1.0 to 1.0
    if (Math.abs(thumbstickX) > 0.2) {
        console.log('Left thumbstick moved:', thumbstickX);
        // Handle locomotion, camera movement, etc.
    }
}

function animate() {
    if (xrSession) {
        xrSession.inputSources.forEach(inputSource => {
            updateControllerState(inputSource);
        });
    }
    requestAnimationFrame(animate);
}

animate();

            

              
                Copy
              
            
          

Важлива примітка щодо індексів кнопок/осей: Хоча існують загальні індекси, найкраще переглянути profiles джерела введення та потенційно використовувати зіставлення, якщо точна ідентифікація кнопок на всіх пристроях має вирішальне значення. Бібліотеки, такі як XRInput, можуть допомогти абстрагувати ці відмінності.

3. Відстеження пози та перетворень контролера

Поза контролера в 3D просторі має важливе значення для прямого маніпулювання, прицілювання та взаємодії з навколишнім середовищем. WebXR API надає цю інформацію через властивість inputSource.gamepad.pose, але, що важливіше, через inputSource.targetRaySpace і inputSource.gripSpace.

• targetRaySpace: Це простір відліку, що представляє точку та напрямок, звідки виходить трасування променів або націлювання. Він часто вирівнюється з вказівником контролера або основним променем взаємодії.
• gripSpace: Це простір відліку, що представляє фізичне положення та орієнтацію самого контролера. Це корисно для захоплення віртуальних об’єктів або коли візуальне представлення контролера має відповідати його реальному положенню.

Щоб отримати фактичну матрицю перетворення (положення та орієнтацію) цих просторів відносно позиції вашого переглядача, ви використовуєте методи session.requestReferenceSpace і viewerSpace.getOffsetReferenceSpace.

            let viewerReferenceSpace = null;
let gripSpace = null;
let targetRaySpace = null;

xrSession.requestReferenceSpace('viewer').then(space => {
    viewerReferenceSpace = space;

    // Request grip space relative to viewer space
    const inputSource = xrSession.inputSources[0]; // Assuming at least one input source
    if (inputSource) {
        gripSpace = viewerReferenceSpace.getOffsetReferenceSpace(inputSource.gripSpace);
        targetRaySpace = viewerReferenceSpace.getOffsetReferenceSpace(inputSource.targetRaySpace);
    }
});

function updateControllerPose() {
    if (viewerReferenceSpace && gripSpace && targetRaySpace) {
        const frame = xrFrame;
        const gripPose = frame.getPose(gripSpace, viewerReferenceSpace);
        const rayPose = frame.getPose(targetRaySpace, viewerReferenceSpace);

        if (gripPose) {
            // gripPose.position contains [x, y, z]
            // gripPose.orientation contains [x, y, z, w] (quaternion)
            console.log('Controller Position:', gripPose.position);
            console.log('Controller Orientation:', gripPose.orientation);
            // Update your 3D model or interaction logic
        }

        if (rayPose) {
            // This is the origin and direction of the targeting ray
            // Use this for raycasting into the scene
        }
    }
}

// Inside your XR frame loop:
function renderXRFrame(xrFrame) {
    xrFrame;
    updateControllerPose();
    // ... rendering logic ...
}

            

              
                Copy
              
            
          

Глобальні міркування щодо пози: Переконайтеся, що ваша система координат узгоджена. Більшість розробок XR використовують правосторонню систему координат, де Y спрямована вгору. Однак пам’ятайте про потенційні відмінності в точках початку координат або правосторонності, якщо інтегруєтеся із зовнішніми 3D-рушіями, які мають інші конвенції.

4. Обробка подій введення та перехід станів

Хоча опитування стану gamepad в циклі анімації є поширеним, WebXR також надає керовані подіями механізми для змін введення, які можуть бути більш ефективними та забезпечувати кращу взаємодію з користувачем.

Події `select` і `squeeze`:

Це основні події, які надсилаються WebXR API для джерел введення.

• selectstart / selectend: Викликається, коли натиснута або відпущена основна кнопка дії (наприклад, «A» на Oculus або основний тригер).
• squeezestart / squeezeend: Викликається, коли ініційована або відпущена дія захоплення (наприклад, стискання кнопки захоплення збоку).

            xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
    const inputSource = event.inputSource;
    console.log('Select started on:', inputSource.profiles);
    // Trigger immediate action, like picking up an object
});

xrSession.addEventListener('squeezeend', (event) => {
    const inputSource = event.inputSource;
    console.log('Squeeze ended on:', inputSource.profiles);
    // Release an object, stop an action
});

// You can also listen for specific buttons via the gamepad API directly if needed

            

              
                Copy
              
            
          

Власна обробка подій:

Для більш складних взаємодій ви можете створити власну машину станів для кожного контролера. Це включає:

1. Визначення станів: наприклад, «IDLE», «POINTING», «GRABBING», «MENU_OPEN».
2. Визначення переходів: Які натискання кнопок або зміни осі викликають зміну стану?
3. Обробка дій у станах: Які дії відбуваються, коли стан активний або коли відбувається перехід?

Приклад простої концепції машини станів:

            class ControllerStateManager {
    constructor(inputSource) {
        this.inputSource = inputSource;
        this.state = 'IDLE';
        this.isPrimaryButtonPressed = false;
        this.isGripPressed = false;
    }

    update() {
        const gamepad = this.inputSource.gamepad;
        if (!gamepad) return;

        const primaryButton = gamepad.buttons[0]; // Assuming index 0 is primary
        const gripButton = gamepad.buttons[2];  // Assuming index 2 is grip

        // Primary Button Logic
        if (primaryButton.pressed && !this.isPrimaryButtonPressed) {
            this.handleEvent('PRIMARY_PRESS');
            this.isPrimaryButtonPressed = true;
        } else if (!primaryButton.pressed && this.isPrimaryButtonPressed) {
            this.handleEvent('PRIMARY_RELEASE');
            this.isPrimaryButtonPressed = false;
        }

        // Grip Button Logic
        if (gripButton.pressed && !this.isGripPressed) {
            this.handleEvent('GRIP_PRESS');
            this.isGripPressed = true;
        } else if (!gripButton.pressed && this.isGripPressed) {
            this.handleEvent('GRIP_RELEASE');
            this.isGripPressed = false;
        }

        // Update state-specific logic here, e.g., joystick movement for locomotion
        if (this.state === 'MOVING') {
            // Handle locomotion based on thumbstick axes
        }
    }

    handleEvent(event) {
        switch (this.state) {
            case 'IDLE':
                if (event === 'PRIMARY_PRESS') {
                    this.state = 'INTERACTING';
                    console.log('Started interacting');
                } else if (event === 'GRIP_PRESS') {
                    this.state = 'GRABBING';
                    console.log('Started grabbing');
                }
                break;
            case 'INTERACTING':
                if (event === 'PRIMARY_RELEASE') {
                    this.state = 'IDLE';
                    console.log('Stopped interacting');
                }
                break;
            case 'GRABBING':
                if (event === 'GRIP_RELEASE') {
                    this.state = 'IDLE';
                    console.log('Stopped grabbing');
                }
                break;
        }
    }
}

// In your XR setup:
const controllerManagers = new Map();

xrSession.addEventListener('inputsourceschange', () => {
    xrSession.inputSources.forEach(inputSource => {
        if (!controllerManagers.has(inputSource)) {
            controllerManagers.set(inputSource, new ControllerStateManager(inputSource));
        }
    });
    // Clean up managers for disconnected controllers...
});

// In your animation loop:
function animate() {
    if (xrSession) {
        controllerManagers.forEach(manager => manager.update());
    }
    requestAnimationFrame(animate);
}

            

              
                Copy
              
            
          

5. Адаптація до різних профілів контролерів

Як згадувалося, властивість profiles є ключем до міжнародної сумісності. Різні платформи VR/AR мають встановлені профілі, які описують можливості та загальні зіставлення кнопок своїх контролерів.

Загальні профілі:

• oculus-touch
• vive-wands
• microsoft-mixed-reality-controller
• google-daydream-controller
• apple-vision-pro-controller (майбутній, може використовувати переважно жести)

Стратегії адаптації профілю:

• Поведінка за замовчуванням: Реалізуйте розумну поведінку за замовчуванням для загальних дій.
• Відображення для певного профілю: Використовуйте оператори `if` або об’єкт відображення, щоб призначити певні індекси кнопок/осей на основі виявленого профілю.
• Налаштування елементів керування користувачем: Для розширених програм дозвольте користувачам перепризначати елементи керування в налаштуваннях програми, що особливо корисно для користувачів з різними мовними вподобаннями або потребами доступності.

Приклад: Логіка взаємодії, яка враховує профіль:

            function getPrimaryAction(inputSource) {
    const profiles = inputSource.profiles;
    if (profiles.includes('oculus-touch')) {
        return 0; // Oculus Touch 'A' button
    } else if (profiles.includes('vive-wands')) {
        return 0; // Vive Wand Trigger button
    }
    // Add more profile checks
    return 0; // Fallback to a common default
}

function handlePrimaryAction(inputSource) {
    const buttonIndex = getPrimaryAction(inputSource);
    if (inputSource.gamepad.buttons[buttonIndex].pressed) {
        console.log('Performing primary action for:', inputSource.profiles);
        // ... your action logic ...
    }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Інтернаціоналізація елементів інтерфейсу користувача, пов’язаних з елементами керування: Якщо ви відображаєте піктограми, що представляють кнопки (наприклад, піктограму «A»), переконайтеся, що вони локалізовані або загальні. Наприклад, у багатьох західних культурах «A» часто використовується для вибору, але ця конвенція може відрізнятися. Використання візуальних підказок, які є загальнозрозумілими (наприклад, палець, що натискає кнопку), може бути ефективнішим.

Розширені методи та найкращі практики

1. Прогнозування введення та компенсація затримки

Навіть із пристроями з низькою затримкою мережа або затримки рендерингу можуть спричинити відчутну затримку між фізичною дією користувача та її відображенням у XR середовищі. Методи пом’якшення цього включають:

• Прогнозування на стороні клієнта: Коли натискається кнопка, негайно оновіть візуальний стан віртуального об’єкта (наприклад, почніть стріляти зі зброї), перш ніж сервер (або логіка вашої програми) підтвердить це.
• Буферизація введення: Зберігайте коротку історію подій введення, щоб згладити тремтіння або пропущені оновлення.
• Тимчасова інтерполяція: Для руху контролера інтерполюйте між відомими позами, щоб відтворити більш плавну траєкторію.

Глобальний вплив: Користувачі в регіонах з вищою затримкою в Інтернеті отримають найбільшу користь від цих методів. Важливо тестувати свою програму з змодельованими мережевими умовами, що представляють різні глобальні регіони.

2. Тактильний зворотний зв’язок для покращеного занурення

Тактильний зворотний зв’язок (вібрація) є потужним інструментом для передачі тактильних відчуттів і підтвердження взаємодій. WebXR Gamepad API надає доступ до тактильних приводів.

            function triggerHapticFeedback(inputSource, intensity = 0.5, duration = 100) {
    if (inputSource.gamepad && inputSource.gamepad.hapticActuators) {
        const hapticActuator = inputSource.gamepad.hapticActuators[0]; // Often the first actuator
        if (hapticActuator) {
            hapticActuator.playEffect('vibration', {
                duration: duration, // milliseconds
                strongMagnitude: intensity, // 0.0 to 1.0
                weakMagnitude: intensity // 0.0 to 1.0
            }).catch(error => {
                console.error('Haptic feedback failed:', error);
            });
        }
    }
}

// Example: Trigger haptic feedback on primary button press
xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
    triggerHapticFeedback(event.inputSource, 0.7, 50);
});

            

              
                Copy
              
            
          

Локалізація тактильних відчуттів: Хоча тактильні відчуття, як правило, є універсальними, тип зворотного зв’язку можна локалізувати. Наприклад, легкий імпульс може означати вибір, тоді як різкий гул може вказувати на помилку. Переконайтеся, що ці асоціації є культурно нейтральними або адаптованими.

3. Розробка для різноманітних моделей взаємодії

Окрім основних натискань кнопок, розгляньте багатий набір взаємодій, які WebXR робить можливими:

• Пряме маніпулювання: Захоплення та переміщення віртуальних об’єктів за допомогою положення та орієнтації контролера.
• Трасування променів/націлювання: Використання віртуальної лазерної вказівки від контролера для вибору об’єктів на відстані.
• Розпізнавання жестів: Для введення з відстеженням рук інтерпретація певних поз рук (наприклад, вказівний палець, великий палець вгору) як команд.
• Голосове введення: Інтеграція розпізнавання мовлення для команд, особливо корисна, коли руки зайняті.

Глобальне застосування: Наприклад, у східноазіатських культурах вказування вказівним пальцем може вважатися менш ввічливим, ніж жест, що включає стиснутий кулак або легкий помах. Розробляйте жести, які є загальноприйнятними або надавайте варіанти.

4. Доступність і резервні механізми

Справді глобальна програма має бути доступною для якомога більшої кількості користувачів.

• Альтернативне введення: Надайте альтернативні методи введення, такі як клавіатура/миша в браузерах для настільних комп’ютерів або вибір на основі погляду для користувачів, які не можуть використовувати контролери.
• Регульована чутливість: Дозвольте користувачам регулювати чутливість джойстиків і тригерів.
• Перепризначення кнопок: Як згадувалося, надання користувачам можливості налаштовувати свої елементи керування є потужною функцією доступності.

Глобальне тестування: Залучіть бета-тестерів з різних географічних місць і з різними потребами обладнання та доступності. Їхні відгуки неоціненні для вдосконалення вашої стратегії керування введенням.

Висновок

WebXR Input Source Manager — це більше, ніж просто технічний компонент; це шлях до створення справді захоплюючих та інтуїтивно зрозумілих XR вражень. Ретельно розуміючи його можливості, від відстеження позицій контролерів і станів кнопок до використання подій і адаптації до різноманітних профілів обладнання, розробники можуть створювати програми, які резонують з глобальною аудиторією.

Опанування керування станом контролера — це безперервний процес. Оскільки технологія XR розвивається, а парадигми взаємодії з користувачами змінюються, бути в курсі та застосовувати надійні, гнучкі методи розробки буде запорукою успіху. Прийміть виклик створення для різноманітного світу та розкрийте весь потенціал WebXR.

Подальші дослідження

• MDN Web Docs - WebXR Device API: Для офіційних специфікацій і сумісності з браузерами.
• XR Interaction Toolkit (Unity/Unreal): Якщо ви створюєте прототипи в ігрових рушіях перед портуванням у WebXR, ці набори інструментів пропонують подібні концепції для керування введенням.
• Форуми спільноти та канали Discord: Спілкуйтеся з іншими розробниками XR, щоб ділитися ідеями та усувати проблеми.