Học cách dùng WebXR Hit Test Manager để tạo trải nghiệm AR/VR tương tác, nhập vai bằng ray casting. Khám phá kỹ thuật triển khai, thực tiễn tốt nhất và chiến lược tối ưu.
WebXR Hit Test Manager: Triển khai Hệ thống Ray Casting cho Trải nghiệm Nhập vai
Sự phát triển của công nghệ Thực tế tăng cường (AR) và Thực tế ảo (VR) đã mở ra những khả năng mới thú vị để tạo ra các trải nghiệm kỹ thuật số nhập vai và tương tác. WebXR, một API JavaScript để truy cập các khả năng VR và AR trong trình duyệt web, cho phép các nhà phát triển trên toàn thế giới xây dựng những trải nghiệm này trên vô số thiết bị. Một thành phần chính trong việc tạo ra các trải nghiệm WebXR hấp dẫn là khả năng tương tác với môi trường ảo. Đây là nơi WebXR Hit Test Manager và ray casting phát huy tác dụng.
Ray Casting là gì và tại sao nó lại quan trọng?
Ray casting, trong ngữ cảnh WebXR, là một kỹ thuật dùng để xác định xem một tia ảo (một đường thẳng) có giao cắt với một bề mặt thế giới thực được hệ thống AR phát hiện hay một đối tượng ảo trong môi trường VR hay không. Hãy tưởng tượng như bạn chiếu một đèn laser vào môi trường xung quanh và xem nó chạm vào đâu. WebXR Hit Test Manager cung cấp các công cụ để thực hiện các phép chiếu tia này và truy xuất kết quả. Thông tin này rất quan trọng cho nhiều loại tương tác, bao gồm:
- Đặt đối tượng: Cho phép người dùng đặt các đối tượng ảo lên các bề mặt thế giới thực, chẳng hạn như đặt một chiếc ghế ảo vào phòng khách của họ (AR). Hãy xem xét một người dùng ở Tokyo trang trí căn hộ của họ một cách ảo trước khi quyết định mua đồ nội thất.
- Nhắm mục tiêu và Lựa chọn: Cho phép người dùng chọn các đối tượng ảo hoặc tương tác với các yếu tố giao diện người dùng bằng cách sử dụng con trỏ ảo hoặc bàn tay (AR/VR). Hãy tưởng tượng một bác sĩ phẫu thuật ở London sử dụng AR để phủ thông tin giải phẫu lên bệnh nhân, chọn các khu vực cụ thể để xem xét.
- Điều hướng: Di chuyển hình đại diện của người dùng qua thế giới ảo bằng cách chỉ vào một vị trí và hướng dẫn họ di chuyển đến đó (VR). Một bảo tàng ở Paris có thể sử dụng VR để cho phép du khách điều hướng qua các cuộc triển lãm lịch sử.
- Nhận dạng cử chỉ: Kết hợp kiểm tra va chạm (hit testing) với theo dõi tay để diễn giải các cử chỉ của người dùng, như chụm để thu phóng hoặc vuốt để cuộn (AR/VR). Điều này có thể được sử dụng trong một cuộc họp thiết kế cộng tác ở Sydney, nơi những người tham gia cùng nhau thao tác các mô hình ảo.
Tìm hiểu WebXR Hit Test Manager
WebXR Hit Test Manager là một phần thiết yếu của WebXR API giúp thực hiện ray casting. Nó cung cấp các phương thức để tạo và quản lý các nguồn kiểm tra va chạm (hit test sources), định nghĩa điểm gốc và hướng của tia. Trình quản lý sau đó sử dụng các nguồn này để thực hiện các kiểm tra va chạm với thế giới thực (trong AR) hoặc thế giới ảo (trong VR) và trả về thông tin về bất kỳ giao cắt nào. Các khái niệm chính bao gồm:
- XRFrame: XRFrame đại diện cho một ảnh chụp nhanh tại một thời điểm của cảnh XR, bao gồm tư thế của người xem và bất kỳ mặt phẳng hoặc tính năng nào được phát hiện. Các kiểm tra va chạm được thực hiện dựa trên XRFrame.
- XRHitTestSource: Đại diện cho nguồn của tia sẽ được chiếu. Nó định nghĩa điểm gốc (nơi tia bắt đầu) và hướng (nơi tia hướng tới). Bạn thường sẽ tạo một XRHitTestSource cho mỗi phương thức nhập liệu (ví dụ: bộ điều khiển, bàn tay).
- XRHitTestResult: Chứa thông tin về một lần va chạm thành công, bao gồm tư thế (vị trí và hướng) của điểm giao cắt và khoảng cách từ điểm gốc của tia.
- XRHitTestTrackable: Đại diện cho một tính năng được theo dõi (như một mặt phẳng) trong thế giới thực.
Triển khai Hệ thống kiểm tra va chạm cơ bản
Hãy cùng tìm hiểu các bước để triển khai hệ thống kiểm tra va chạm WebXR cơ bản bằng JavaScript. Ví dụ này tập trung vào việc đặt đối tượng AR, nhưng các nguyên tắc có thể được điều chỉnh cho các kịch bản tương tác khác.
Bước 1: Yêu cầu Phiên WebXR và Hỗ trợ Hit Test
Đầu tiên, bạn cần yêu cầu một phiên WebXR và đảm bảo rằng tính năng 'hit-test' đã được bật. Tính năng này là bắt buộc để sử dụng Hit Test Manager.
async function initXR() {
try {
xrSession = await navigator.xr.requestSession('immersive-ar', {
requiredFeatures: ['hit-test'],
});
xrSession.addEventListener('end', () => {
console.log('XR session ended');
});
// Initialize your WebGL renderer and scene here
initRenderer();
xrSession.updateRenderState({
baseLayer: new XRWebGLLayer(xrSession, renderer.getContext())
});
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('local');
xrHitTestSource = await xrSession.requestHitTestSource({
space: xrReferenceSpace
});
xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);
} catch (e) {
console.error('WebXR failed to initialize', e);
}
}
Giải thích:
- `navigator.xr.requestSession('immersive-ar', ...)`: Yêu cầu một phiên AR nhập vai. Đối số đầu tiên chỉ định loại phiên ('immersive-ar' cho AR, 'immersive-vr' cho VR).
- `requiredFeatures: ['hit-test']`: Quan trọng là, yêu cầu tính năng 'hit-test', cho phép sử dụng Hit Test Manager.
- `xrSession.requestHitTestSource(...)`: Tạo một XRHitTestSource, định nghĩa điểm gốc và hướng của tia. Trong ví dụ cơ bản này, chúng ta sử dụng không gian tham chiếu 'viewer', tương ứng với góc nhìn của người dùng.
Bước 2: Tạo Vòng lặp Render
Vòng lặp render là trái tim của ứng dụng WebXR của bạn. Đó là nơi bạn cập nhật cảnh và render từng khung hình. Trong vòng lặp render, bạn sẽ thực hiện kiểm tra va chạm và cập nhật vị trí của đối tượng ảo của mình.
function renderLoop(time, frame) {
xrSession.requestAnimationFrame(renderLoop);
const xrFrame = frame;
const xrPose = xrFrame.getViewerPose(xrReferenceSpace);
if (xrPose) {
const hitTestResults = xrFrame.getHitTestResults(xrHitTestSource);
if (hitTestResults.length > 0) {
const hit = hitTestResults[0];
const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);
// Update the position and orientation of your virtual object
object3D.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
object3D.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
object3D.visible = true; // Make the object visible when a hit is found
} else {
object3D.visible = false; // Hide the object if no hit is found
}
}
renderer.render(scene, camera);
}
Giải thích:
- `xrFrame.getHitTestResults(xrHitTestSource)`: Thực hiện kiểm tra va chạm bằng XRHitTestSource đã tạo trước đó. Nó trả về một mảng các đối tượng XRHitTestResult, đại diện cho tất cả các giao cắt được tìm thấy.
- `hitTestResults[0]`: Chúng ta lấy kết quả va chạm đầu tiên. Trong các kịch bản phức tạp hơn, bạn có thể muốn lặp qua tất cả các kết quả và chọn kết quả phù hợp nhất.
- `hit.getPose(xrReferenceSpace)`: Truy xuất tư thế (vị trí và hướng) của va chạm trong không gian tham chiếu được chỉ định.
- `object3D.position.set(...)` và `object3D.quaternion.set(...)`: Cập nhật vị trí và hướng của đối tượng ảo của bạn (object3D) để phù hợp với tư thế va chạm. Điều này đặt đối tượng tại điểm giao cắt.
- `object3D.visible = true/false`: Kiểm soát khả năng hiển thị của đối tượng ảo, làm cho nó chỉ xuất hiện khi tìm thấy va chạm.
Bước 3: Thiết lập Cảnh 3D của bạn (Ví dụ với Three.js)
Ví dụ này sử dụng Three.js, một thư viện 3D JavaScript phổ biến, để tạo một cảnh đơn giản với một khối lập phương. Bạn có thể điều chỉnh điều này để sử dụng các thư viện khác như Babylon.js hoặc A-Frame.
let scene, camera, renderer, object3D;
let xrSession, xrReferenceSpace, xrHitTestSource;
function initRenderer() {
scene = new THREE.Scene();
camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true, alpha: true });
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
renderer.xr.enabled = true; // Enable WebXR
document.body.appendChild(renderer.domElement);
const geometry = new THREE.BoxGeometry(0.1, 0.1, 0.1); // 10cm cube
const material = new THREE.MeshNormalMaterial();
object3D = new THREE.Mesh(geometry, material);
object3D.visible = false; // Initially hide the object
scene.add(object3D);
renderer.setAnimationLoop(() => { /* No animation loop here. WebXR controls it.*/ });
renderer.xr.setSession(xrSession);
camera.position.z = 2; // Move the camera back
}
// Call initXR() to start the WebXR experience
initXR();
Quan trọng: Đảm bảo bao gồm thư viện Three.js trong tệp HTML của bạn:
Kỹ thuật nâng cao và Tối ưu hóa
Việc triển khai cơ bản ở trên cung cấp nền tảng cho việc kiểm tra va chạm WebXR. Dưới đây là một số kỹ thuật và tối ưu hóa nâng cao cần xem xét khi bạn xây dựng các trải nghiệm phức tạp hơn:
1. Lọc kết quả kiểm tra va chạm
Trong một số trường hợp, bạn có thể muốn lọc kết quả kiểm tra va chạm để chỉ xem xét các loại bề mặt cụ thể. Ví dụ, bạn có thể chỉ muốn cho phép đặt đối tượng trên các bề mặt nằm ngang (sàn nhà hoặc bàn). Bạn có thể đạt được điều này bằng cách kiểm tra vectơ pháp tuyến của tư thế va chạm và so sánh nó với vectơ hướng lên.
if (hitTestResults.length > 0) {
const hit = hitTestResults[0];
const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);
// Check if the surface is approximately horizontal
const upVector = new THREE.Vector3(0, 1, 0); // World up vector
const hitNormal = new THREE.Vector3();
hitNormal.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z);
hitNormal.applyQuaternion(camera.quaternion); // Rotate the normal to world space
const dotProduct = upVector.dot(hitNormal);
if (dotProduct > 0.9) { // Adjust the threshold (0.9) as needed
// Surface is approximately horizontal
object3D.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
object3D.quaternion.set(hitPose.transform.orientation.x, hitPose.transform.orientation.y, hitPose.transform.orientation.z, hitPose.transform.orientation.w);
object3D.visible = true;
} else {
object3D.visible = false;
}
}
2. Sử dụng các nguồn đầu vào nhất thời (Transient Input Sources)
Đối với các phương thức nhập liệu nâng cao hơn như theo dõi tay, bạn thường sẽ sử dụng các nguồn đầu vào nhất thời (transient). Các nguồn đầu vào nhất thời đại diện cho các sự kiện đầu vào tạm thời, như chạm ngón tay hoặc cử chỉ tay. WebXR Input API cho phép bạn truy cập các sự kiện này và tạo các nguồn kiểm tra va chạm dựa trên vị trí tay của người dùng.
xrSession.addEventListener('selectstart', (event) => {
const inputSource = event.inputSource;
const targetRayPose = event.frame.getPose(inputSource.targetRaySpace, xrReferenceSpace);
if (targetRayPose) {
// Create a hit test source from the target ray pose
xrSession.requestHitTestSourceForTransientInput({ targetRaySpace: inputSource.targetRaySpace, profile: inputSource.profiles }).then((hitTestSource) => {
const hitTestResults = event.frame.getHitTestResults(hitTestSource);
if (hitTestResults.length > 0) {
const hit = hitTestResults[0];
const hitPose = hit.getPose(xrReferenceSpace);
// Place an object at the hit location
const newObject = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(0.05, 32, 32), new THREE.MeshNormalMaterial());
newObject.position.set(hitPose.transform.position.x, hitPose.transform.position.y, hitPose.transform.position.z);
scene.add(newObject);
}
hitTestSource.cancel(); // Cleanup the hit test source
});
}
});
3. Tối ưu hóa hiệu suất
Các trải nghiệm WebXR có thể đòi hỏi nhiều tính toán, đặc biệt trên thiết bị di động. Dưới đây là một số mẹo để tối ưu hóa hiệu suất:
- Giảm tần suất kiểm tra va chạm: Thực hiện kiểm tra va chạm mỗi khung hình có thể tốn kém. Hãy cân nhắc giảm tần suất, đặc biệt nếu chuyển động của người dùng chậm. Bạn có thể sử dụng bộ hẹn giờ hoặc chỉ thực hiện kiểm tra va chạm khi người dùng bắt đầu một hành động.
- Sử dụng Cây phân cấp khối giới hạn (BVH): Nếu bạn có một cảnh phức tạp với nhiều đối tượng, việc sử dụng BVH có thể tăng tốc đáng kể khả năng phát hiện va chạm. Three.js và Babylon.js cung cấp các triển khai BVH.
- LOD (Mức độ chi tiết): Sử dụng các mức độ chi tiết khác nhau cho các mô hình 3D của bạn tùy thuộc vào khoảng cách của chúng so với camera. Điều này làm giảm số lượng đa giác cần được render cho các đối tượng ở xa.
- Occlusion Culling: Không render các đối tượng bị che khuất bởi các đối tượng khác. Điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất trong các cảnh phức tạp.
4. Xử lý các không gian tham chiếu khác nhau
WebXR hỗ trợ các không gian tham chiếu khác nhau, định nghĩa hệ tọa độ được sử dụng để theo dõi vị trí và hướng của người dùng. Các không gian tham chiếu phổ biến nhất là:
- Local: Điểm gốc của hệ tọa độ được cố định tương đối với vị trí bắt đầu của người dùng. Điều này phù hợp cho các trải nghiệm mà người dùng vẫn ở trong một khu vực nhỏ.
- Bounded-floor: Điểm gốc nằm ở mặt sàn, và mặt phẳng XZ đại diện cho mặt sàn. Điều này phù hợp cho các trải nghiệm mà người dùng có thể di chuyển quanh phòng.
- Unbounded: Điểm gốc không cố định, và người dùng có thể di chuyển tự do. Điều này phù hợp cho các trải nghiệm AR quy mô lớn.
Việc chọn không gian tham chiếu phù hợp là quan trọng để đảm bảo rằng trải nghiệm WebXR của bạn hoạt động chính xác trong các môi trường khác nhau. Bạn có thể yêu cầu một không gian tham chiếu cụ thể khi tạo phiên XR.
xrReferenceSpace = await xrSession.requestReferenceSpace('bounded-floor');
5. Xử lý khả năng tương thích thiết bị
WebXR là một công nghệ tương đối mới, và không phải tất cả các trình duyệt và thiết bị đều hỗ trợ nó như nhau. Điều quan trọng là phải kiểm tra xem có hỗ trợ WebXR hay không trước khi cố gắng khởi tạo một phiên WebXR.
if (navigator.xr) {
// WebXR is supported
initXR();
} else {
// WebXR is not supported
console.error('WebXR is not supported in this browser.');
}
Bạn cũng nên kiểm tra trải nghiệm WebXR của mình trên nhiều thiết bị khác nhau để đảm bảo rằng nó hoạt động chính xác.
Những cân nhắc về Quốc tế hóa
Khi phát triển ứng dụng WebXR cho khán giả toàn cầu, điều quan trọng là phải xem xét quốc tế hóa (i18n) và bản địa hóa (l10n).
- Văn bản và các yếu tố UI: Sử dụng thư viện bản địa hóa để dịch văn bản và các yếu tố UI sang các ngôn ngữ khác nhau. Đảm bảo rằng bố cục UI của bạn có thể phù hợp với các độ dài văn bản khác nhau. Ví dụ, từ tiếng Đức thường dài hơn từ tiếng Anh.
- Đơn vị đo lường: Sử dụng các đơn vị đo lường thích hợp cho các khu vực khác nhau. Ví dụ, sử dụng mét và kilômét ở hầu hết các quốc gia, nhưng sử dụng feet và dặm ở Hoa Kỳ và Vương quốc Anh. Cho phép người dùng chọn đơn vị đo lường ưa thích của họ.
- Định dạng ngày và giờ: Sử dụng các định dạng ngày và giờ thích hợp cho các khu vực khác nhau. Ví dụ, sử dụng định dạng YYYY-MM-DD ở một số quốc gia, và định dạng MM/DD/YYYY ở những quốc gia khác.
- Tiền tệ: Hiển thị tiền tệ ở định dạng phù hợp cho các khu vực khác nhau. Sử dụng thư viện để xử lý chuyển đổi tiền tệ.
- Nhạy cảm văn hóa: Nắm rõ sự khác biệt văn hóa và tránh sử dụng hình ảnh, biểu tượng hoặc ngôn ngữ có thể gây xúc phạm đến một số nền văn hóa. Ví dụ, một số cử chỉ tay có thể có ý nghĩa khác nhau trong các nền văn hóa khác nhau.
Công cụ và Tài nguyên phát triển WebXR
Một số công cụ và tài nguyên có thể giúp bạn phát triển WebXR:
- Three.js: Một thư viện 3D JavaScript phổ biến để tạo các trải nghiệm dựa trên WebGL.
- Babylon.js: Một công cụ 3D JavaScript mạnh mẽ khác tập trung vào hỗ trợ WebXR.
- A-Frame: Một framework web để xây dựng trải nghiệm VR bằng HTML.
- WebXR Emulator: Một tiện ích mở rộng trình duyệt cho phép bạn kiểm tra trải nghiệm WebXR mà không cần thiết bị VR hoặc AR vật lý.
- WebXR Device API Specification: Đặc tả WebXR chính thức từ W3C.
- Mozilla Mixed Reality Blog: Một tài nguyên tuyệt vời để tìm hiểu về WebXR và các công nghệ liên quan.
Kết luận
WebXR Hit Test Manager là một công cụ mạnh mẽ để tạo ra các trải nghiệm AR/VR tương tác và nhập vai. Bằng cách hiểu các khái niệm về ray casting và Hit Test API, bạn có thể xây dựng các ứng dụng hấp dẫn cho phép người dùng tương tác với thế giới ảo một cách tự nhiên và trực quan. Khi công nghệ WebXR tiếp tục phát triển, khả năng tạo ra các trải nghiệm đổi mới và lôi cuốn là vô tận. Hãy nhớ tối ưu hóa mã của bạn để đạt hiệu suất cao và cân nhắc quốc tế hóa khi phát triển cho khán giả toàn cầu. Nắm bắt những thách thức và phần thưởng của việc xây dựng thế hệ trải nghiệm web nhập vai tiếp theo.