转载请注明出处:http://www.jianshu.com/p/0492c7122d2f
<h2 id="1.1">1.1-写在前面的话</h2>
-
初次接触
ARKit
,很多人会为其复杂的架构关系而感到畏惧。这里笔者将以最基础简介的方式带领一下一睹苹果原生AR(虚拟增强现实)的风采 -
ARKit并不是一个独立就能够运行的框架,而是必须要SceneKit一起用才可以,换一句话说,如果只有
<ARKit>
,而没有<SceneKit>
,那么ARKit和一般的相机没有任何区别 -
由于笔者从事多年的iOS应用开发,并没有从事过3D游戏的开发(只是业余爱好写了一个3D打飞机的游戏),所以在本篇介绍
ARKit的过程中,我们将以最小的篇幅来介绍
SceneKit,毕竟如果没有丰富的3D游戏开发经验,那么光是相机捕捉到的2D界面如果转化为3D世界的矩阵都非常难以理解
- 关于3D系统X/Y/Z,与4x4矩阵等之间的转换及关系,不会过多深入,笔者将保证每一个不懂3D游戏开发的人都可以学习如何使用ARKit
- 笔者认为:ARKit最难的部分在于3D坐标的矩阵转换
-
笔者介绍ARKit的流程大概如下
- 1.介绍ARKit的工作原理及流程(本篇)
- 2.通过对ARKit的原理及流程的了解,我们自定义实现ARKit
- 3.介绍ARKit框架中的所有API,PS:是翻译官方整个ARKit框架中所有的API………………~
- 4.介绍ARKit框架中几个重量级的类
ARScnView
,ARSession
,ARCamera
- 5.ARKit实现捕捉现实世界中的平地,并将虚拟物体添加到平地中
- 6.ARKit实现让虚拟物体跟随相机移动
- 笔者没有单独的3D模型,这里主要以苹果官方给出的参考3D模型(飞机)来实现
- 7.ARKit实现让虚拟物体围绕摄像机(拿着iPhone的人)旋转
<h2 id="1.2">1.2-ARKit与SceneKit的关系</h2>
-
1.在上一小节中介绍过,AR技术叫做虚拟增强现实,也就是在相机捕捉到的现实世界的图像中显示一个虚拟的3D模型。这一过程可以分为两个步骤:
- 一:相机捕捉现实世界图像
- 由
ARKit
来实现
- 由
- 二:在图像中显示虚拟3D模型
- 由
SceneKit
来实现
- 由
- 一:相机捕捉现实世界图像
-
2.下图是一个
<ARKit>
与<SceneKit>
框架关系图,通过下图可以看出-
继承:子类拥有父类所有的属性及方法
-
1.
<ARKit>
框架中中显示3D虚拟增强现实的视图ARSCNView
继承于<SceneKit>
框架中的SCNView
,而SCNView
又继承于<UIKit>
框架中的UIView
- UIView的作用是将视图显示在iOS设备的window中,SCNView的作用是显示一个3D场景,ARScnView的作用也是显示一个3D场景,只不过这个3D场景是由摄像头捕捉到的现实世界图像构成的
-
2.
ARSCNView
只是一个视图容器,它的作用是管理一个ARSession
,笔者称之为AR会话。- ARSession的作用及原理将在本篇下一小节介绍
-
3.在一个完整的虚拟增强现实体验中,
<ARKit>
框架只负责将真实世界画面转变为一个3D场景,这一个转变的过程主要分为两个环节:由ARCamera
负责捕捉摄像头画面,由ARSession
负责搭建3D场景。 -
4.在一个完整的虚拟增强现实体验中,将虚拟物体现实在3D场景中是由
<SceneKit>
框架来完成中:每一个虚拟的物体都是一个节点SCNNode
,每一个节点构成了一个场景SCNScene
,无数个场景构成了3D世界 -
5.综上所述,ARKit捕捉3D现实世界使用的是自身的功能,这个功能是在iOS11新增的。而ARKit在3D现实场景中添加虚拟物体使用的是父类
SCNView
的功能,这个功能早在iOS8时就已经添加(SceneKit是iOS8新增)- 今后在介绍使用
ARSCNView
时将不再累述这一关系,可以简单的理解为:ARSCNView
所有跟场景和虚拟物体相关的属性及方法都是自己父类SCNView
的
- 今后在介绍使用
-
<h2 id="1.3">1.3-ARKit工作原理</h2>
<h3 id="1.3.1">1.3.1-ARSCNView与ARSession</h3>
-
1.ARKit提供两种虚拟增强现实视图,他们分别是3D效果的
ARSCNView
和2D效果的ARSKView
(关于3D效果和2D效果区别以及在上一小节介绍),无论是使用哪一个视图都是用了相机图像作为背景视图(这里可以参考iOS自定义相机中的预览图层),而这一个相机的图像就是由<ARKit>
框架中的相机类ARCamera
来捕捉的。 -
2.
ARSCNView
与ARCamera
两者之间并没有直接的关系,它们之间是通过AR会话,也就是ARKit框架中非常重量级的一个类ARSession
来搭建沟通桥梁的-
在iOS框架中,凡是带session或者context后缀的,这种类一般自己不干活,作用一般都是两个:1.管理其他类,帮助他们搭建沟通桥梁,好处就是解耦 2.负责帮助我们管理复杂环境下的内存
- context与session不同之处是:一般与硬件打交道,例如摄像头捕捉ARSession,网卡的调用NSURLSession等使用的都是session后缀。没有硬件参与,一般用context,如绘图上下文,自定义转场上下文等
-
在iOS框架中,凡是带session或者context后缀的,这种类一般自己不干活,作用一般都是两个:1.管理其他类,帮助他们搭建沟通桥梁,好处就是解耦 2.负责帮助我们管理复杂环境下的内存
-
3.要想运行一个
ARSession
会话,你必须要指定一个称之为会话追踪配置
的对象:ARSessionConfiguration
,ARSessionConfiguration
的主要目的就是负责追踪相机在3D世界中的位置以及一些特征场景的捕捉(例如平面捕捉),这个类本身比较简单却作用巨大ARSessionConfiguration
是一个父类,为了更好的看到增强现实的效果,苹果官方建议我们使用它的子类ARWorldTrackingSessionConfiguration
,该类只支持A9
芯片之后的机型,也就是iPhone6s之后的机型
<h3 id="1.3.2">1.3.2-ARWorldTrackingSessionConfiguration与ARFrame</h3>
-
1.ARSession搭建沟通桥梁的参与者主要有两个
ARWorldTrackingSessionConfiguration
与ARFrame
-
2.
ARWorldTrackingSessionConfiguration
(会话追踪配置)的作用是跟踪设备的方向和位置,以及检测设备摄像头看到的现实世界的表面。它的内部实现了一系列非常庞大的算法计算以及调用了你的iPhone必要的传感器来检测手机的移动及旋转甚至是翻滚- 我们无需关心内部实现,
ARKit
框架帮助我们封装的非常完美,只需调用一两个属性即可
- 我们无需关心内部实现,
-
3.当
ARWorldTrackingSessionConfiguration
计算出相机在3D世界中的位置时,它本身并不持有这个位置数据,而是将其计算出的位置数据交给ARSession
去管理(与前面说的session管理内存相呼应),而相机的位置数据对应的类就是ARFrame
- ARSession类一个属性叫做currentFrame,维护的就是
ARFrame
这个对象
- ARSession类一个属性叫做currentFrame,维护的就是
-
4.
ARCamera
只负责捕捉图像,不参与数据的处理。它属于3D场景中的一个环节,每一个3D Scene都会有一个Camera,它觉得了我们看物体的视野 -
它们三者之间的关系看起来如下图:
- ARCamera在3D世界的位置看起来是这样的
<h2 id="1.4">1.4-ARKit工作完整流程</h2>
- ARKit框架工作流程可以参考下图:
- 1.ARSCNView加载场景SCNScene
- 2.SCNScene启动相机ARCamera开始捕捉场景
- 3.捕捉场景后ARSCNView开始将场景数据交给Session
- 4.Session通过管理ARSessionConfiguration实现场景的追踪并且返回一个ARFrame
- 5.给ARSCNView的scene添加一个子节点(3D物体模型)
-
ARSessionConfiguration捕捉相机3D位置的意义就在于能够在添加3D物体模型的时候计算出3D物体模型相对于相机的真实的矩阵位置
- 在3D坐标系统中,有一个世界坐标系和一个本地坐标系。类似于UIView的Frame和Bounds的区别,这种坐标之间的转换可以说是ARKit中最难的部分
-
ARSessionConfiguration捕捉相机3D位置的意义就在于能够在添加3D物体模型的时候计算出3D物体模型相对于相机的真实的矩阵位置
- 下一小节:[ARKit从入门到精通(3)-ARKit自定义实现]http://www.jianshu.com/p/e67d519d2cf7
网友评论
写下
SCNScene *scene = [SCNScene sceneNamed:@"Models.scnassets/ship.scn"];
//换成DAE格式的文件
SCNNode *tigerNode = scene.rootNode.childNodes[0];
tigerNode.position = SCNVector3Make(0, -1, -1);
[self.arSCNView.scene.rootNode addChildNode:tigerNode];
--------------------------------
加载scn文件可以显示。但是通过这种方式加载DAE格式的模型就不能显示。
但直接通过
self.arSCNView.scene = scene这种形式就可以显示。这是什么原因呢?
改代码SCNNode *tigerNode = scene.rootNode;
叫做ARWorldTrakingSessionConfiguration->ARWorldTrackingConfiguration.
ARSessionConfiguration->ARConfiguration
叫做ARWorldTrakingSessionConfiguration->ARWorldTrackingConfiguration.
ARSessionConfiguration->ARConfiguration