ARKit 从零到一 第3部分:放置几何体并应用物理学

上一篇文章里我们用 ARKit 来检测真实生活中的平面,然后给这些平面添加了视觉效果。在这篇文章中,我会开始向 AR 体验添加虚拟内容,并与检测到的平面进行交互。

在这篇文章的最后,我们能够把小方块丢到世界里,并在小方块上应用逼真的物理学,以便它们彼此相互作用,同时还会制造迷你冲击波来让小方块飞出去。

下面是实际的演示视频,可以看到首先获取了水平面,然后添加了一些 3D 小方块并与场景交互,最后制造了一些迷你冲击波来让小方块飞出去:

视频

和以前一样,你可以参照这里的代码:https://github.com/josephchang10/ARCube/tree/part3

命中测试

在第一篇教程中,我们可以在任意 X,Y,Z 位置插入虚拟 3D 内容,并在真实世界里渲染和追踪。现在我们掌握了平面检测,我想添加一些内容并与这些平面交互。完成后从 app 中看过去,你的桌子、椅子、地板等等上面就像都摆了东西。

在此 app 中,如果用户点击屏幕,就会执行一次命中测试(hit test),即获取屏幕的 2D 坐标,并从摄像头原点处通过屏幕的 2D 坐标(在投影平面上有 3D 位置)发射一道射线到场景中。如果射线与某个平面相交,就会获得命中结果,然后利用射线和平面相交的 3D 坐标,在此 3D 位置放置内容。

这段代码相当简单,ARSCNView 包含一个 hitTest 方法,只要传入屏幕坐标,它会负责从摄像头原点投影射线,并穿过 3D 环境中对应屏幕坐标的点,最后返回结果:

@objc func handleTapFrom(recognizer: UITapGestureRecognizer) {
        // 获取屏幕空间坐标并传递给 ARSCNView 实例的 hitTest 方法
        let tapPoint = recognizer.location(in: sceneView)
        let result = sceneView.hitTest(tapPoint, types: .existingPlaneUsingExtent)
        
        // 如果射线与某个平面几何体相交,就会返回该平面,以离摄像头的距离升序排序
        // 如果命中多次,用距离最近的平面
        if let hitResult = result.first {
            insertGeometry(hitResult)
        }
    }

有了 ARHitTestResult 就可以得到射线/平面相交点的世界坐标,并在该位置放置虚拟内容。这篇文章里只会插入简单的小方块,后面的文章里则会让物体看起来更真实:

func insertGeometry(_ hitResult: ARHitTestResult) {
  
        let dimension: CGFloat = 0.1
        let cube = SCNBox(width: dimension, height: dimension, length: dimension, chamferRadius: 0)
        let node = SCNNode(geometry: cube)
        
        // physicsBody 会让 SceneKit 用物理引擎控制该几何体
        node.physicsBody = SCNPhysicsBody(type: .dynamic, shape: nil)
        
        node.physicsBody?.mass = 2
        node.physicsBody?.categoryBitMask = CollisionCategory.cube.rawValue
        
        // 把几何体插在用户点击的点再稍高一点的位置,以便使用物理引擎来掉落到平面上
        let insertionYOffset: Float = 0.5
        node.position = SCNVector3Make(hitResult.worldTransform.columns.3.x, hitResult.worldTransform.columns.3.y + insertionYOffset, hitResult.worldTransform.columns.3.z)
        sceneView.scene.rootNode.addChildNode(node)

          // 将小方块添加到场景中
        boxes.append(node)
    }

添加物理学

AR 理应增强现实世界,所以为了让物体的感觉更加真实,需要添加一些物理学原理来给予重力感。

上面的代码里每个小方块都给定了 physicsBody,以便让 SceneKit 用物理引擎来控制该几何体。每个 ARKit 检测的平面我也给定了 physicsBody,以便让小方块与平面交互(查看 github repo 中的 Plane.swift 类可以获得更多细节)。

停止平面检测

有了一定数量的平面后,就不希望 ARKit 再继续提供新平面了,因为这可能会更新目前已存在的平面,并影响已经添加到世界中的几何体。

在这个 app 里,如果用户用两只手指长按一秒,就会隐藏所有的平面并关闭平面检测。只需更新 ARSession configuration 的 planeDetection 属性并再次 run 一遍 session 即可。默认情况下,session 会保留相同的坐标系以及所有 anchor:

// 获取当前的 session configuration
if let configuration = sceneView.session.configuration as? ARWorldTrackingSessionConfiguration{
              //关闭平面检测和更新
            configuration.planeDetection = .init(rawValue: 0) // ARPlaneDetectionNone
              // 再次 run session 以应用改变
            sceneView.session.run(configuration)
        }

示例代码

所有的示例代码都在这里:https://github.com/josephchang10/ARCube/tree/part3

接下来

下篇文章里会强化之前我们写过的代码,并添加一些 UI 控件来开启/关闭某些功能。还会使用光线和纹理,以便让插入的几何体看起来更加真实。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,324评论 5 476
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,303评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,192评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,555评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,569评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,566评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,927评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,583评论 0 257
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,827评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,590评论 2 320
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,669评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,365评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,941评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,928评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,159评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,880评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,399评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容