ARKit入门（一）

1.什么是增强现实（Augmented Reality，简称AR）？

是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。

增强现实创造了虚拟物体被放置在物理世界的错觉。它是用你的iPhone或iPad作为一个镜头，根据你的相机所看到的，创建一些虚拟的3D模型放在相机所看到的物理世界。

2.ARKit的介绍

（1）苹果在2017年6月6日发布的iOS11系统所新增框架，其中就包括ARKit，它能够帮助我们以最简单快捷的方式实现AR技术功能。

（2）ARKit框架作用就在于将相机捕捉的界面作为3D场景，然后展示在ARSceneView上。ARKit框架是基于`AVFoundation`和`CoreMotion`这两个框架上开发的

3.ARKit的特性

（1）追踪

* 全局跟踪：是ARKit的核心功能。它是能够实时跟踪你的设备的能力。通过全局追踪，我们提供了在物理环境中获得设备相对位置的能力。我们使用视觉惯性的odometry，它使用相机图像，以及来自你的设备的运动数据，以得到你的设备所在位置的精确视图，以及它的方向。

* 视觉惯性测距：使用相机图像，以及来自你的设备的运动数据，以得到你的设备所在位置的精确视图，以及它的方向。

* 没有外部设备：没有预先存在的关于环境的知识，也没有在设备上没有的额外传感器。

（2）场景理解

* 平面检测：是指在物理环境中确定平面或平面的能力。

* 命中测试：得到了一个与现实世界拓扑的交集，这样你就可以把虚拟物体放到物理世界中。

* 光估计：是用来渲染或正确地照亮你的虚拟几何，以与物理世界相匹配。使用所有这些，我们可以无缝地将虚拟内容集成到您的物理环境中。

（3）渲染

* 简单集合：通过一个数组来组合不同的渲染功能集成到虚拟的模型上

* AR视图：使用SceneKit（3D）和SpriteKit（2D）来呈现大部分的AR视图

* 自定义渲染：通过Unity和UnReal来支持AR的全套渲染功能

4.开发环境介绍

1.Xcode版本：Xcode9及以上

2.iOS系统:iOS11及以上

3.iOS设备：处理器A9及以上（6S机型及以上）

4.MacOS系统：10.12.4及以上（安装Xcode9对Mac系统版本有要求）

5.链接地址:https://developer.apple.com/download/

6.注意点：ARKit虽然是iOS11新出的框架，但并不是所有的iOS11系统都可以使用，而是必须要是处理器A9及以上才能够使用，苹果从iPhone6s开始使用A9处理器，也就是iPhone6及以前的机型无法使用ARKit。

5.ARKit初体验之3D效果

* 1.打开Xcode9版本，新建一个工程，选择`Augmented Reality APP`(Xcode9新增),点击next

* 2.在包含技术选项中选择SceneKit

* 3.创建完成项目以后点击 art.scnassets->ship.scn 中，然后就会出现苹果自带了3D的飞机模型

* 4.然后我们在`ViewController.swift`里面可以看到以下代码

```

import UIKit

import SceneKit

import ARKit

class ViewController: UIViewController, ARSCNViewDelegate {

// ARKit框架中用于3D显示的预览视图

@IBOutlet var sceneView: ARSCNView!

override func viewDidLoad() {

super.viewDidLoad()

// Set the view's delegate

// 设置代理

sceneView.delegate = self

// Show statistics such as fps and timing information

// 显示帧率信息的属性

sceneView.showsStatistics = true

// Create a new scene

// 使用模型创建一个新的场景(这里使用系统自带的3D飞机模型创建的场景)

let scene = SCNScene(named: "art.scnassets/ship.scn")!

// Set the scene to the view

// 读取上面所创建的场景（也就是把场景丢到sceneView上，就可以呈现出来）

sceneView.scene = scene

}

override func viewWillAppear(_ animated: Bool) {

super.viewWillAppear(animated)

// Create a session configuration

// 设置一个追踪，任何一个AR都要设置追踪

let configuration = ARWorldTrackingConfiguration()

// Run the view's session

// 通过run方法启动追踪

sceneView.session.run(configuration)

}

override func viewWillDisappear(_ animated: Bool) {

super.viewWillDisappear(animated)

// Pause the view's session

// 暂停追踪(暂停追踪后，可以通过run方法重新启动追踪)

sceneView.session.pause()

}

```

* 5.在iOS11的设备上直接运行以上代码，就会在相机上面出现一个3D的小飞机，然后可以看看3D的真实效果。

* 6.体验过3D效果之后，接下来介绍一下ARKit的几个类

(1) ARSession类

这是一个单例类，是ARKit的核心类，用于控制设备摄像头，处理传感器数据，对捕获的图像进行分析等等。

每个使用ARKit创建的AR工程必须要有一个ARSession单例对象，如果你使用ARSCNView或者ARSKView来更容易的创建AR工程的一部分，这个View已经包含了一个ARSession实例，如果你使用自己编写的渲染器来渲染AR内容，你必须实例化和持有一个ARSession对象。

ARSession使用之前需要对它进行一个追踪，设置ARSessionConfiguration的一个追踪，然后通过run方法启动追踪，当你启动追踪的时候，就真正的启动了ARSession，ARSession处理AVFoundation(看得见，听得到的东西)和CoreMotion(动作处理)，处理完之后就生成一个一个ARFrame，也就是帧数再展现出来。

（2）SCNScene

SCNScene：具有连接的几何图形，灯光，照相机和其他属性的节点的层次结构，其一起形成可显示的3D场景。

ARScnView显示先要创建一个场景，也就是SCNScene，可以从使用外部3D创作工具创建的文件中获取场景。如果在应用程序的资源管理资源目录中包含场景文件，则Xcode会压缩它们以获得最佳的SceneKit加载性能。要加载场景文件，使用init(named:)，或方法或实例的类。init(named:inDirectory:options:) or init(url:options:)SCNSceneSource。

在使用AR之前，先看看下面这张图，会对AR里面节点位置的理解有一定的帮助

* 7.说了这么多，接下来我们就来玩一玩AR

在viewDidLoad里面创建一个空场景

```

// 创建一个空场景

let scene = SCNScene()

/**

创建模型(这里可以创建多种模型)

SCNPlane 飞机模型

SCNBox 盒子

SCNPyramid 金字塔

SCNSphere 球体

SCNCylinder 圆柱体

SCNCone 圆锥

SCNTube 管

SCNCapsule 胶囊

SCNTorus 环形半径和管半径

SCNFloor 平面几何

SCNText 文本块

SCNShape 二维形状

// 创建一个盒子的模型，并设置它的长宽高和圆角

let box = SCNBox(width: 0.1, height: 0.1, length: 0.1, chamferRadius: 0)

// 创建节点

// 节点的解释：通俗的来说就是在AR场景里面，一个3D物件就代表一个节点

let boxNode = SCNNode(geometry: box)

// 设置节点的位置, x,y,z轴位置(可以根据上面的3D图理解)

boxNode.position = SCNVector3(0,0,-0.2)

// 把节点放到根节点上去

scene.rootNode.addChildNode(boxNode)

// 显示场景

sceneView.scene = scene

```

以上代码，就是我使用SCNBox创建的盒子3D模型，效果图如下

但是现在的盒子还是白色的，接下来我就为它上点颜色，也就是使用SceneKit里面的渲染功能

``````

// 创建渲染器

let material = SCNMaterial()

// 设置渲染属性

material.diffuse.contents = UIColor.blue

// 在这里不仅可以设置颜色，还可以设置图片和gif图等

// material.diffuse.contents = UIImage(named: "brick.png")

// 将渲染添加到盒子上

box.materials = [material]