ARKit如何将太阳系装进iPhone

本文转自:http://www.code4app.com/blog-847095-1590.html

关注AR/VR也有一段时间了,从一开始微软的HoloLens,谷歌眼镜,到苹果上次在WWDC上向开发者们展示他们的AR方面的成果,微软HoloLens高昂的价格让人望而却步,而谷歌眼镜无疾而终,相较于前两者,苹果的AR技术只需要一台iPhone,成本降低了许多,开发者大会上苹果展示的几个Demo效果也着实令我惊艳,于是闲暇时间就在网上找了些资料,写了个小东西。


先上最终效果图:

最终效果图

1.开发前准备

 手机需要先安装证书文件,不安装无法获取iOS beta版操作系统

证书文件

手机系统iOS 11 beta版

XCode 9 beta版

上述安装包的下载地址:https://developer.apple.com/download/

2.接下来我们进入Code阶段

  开发一个AR项目,你需要用到ARKit和SceneKit这两个库,ARKit用来捕捉现实场景参数,SceneKit则用来在AR视图中加载显示3D模型。

AR场景中使用的是3维坐标系如图,你可以通过调节z轴的参数来调节物体距离远近。

AR的三维坐标系


1) 首先我们需要使用初始化ARSCNView,ARSCNView是用来加载AR的3D场景视图

- (ARSCNView*)arSCNView

{

if(_arSCNView!=nil) {

return_arSCNView;

}

_arSCNView= [[ARSCNViewalloc]initWithFrame:self.view.bounds];

//绑定SCNView的session

_arSCNView.session=self.arSession;

//自适应环境光照度,过渡更平滑

_arSCNView.automaticallyUpdatesLighting=YES;

//初始化节点,

[self initNode];

return_arSCNView;

}

2)  ARSession通过管理ARSessionConfiguration实现场景的追踪并且返回一个ARFrame

- (ARSession*)arSession

{

if(_arSession!=nil)

{

return_arSession;

}

_arSession= [[ARSessionalloc]init];

return_arSession;

}

3)  ARSessionConfiguration(会话追踪配置)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,需要配置一些参数

- (ARSessionConfiguration*)arSessionConfiguration

{

 if(_arSessionConfiguration!=nil) {

 return_arSessionConfiguration;

 }

 //1.创建世界追踪会话配置(使用ARWorldTrackingSessionConfiguration效果更加好),需要A9芯片支持

 ARWorldTrackingSessionConfiguration*configuration =        [[ARWorldTrackingSessionConfigurationalloc]init];

 //2.设置追踪方向(追踪平面,后面会用到)

 configuration.planeDetection = ARPlaneDetectionHorizontal;

 _arSessionConfiguration= configuration;

 //3.自适应灯光(相机从暗到强光快速过渡效果会平缓一些)

 _arSessionConfiguration.lightEstimationEnabled=YES;

 return_arSessionConfiguration;

}

4)   SCNScene是AR场景中的场景,场景中是由许多SCNNode节点组成,SCNNode是一个个3D模型。

  例如我们这个例子中需要用到的节点有太阳、地球、月球,可以new三个SCNNode

_sunNode = [SCNNodenew];

_sunNode.geometry= [SCNSpheresphereWithRadius:2.5];

为了使太阳更加逼真,我们需要给sunNode增加纹理

//太阳贴图

_sunNode.geometry.firstMaterial.multiply.contents=@"art.scnassets/earth/sun.jpg";

_sunNode.geometry.firstMaterial.diffuse.contents=@"art.scnassets/earth/sun.jpg";

_sunNode.geometry.firstMaterial.multiply.intensity=0.5;

_sunNode.geometry.firstMaterial.lightingModelName=SCNLightingModelConstant;

_sunNode.geometry.firstMaterial.multiply.wrapS=

_sunNode.geometry.firstMaterial.diffuse.wrapS=

_sunNode.geometry.firstMaterial.multiply.wrapT=

_sunNode.geometry.firstMaterial.diffuse.wrapT=SCNWrapModeRepeat;

同时地球,月球都同太阳的创建方法。接下来我们将sunNode节点添加到Scene中

//设置Node的三维坐标

[_sunNode setPosition:SCNVector3Make(0,5, -20)];

//将sunNode节点添加到scene中

[self.arSCNView.scene.rootNodeaddChildNode:_sunNode];

5)  初始化工作做好之后,接下来开启场景捕捉

//开启AR会话,相机开始捕捉

[self.arSessionrunWithConfiguration:self.arSessionConfiguration];

6)  创建工作基本完成,接下来就是如何让这些模型动起来了,动画效果会在下一章讲解。

代码实现:https://github.com/miliPolo/ARSolarPlay


天文科普

首先科普下太阳系的结构,太阳系共有八大行星,水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,还有颗矮行星冥王星。木星体积最大,且自转周期最快,它和土星、天王星都自带行星环,地球卫星是月球,金星和水星是太阳系中唯二不带卫星的行星。太阳作为恒星本身会自转,而行星除了自转外还会围绕它的恒心公转,由于行星轨道多是椭圆,为了简化难度(偷懒)我们假定他们的公转轨道都是圆形,而地球的自转轨道也是斜的,这些细节后面会进一步完善。

AR工程中有一个ARSCNView,它用来加载3D模型的AR视图的,它继承于SCNView,相对的加载2D视图的就是ARSKView,视图中的那些模型的创建运动就需要用到本章所说的SceneKit和SpriteKit。它们是iOS中用来开发3D模型和2D模型的引擎,由于没用过Unity3D开发,所以此处不介绍。

Sprite是用来创建2D模型,在游戏开发中,指的是以图像方式呈现在屏幕上的一个图像。这个图像也许可以移动,用户可以与其交互,也有可能仅只是游戏的一个静止的背景图。而在AR中,2D模型会随着手机的远近放大缩小,而不能像3D模型那样可以从侧面观察。

SceneKit 建立在 OpenGL 的基础上,包含了如光照、模型、材质、摄像机等高级引擎特性,我们可以基于它做出很多逼真的3D物理模型。

每个ARSCNView中都带有一个场景SCNScene,它用来承载那些带有几何结构、光度、相机以及其他属性的节点SCNNode,一个完整的3D场景就这么展现出来了。一个SCNScene可以包含多个SCNNode子节点,它们一般都是呈树状结构,一个子节点SCNNode可以有多个childNode,而SCNNode只有一个parentNode,rootNode作为根节点,我们通过rootNode添加自己的子节点SCNNode。 SCNNode的常用方法:

接下来介绍下SCNNode的几种常用的属性对象
** 1. SCNGeometry **
  SceneNode提供几种几何模型,例如六面体(SCNBox)、平面(SCNPlane,只有一面)、无限平面(SCNFloor,沿着x-z平面无限延伸)、球体(SCNSphere)等等。
例如我们创建一个半径为0.25的球体

为了突出行星运动轨迹,我们给每颗星星添加了轨道,一开始我使用的是SCNPlane后来发现它只有一个平面,你从反面是看不到的,于是我使用的是SCNBox

补充一下纹理滤波这个属性有什么用?
当材料表面的部分出现较大或小于原来的纹理图像时,纹理过滤决定了材料属性的内容的外观

** 2. SCNMaterial **
SceneNode提供8种属性用来设置模型材质

  • Diffuse 漫发射属性表示光和颜色在各个方向上的反射量
  • Ambient 环境光以固定的强度和固定的颜色从表面上的所有点反射出来。如果场景中没有环境光对象,这个属性对节点没有影响
  • Specular 镜面反射是直接反射到使用者身上的光线,类似于镜子反射光线的方式。此属性默认为黑色,这将导致材料显得呆滞
  • Normal 正常照明是一种用于制造材料表面光反射的技术,基本上,它试图找出材料的颠簸和凹痕,以提供更现实发光效果
  • Reflective 反射光属性是一个镜像表面反射环境。表面不会真实地反映