（一） AR（增強現(xiàn)實技術(shù)）介紹
增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像的技術(shù)，這種技術(shù)的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動。
增強現(xiàn)實技術(shù)，不僅展現(xiàn)了真實世界的信息,而且將虛擬的信息同時顯示出來，兩種信息相互補充、疊加。在視覺化的增強現(xiàn)實中，用戶利用頭盔顯示器，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。
（二） ARKit概述
1. 2017.06.06 蘋果iOS11發(fā)布ARKit框架。
? ? ? 為了在真實空間和虛擬空間之間創(chuàng)建一個對應(yīng)關(guān)系，ARKit使用一種稱為視覺慣性測距的技術(shù)。該過程將來自iOS設(shè)備的運動感應(yīng)硬件的信息與設(shè)備相機可見的場景的計算機視覺分析相結(jié)合。ARKit識別場景圖像中的顯著特征，跟蹤視頻幀中這些特征位置的差異，并將該信息與運動感測數(shù)據(jù)進行比較。結(jié)果是設(shè)備的位置和運動的高精度模型。
? ? ? ARKit可以將2D或3D元素從設(shè)備的相機中添加到實時視圖中，使得這些元素似乎在現(xiàn)實世界中。ARKit結(jié)合了設(shè)備運動跟蹤，攝像機場景拍攝，高級場景處理和顯示便利，他可讓你輕松創(chuàng)建無與倫比的iPhone和iPad增強現(xiàn)實體驗。
2. 開發(fā)要求 Xcode9及以上、iOS11以及處理器要在A9及以上（6S機型及以上）
? ? ? 目前只有Beta版本，鏈接地址: https://developer.apple.com/download/
（三）初步探索
1.首先我們來了解一下ARSession類
? ? 管理設(shè)備相機的共享對象和增強現(xiàn)實體驗所需的運動處理。
? ? 一個ARSession對象協(xié)調(diào)ARKit代表你執(zhí)行的主要過程，以創(chuàng)建增強的現(xiàn)實體驗。這些過程包括從設(shè)備的運動感測硬件讀取數(shù)據(jù)，控制設(shè)備的內(nèi)置相機，以及對拍攝的相機圖像執(zhí)行圖像分析。會話綜合了所有這些結(jié)果，以建立設(shè)備所在真實世界空間與你為AR內(nèi)容建模的虛擬空間之間的對應(yīng)關(guān)系。
? ? ARKit構(gòu)建的每個AR體驗都需要一個ARSession對象。如果您使用ARSCNView(顯示使用3D SceneKit內(nèi)容增強相機視圖的AR體驗的視圖)或ARSKView(用于顯示使用2D SpriteKit內(nèi)容增強相機視圖的AR體驗的視圖)對象來輕松構(gòu)建AR體驗的可視化部分，則視圖對象包含一個ARSession實例。如果您為AR內(nèi)容構(gòu)建自己的渲染器，則需要自己實例化和維護一個ARSession對象。
? ? 運行會話需要會話配置：AROrientationTrackingConfiguration? ARWorldTrackingSessionConfiguration 類的實例或其子類。這些類確定ARKit如何跟蹤設(shè)備相對于現(xiàn)實世界的位置和運動，從而影響您可以創(chuàng)建的AR體驗的種類。
2.接著我將一步步指導大家使用 使用ARSCNView來創(chuàng)建簡單的3D AR效果
（1）打開Xcode9 bete版本，我在這里使用的是beta5版本。我們新建一個工程，選擇Augmented Reality APP，點擊Next
（2）Content Technology中選擇SceneKit，Next
（3）ARSCNView
創(chuàng)建完成項目以后我們可以看到 art.scnassets->ship.scn 中蘋果自帶了一個飛機的模型
我們先直接在iOS11的設(shè)備上運行一下看看效果怎么樣~~~
出現(xiàn)了~~~出現(xiàn)了~一個3D的小飛機，我們可以靠近他上下左右打量他一下，^V^怎么樣感覺還不錯吧
接下來我們開始看下代碼(項目創(chuàng)建出來沒有模型的或者OoO想看我代碼的小伙伴們，猛戳~:https://github.com/az52013141711/ARKit_ARSCNView)
首先我們看下Main.storyboard中已經(jīng)為我們添加了一個ARSCNView
接著我們來到ViewController.swift
@IBOutlet var sceneView:ARSCNView!
override func viewDidLoad() {
? ? super.viewDidLoad()
? ? // Set the view's delegate
? ? //設(shè)置代理
? ? sceneView.delegate = self
? ? // Show statistics such as fps and timing information
? ? //顯示統(tǒng)計信息，如fps
? ? sceneView.showsStatistics = true
? ? // Create a new scene
? ? //用模型創(chuàng)建場景（scn格式文件是一個基于3D建模的文件，使用3DMax軟件可以創(chuàng)建，這里系統(tǒng)有一個默認的3D飛機）
? ? let scene = SCNScene(named:"art.scnassets/ship.scn")!
? ? // Set the scene to the view
? ? //將場景設(shè)置到ARSCNView上顯示
? ? sceneView.scene = scene
}
override func viewWillAppear(_animated:Bool) {
? ? super.viewWillAppear(animated)
? ? // Create a session configuration
? ? /*創(chuàng)建一個會話配置
? ? 這些ARSCNView和ARSKView類包括ARSession管理創(chuàng)建AR體驗所需的運動跟蹤和圖像處理的對象。? ? 但是，要運行會話，您必須提供會話配置。
? ? ARWorldTrackingConfiguration 跟蹤設(shè)備的方向和位置以及檢測設(shè)備相機所看到的實際表面的配置
? ? AROrientationTrackingConfiguration 僅跟蹤設(shè)備方向的配置
? ? ARConfiguration AR會話配置的抽象基類*/
? ? let configuration = ARWorldTrackingConfiguration()
? ? // Run the view's session
? ? //運行視圖的會話
? ? sceneView.session.run(configuration)
}
override func viewWillDisappear(_animated:Bool) {
? ? super.viewWillDisappear(animated)
? ? // Pause the view's session
? ? //暫停試圖的會話
? ? sceneView.session.pause()
}
就只有這短短的幾句代碼就可以實現(xiàn)了一個簡單的3D飛機~蘋果簡直太棒了~~
（4）SCNScene介紹。ARSCNView顯示需要一個場景（SCNScene）
SCNScene具有連接的幾何圖形，燈光，照相機和其他屬性的節(jié)點的層次結(jié)構(gòu)，其一起形成可顯示的3D場景。
SCNScene包含在SceneKit中，SceneKit是iOS8之后蘋果推出了一個3D模型渲染框架
下圖中可以看到ARSCNView、SCNView與SCNScene的關(guān)系
SceneKit將內(nèi)容實現(xiàn)為節(jié)點的分層樹結(jié)構(gòu)，也稱為場景圖。一個場景由一個根節(jié)點組成，該節(jié)點定義了場景世界的坐標空間，以及使用可見內(nèi)容填充世界的其他節(jié)點。SceneKit在視圖中顯示場景，處理場景圖和執(zhí)行動畫，然后高效地渲染GPU上的每個幀。
在使用SceneKit之前，我們熟悉基本的圖形概念，如坐標系和三維幾何的數(shù)學。SceneKit使用右手坐標系，其中（默認情況下）視圖的方向沿著負z軸，如下所示。
前面有說ARKit使用視覺慣性測距技術(shù)來實現(xiàn)的，這樣會在我們當前位置建立一個三維的擁有尺度的坐標系
①創(chuàng)建場景(SCNScene)方法
A、可以從使用外部3D創(chuàng)作工具創(chuàng)建的文件中獲取場景。如果您在應(yīng)用程序的資源管理資源目錄中包含場景文件，則Xcode會壓縮它們以獲得最佳的SceneKit加載性能。要加載場景文件，使用init(named:) 、init(named:inDirectory:options:)、 init(url:options:)方法或?qū)嵗?a target="_blank" rel="nofollow">SCNSceneSource類。上面的代碼中我們已經(jīng)看到了使用文件創(chuàng)建場景。
注意:為了獲得最佳效果，將應(yīng)用程序包中放置的場景文件放在帶有.scnassets擴展名的文件夾中，并將從這些場景引用的圖像文件作為紋理放置到Asset目錄中。然后，Xcode優(yōu)化場景和紋理資源，以便在每個目標設(shè)備上獲得最佳性能，并為delivery features（如App Thinning和On-Demand資源）準備。
B、你也可以使用該scene()方法創(chuàng)建一個空場景，并通過創(chuàng)建節(jié)點及其內(nèi)容的層次結(jié)構(gòu)將其添加為場景對象的子項來填充rootNode內(nèi)容。
②在我們場景中添加一個幾何體
? ? //創(chuàng)建空場景
? ? letscene = SCNScene()
? ? //創(chuàng)建一個六面體幾何模型，每面都為矩形，可選擇圓形邊緣和角，單位米
? ? letbox = SCNBox(width:0.1, height:0.1, length:0.1, chamferRadius:0);
? ? //創(chuàng)建節(jié)點 并將box加到節(jié)點上
? ? letboxNode = SCNNode(geometry: box)
? ? //設(shè)置節(jié)點位置。x,y,z軸位置
? ? boxNode.position = SCNVector3(0, 0, -0.2)
? ? //把節(jié)點添加到根節(jié)點上
? ? scene.rootNode.addChildNode(boxNode)
? ? //將場景設(shè)置到ARSCNView上顯示
? ? sceneView.scene = scene;
這里我們使用SCNBox來建立一個幾何體，運行效果如下圖
蘋果為我們內(nèi)置幾何類型不只SCNBox。還有基本形狀，如球體，框和平面，以及用于從2D文本和Bézier曲線生成3D對象的特征。點擊查看更多內(nèi)置幾何類型
大家看到會不會覺得~一個白茫茫的大方塊未免有些太丑陋了O_O
~~好讓我們先來點顏色瞧瞧
③渲染
渲染在電腦繪圖中是指用軟件從模型生成圖像的過程。模型是用嚴格定義的語言或者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于三維物體的描述，它包括幾何、視點、紋理以及照明信息。
我們需要了解兩個類SCNMaterialProperty 和 SCNMaterial
A、SCNMatrialProperty(一種用于顏色或紋理的容器，用于材料的視覺特性之一)
材料具有幾種視覺特性，它們一起確定其在照明和陰影下的外觀。SceneKit通過將材料屬性的信息與燈的位置，強度和顏色相結(jié)合，渲染場景中的每個像素。
材料屬性的內(nèi)容可以是一種顏色，它可以通過材料的表面提供均勻的效果，或者紋理，SceneKit使用由材料所附加的幾何對象提供的紋理坐標來映射材料的表面。反過來，紋理可以來自任何幾個來源：
1.圖像對象，或圖像文件的路徑或URL
2.一個特殊格式的圖像或六個圖像的數(shù)組，用作立方圖
3.核心動畫層或?qū)訉哟谓Y(jié)構(gòu)，其本身可能包含動畫內(nèi)容(Core Animation的layer對象)
4.提供靜態(tài)圖像的SpriteKit紋理，或渲染動畫2D內(nèi)容的整個SpriteKit場景。
B、接著給大家簡單的介紹另一個重要的類(SCNMaterial)
SCNMaterial是一組陰影屬性，用于定義渲染時幾何體表面的外觀。
創(chuàng)建材質(zhì)時，你可以定義一組視覺屬性及其選項，然后可以在場景中重復使用在多個幾何體上。
材料具有八個視覺屬性，列在“配置視覺屬性”中，每個都定義了SceneKit的照明和陰影處理的不同部分。每個視覺屬性都是類SCNMaterialProperty的一個實例，他為SceneKit的渲染方面提供了一個純色，紋理或其他2D內(nèi)容。材質(zhì)的屬性然后確定SceneKit用于將視覺特性與場景中的光合并以產(chǎn)生渲染場景中每個像素的最終顏色的公式。有關(guān)渲染過程的更多詳細信息，請參閱照明模型 lightingModel
你的SCNGeometry(幾種內(nèi)置幾何類型都繼承與本類)可以使用其firstMaterial或materials將一個或多個材料附加到類的實例。多重幾何可以引用相同的材??料。在這種情況下，更改材質(zhì)的屬性會更改使用它的每個幾何體的外觀。
接下來我們先使用一下SCNMaterial中的一些配置視覺屬性
? ? //創(chuàng)建一個六面體幾何模型，每面都為矩形，可選擇圓形邊緣和角，單位米
? ? letbox = SCNBox(width:0.1, height:0.1, length:0.1, chamferRadius:0);
? ? //material渲染器
? ? letmaterial = SCNMaterial()
? //確定材質(zhì)的基礎(chǔ)顏色 - 幾何圖形，當白光照亮時，使用這種顏色的灰度顯示為陰影的材質(zhì)。如果您提供圖像，SceneKit將圖像映射到幾何圖形的表面，而不是使用均勻基色的陰影。
? ? //material.diffuse.contents = UIColor.orange
? ? material.diffuse.contents=UIImage(named:"brick")
? ? //如果幾何具有與幾何元素相同數(shù)量的材料，則材料索引對應(yīng)于元素索引。對于具有比元素少的材料的幾何，SceneKit通過計算該元素的材料數(shù)目的索引來確定每個元素的材料索引。例如，在具有六個元素和三個材質(zhì)的幾何體中，SceneKit將5使用索引處的材質(zhì)在索引處渲染元素5 % 3 = 2。
? ? box.materials = [material];
注:如果自己空白項目，要使用ARKit請使用應(yīng)用程序Info.plist, 設(shè)置UIRequiredDeviceCapabilities中的arkit鍵。如果增強現(xiàn)實是應(yīng)用程序的次要功能，請使用isSupported屬性來確定當前設(shè)備是否支持您要使用的會話配置。
（四）繼續(xù)探索~讓磚頭動起來~
1、嘗試用手勢讓磚塊動起來
廢話不多說直接上代碼
//添加手勢
func addGestureRecognizer() {
? ? //添加滑動手勢(用于移動和旋轉(zhuǎn)模型)
? ? let PanGestureRecognizer = UIPanGestureRecognizer(target:self, action:#selector(panFunc))
? ? sceneView.addGestureRecognizer(PanGestureRecognizer)
? ? //創(chuàng)建縮放手勢(用于縮放模型)
? ? let PinchGestureRecognizer = UIPinchGestureRecognizer(target:self, action:#selector(pinchFunc))
? ? sceneView.addGestureRecognizer(PinchGestureRecognizer)
}
//(用于移動和旋轉(zhuǎn)模型)
@objc func panFunc(recognizer:UIPanGestureRecognizer) {
? ? //1.獲取節(jié)點在空間中位置
? ? guard let node = self.sceneView.scene.rootNode.childNode(withName:"boxNode", recursively:true) else {
? ? ? ? return
? ? }
? ? let nodePosition = node.position
? ? //2.獲取相機當前在空間中位置
? ? guard let cameraTransform = self.sceneView.session.currentFrame?.camera.transform else {
? ? ? ? return
? ? }
? ? let translation = cameraTransform.columns.3
? ? //3.獲取本次滑動的距離
? ? let point = recognizer.translation(in:self.view)
? ? let pointX = Float(point.x / self.view.bounds.size.width) * 0.1
? ? let pointY = Float(point.y / self.view.bounds.size.height) * 0.1
? ? //4.設(shè)置新的位置 x(point.x+nodePosition.x)、y(-point.y+nodePosition.y)、z(point.y+nodePosition.z)
? ? let newNodePositionX = pointX + nodePosition.x;
? ? let newNodePositionY =? -pointY + nodePosition.y;
? ? let newNodePositionZ =? (translation.z-0.1 <? pointY+nodePosition.z)? ?? (translation.z-0.1)? :? (pointY + nodePosition.z);//模型z坐標保持在距離攝像頭0.1
? ? node.position = SCNVector3(newNodePositionX,? newNodePositionY,? newNodePositionZ)
? ? //旋轉(zhuǎn)使用
? //eulerAngles 具體參考 https://developer.apple.com/documentation/scenekit/scnnode/1407980-eulerangles
? ? let angles = Float((node.eulerAngles.x>6) ? (Float.pi/32) : (node.eulerAngles.x+Float.pi/32))
? ? node.eulerAngles = SCNVector3(angles, angles,0)
? ? recognizer.setTranslation(CGPoint.zero, in:self.view)
}
//縮放模型
var nodeBeganScale:Float!
@objc func pinchFunc(recognizer:UIPinchGestureRecognizer) {
? ? //1.獲取節(jié)點
? ? guard letnode = self.sceneView.scene.rootNode.childNode(withName:"boxNode", recursively:true) else {
? ? ? return
? ? }
? ? if recognizer.state == UIGestureRecognizerState.ended? {
? ? ? ? recognizer.scale = 1
? ? }? else? {
? ? ? ? //2.手勢開始時保存node的scale
? ? ? ? if recognizer.state == UIGestureRecognizerState.began {
? ? ? ? ? ? self.nodeBeganScale = node.scale.x
? ? ? ? }
? ? ? ? //3.縮放
? ? ? ? //CGAffineTransform轉(zhuǎn)換SCNVector3
? ? ? ? //轉(zhuǎn)換具體參考
? ? ? ? //CGAffineTransform矩陣運算的原理http://justsee.iteye.com/blog/1969933
? ? ? //node.scale SCNVector比例向量https://developer.apple.com/documentation/scenekit/scnnode/1408050-scale
? ? ? ? //這里我只是使用了x方向的縮放
? ? ? let nodeScale = Float(recognizer.view!.transform.scaledBy(x: recognizer.scale, y: recognizer.scale).a)? * self.nodeBeganScale
? ? ? ? node.scale = SCNVector3(nodeScale, nodeScale, nodeScale)
? }
}
效果圖
本章就到這里了，下節(jié)繼續(xù)為大家分享ARKit相關(guān)內(nèi)容，希望大家多多關(guān)注，感謝大家的到來。
