ARKit应用示例

ARKit捕捉平地

平地捕捉需要一点时间，ARKit内部会进行比较复杂的算法，所以有时候可能没有那么快，需要耐心等待。

1.搭建自定义ARKit工作环境

2.配置ARSessionConfiguration捕捉平地事件，实现ARSCNViewDelegate监听捕捉平地回调

3.通过ARSCNView的代理获取平地锚点ARPlaneAnchor的位置，添加一个用于展示渲染平地的3D模型（上图中一个红色的平地）

ARKit框架只负责捕捉真实世界的图像，虚拟世界的场景由SceneKit框架来加载。所以ARKit捕捉到的是一个平地的空间，而这个空间本身是没有东西的（一片空白，只是空气而已），要想让别人能够更加真实的看到这一个平地的空间，需要我们使用一个3D虚拟物体来放入这个空间

4.开启延迟线程，在平地的位置添加一个花瓶节点

此处一定要注意：花瓶节点是添加到代理捕捉到的节点中，而不是AR试图的根节点。因为捕捉到的平地锚点是一个本地坐标系，而不是世界坐标系

#pragma mark -搭建ARKit环境


//懒加载会话追踪配置
- (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 = [[ARWorldTrackingSessionConfiguration alloc] 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;

}

#pragma mark -- ARSCNViewDelegate



//添加节点时候调用（当开启平地捕捉模式之后，如果捕捉到平地，ARKit会自动添加一个平地节点）
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer didAddNode:(SCNNode *)node forAnchor:(ARAnchor *)anchor
{

    if(self.arType != ARTypePlane)
    {
        return;
    }

    if ([anchor isMemberOfClass:[ARPlaneAnchor class]]) {
        NSLog(@"捕捉到平地");

        //添加一个3D平面模型，ARKit只有捕捉能力，锚点只是一个空间位置，要想更加清楚看到这个空间，我们需要给空间添加一个平地的3D模型来渲染他

        //1.获取捕捉到的平地锚点
        ARPlaneAnchor *planeAnchor = (ARPlaneAnchor *)anchor;
        //2.创建一个3D物体模型    （系统捕捉到的平地是一个不规则大小的长方形，这里笔者将其变成一个长方形，并且是否对平地做了一个缩放效果）
        //参数分别是长宽高和圆角
        SCNBox *plane = [SCNBox boxWithWidth:planeAnchor.extent.x*0.3 height:0 length:planeAnchor.extent.x*0.3 chamferRadius:0];
        //3.使用Material渲染3D模型（默认模型是白色的，这里笔者改成红色）
        plane.firstMaterial.diffuse.contents = [UIColor redColor];

        //4.创建一个基于3D物体模型的节点
        SCNNode *planeNode = [SCNNode nodeWithGeometry:plane];
        //5.设置节点的位置为捕捉到的平地的锚点的中心位置  SceneKit框架中节点的位置position是一个基于3D坐标系的矢量坐标SCNVector3Make
        planeNode.position =SCNVector3Make(planeAnchor.center.x, 0, planeAnchor.center.z);

        //self.planeNode = planeNode;
        [node addChildNode:planeNode];


        //2.当捕捉到平地时，2s之后开始在平地上添加一个3D模型

        dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
            //1.创建一个花瓶场景
            SCNScene *scene = [SCNScene sceneNamed:@"Models.scnassets/vase/vase.scn"];
            //2.获取花瓶节点（一个场景会有多个节点，此处我们只写，花瓶节点则默认是场景子节点的第一个）
            //所有的场景有且只有一个根节点，其他所有节点都是根节点的子节点
            SCNNode *vaseNode = scene.rootNode.childNodes[0];

            //4.设置花瓶节点的位置为捕捉到的平地的位置，如果不设置，则默认为原点位置，也就是相机位置
            vaseNode.position = SCNVector3Make(planeAnchor.center.x, 0, planeAnchor.center.z);

            //5.将花瓶节点添加到当前屏幕中
            //!!!此处一定要注意：花瓶节点是添加到代理捕捉到的节点中，而不是AR试图的根节点。因为捕捉到的平地锚点是一个本地坐标系，而不是世界坐标系
            [node addChildNode:vaseNode];
        });
    }
}

ARKit物体跟随相机移动

1.点击屏幕添加物体

2.监听ARSession的代理,相机的移动是由AR会话来监听的

3.在ARSession的相机移动代理中获取相机的当前位置，修改物体的位置与相机位置一致，即可实现物体跟随相机移动而移动

#pragma mark -ARSessionDelegate

//会话位置更新（监听相机的移动），此代理方法会调用非常频繁，只要相机移动就会调用，如果相机移动过快，会有一定的误差，具体的需要强大的算法去优化，笔者这里就不深入了
- (void)session:(ARSession *)session didUpdateFrame:(ARFrame *)frame
{
    NSLog(@"相机移动");
    if (self.arType != ARTypeMove) {
        return;
    }
    //移动飞机
    if (self.planeNode) {

        //捕捉相机的位置，让节点随着相机移动而移动
        //根据官方文档记录，相机的位置参数在4X4矩阵的第三列
        self.planeNode.position =SCNVector3Make(frame.camera.transform.columns[3].x,frame.camera.transform.columns[3].y,frame.camera.transform.columns[3].z);
    }

}

ARKit让飞机绕着你飞起来

1.点击屏幕添加物体

2.实现物体的围绕相机旋转（这里主要会用到SceneKit框架中内容）

注意：绕相机旋转的关键点在于：在相机的位置创建一个空节点，然后将台灯添加到这个空节点，最后让这个空节点自身旋转，就可以实现台灯围绕相机旋转

• 为什么要在相机的位置创建一个空节点呢？因为你不可能让相机也旋转
• 为什么不直接让台灯旋转呢？ 这样的话只能实现台灯的自转，而不能实现公转

#pragma mark- 点击屏幕添加飞机
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self.planeNode removeFromParentNode];

    //1.使用场景加载scn文件（scn格式文件是一个基于3D建模的文件，使用3DMax软件可以创建，这里系统有一个默认的3D飞机）--------在右侧我添加了许多3D模型，只需要替换文件名即可
    SCNScene *scene = [SCNScene sceneNamed:@"Models.scnassets/lamp/lamp.scn"];
    //2.获取台灯节点（一个场景会有多个节点，此处我们只写，飞机节点则默认是场景子节点的第一个）
    //所有的场景有且只有一个根节点，其他所有节点都是根节点的子节点

    SCNNode *shipNode = scene.rootNode.childNodes[0];

    self.planeNode = shipNode;

    //台灯比较大，适当缩放一下并且调整位置让其在屏幕中间
    shipNode.scale = SCNVector3Make(0.5, 0.5, 0.5);
    shipNode.position = SCNVector3Make(0, -15,-15);
    ;
    //一个台灯的3D建模不是一气呵成的，可能会有很多个子节点拼接，所以里面的子节点也要一起改，否则上面的修改会无效
    for (SCNNode *node in shipNode.childNodes) {
        node.scale = SCNVector3Make(0.5, 0.5, 0.5);
        node.position = SCNVector3Make(0, -15,-15);

    }


    self.planeNode.position = SCNVector3Make(0, 0, -20);

    //3.绕相机旋转
    //绕相机旋转的关键点在于：在相机的位置创建一个空节点，然后将台灯添加到这个空节点，最后让这个空节点自身旋转，就可以实现台灯围绕相机旋转
    //1.为什么要在相机的位置创建一个空节点呢？因为你不可能让相机也旋转
    //2.为什么不直接让台灯旋转呢？ 这样的话只能实现台灯的自转，而不能实现公转
    SCNNode *node1 = [[SCNNode alloc] init];

    //空节点位置与相机节点位置一致
    node1.position = self.arSCNView.scene.rootNode.position;

    //将空节点添加到相机的根节点
    [self.arSCNView.scene.rootNode addChildNode:node1];


    // !!!将台灯节点作为空节点的子节点，如果不这样，那么你将看到的是台灯自己在转，而不是围着你转
    [node1 addChildNode:self.planeNode];


    //旋转核心动画
    CABasicAnimation *moonRotationAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"rotation"];

    //旋转周期
    moonRotationAnimation.duration = 30;

    //围绕Y轴旋转360度  （不明白ARKit坐标系的可以看笔者之前的文章）
    moonRotationAnimation.toValue = [NSValue valueWithSCNVector4:SCNVector4Make(0, 1, 0, M_PI * 2)];
    //无限旋转  重复次数为无穷大
    moonRotationAnimation.repeatCount = FLT_MAX;

    //开始旋转  ！！！：切记这里是让空节点旋转，而不是台灯节点。  理由同上
    [node1 addAnimation:moonRotationAnimation forKey:@"moon rotation around earth"];

}

上述完整示例代码

#import "ARSCNViewViewController.h"

//3D游戏框架
#import <SceneKit/SceneKit.h>
//ARKit框架
#import <ARKit/ARKit.h>

@interface ARSCNViewViewController ()<ARSCNViewDelegate,ARSessionDelegate>

//AR视图：展示3D界面
@property(nonatomic,strong)ARSCNView *arSCNView;

//AR会话，负责管理相机追踪配置及3D相机坐标
@property(nonatomic,strong)ARSession *arSession;

//会话追踪配置：负责追踪相机的运动
@property(nonatomic,strong)ARSessionConfiguration *arSessionConfiguration;

//飞机3D模型(本小节加载多个模型)
@property(nonatomic,strong)SCNNode *planeNode;

@end

@implementation ARSCNViewViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];



    // Do any additional setup after loading the view.
}

- (void)back:(UIButton *)btn
{
    [self dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
}

- (void)viewDidAppear:(BOOL)animated
{
    [super viewDidAppear:animated];

    //1.将AR视图添加到当前视图
    [self.view addSubview:self.arSCNView];
    //2.开启AR会话（此时相机开始工作）
    [self.arSession runWithConfiguration:self.arSessionConfiguration];


    //添加返回按钮
    UIButton *btn = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeCustom];
    [btn setTitle:@"返回" forState:UIControlStateNormal];
    btn.frame = CGRectMake(self.view.bounds.size.width/2-50, self.view.bounds.size.height-100, 100, 50);
    btn.backgroundColor = [UIColor greenColor];
    [btn addTarget:self action:@selector(back:) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [self.view addSubview:btn];

}

#pragma mark- 点击屏幕添加飞机
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event
{
    [self.planeNode removeFromParentNode];

    //1.使用场景加载scn文件（scn格式文件是一个基于3D建模的文件，使用3DMax软件可以创建，这里系统有一个默认的3D飞机）--------在右侧我添加了许多3D模型，只需要替换文件名即可
    SCNScene *scene = [SCNScene sceneNamed:@"Models.scnassets/lamp/lamp.scn"];
    //2.获取台灯节点（一个场景会有多个节点，此处我们只写，飞机节点则默认是场景子节点的第一个）
    //所有的场景有且只有一个根节点，其他所有节点都是根节点的子节点

    SCNNode *shipNode = scene.rootNode.childNodes[0];

    self.planeNode = shipNode;

    //台灯比较大，适当缩放一下并且调整位置让其在屏幕中间
    shipNode.scale = SCNVector3Make(0.5, 0.5, 0.5);
    shipNode.position = SCNVector3Make(0, -15,-15);
    ;
    //一个台灯的3D建模不是一气呵成的，可能会有很多个子节点拼接，所以里面的子节点也要一起改，否则上面的修改会无效
    for (SCNNode *node in shipNode.childNodes) {
        node.scale = SCNVector3Make(0.5, 0.5, 0.5);
        node.position = SCNVector3Make(0, -15,-15);

    }


    self.planeNode.position = SCNVector3Make(0, 0, -20);

    //3.绕相机旋转
    //绕相机旋转的关键点在于：在相机的位置创建一个空节点，然后将台灯添加到这个空节点，最后让这个空节点自身旋转，就可以实现台灯围绕相机旋转
    //1.为什么要在相机的位置创建一个空节点呢？因为你不可能让相机也旋转
    //2.为什么不直接让台灯旋转呢？ 这样的话只能实现台灯的自转，而不能实现公转
    SCNNode *node1 = [[SCNNode alloc] init];

    //空节点位置与相机节点位置一致
    node1.position = self.arSCNView.scene.rootNode.position;

    //将空节点添加到相机的根节点
    [self.arSCNView.scene.rootNode addChildNode:node1];


    // !!!将台灯节点作为空节点的子节点，如果不这样，那么你将看到的是台灯自己在转，而不是围着你转
    [node1 addChildNode:self.planeNode];


    //旋转核心动画
    CABasicAnimation *moonRotationAnimation = [CABasicAnimation animationWithKeyPath:@"rotation"];

    //旋转周期
    moonRotationAnimation.duration = 30;

    //围绕Y轴旋转360度  （不明白ARKit坐标系的可以看笔者之前的文章）
    moonRotationAnimation.toValue = [NSValue valueWithSCNVector4:SCNVector4Make(0, 1, 0, M_PI * 2)];
    //无限旋转  重复次数为无穷大
    moonRotationAnimation.repeatCount = FLT_MAX;

    //开始旋转  ！！！：切记这里是让空节点旋转，而不是台灯节点。  理由同上
    [node1 addAnimation:moonRotationAnimation forKey:@"moon rotation around earth"];



}

#pragma mark -搭建ARKit环境


//懒加载会话追踪配置
- (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 = [[ARWorldTrackingSessionConfiguration alloc] 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;

}

//懒加载拍摄会话
- (ARSession *)arSession
{
    if(_arSession != nil)
    {
        return _arSession;
    }
    //1.创建会话
    _arSession = [[ARSession alloc] init];
    _arSession.delegate = self;
    //2返回会话
    return _arSession;
}

//创建AR视图
- (ARSCNView *)arSCNView
{
    if (_arSCNView != nil) {
        return _arSCNView;
    }
    //1.创建AR视图
    _arSCNView = [[ARSCNView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];

    //2.设置代理  捕捉到平地会在代理回调中返回
    _arSCNView.delegate = self;

    //2.设置视图会话
    _arSCNView.session = self.arSession;
    //3.自动刷新灯光（3D游戏用到，此处可忽略）
    _arSCNView.automaticallyUpdatesLighting = YES;

    return _arSCNView;
}

#pragma mark -- ARSCNViewDelegate



//添加节点时候调用（当开启平地捕捉模式之后，如果捕捉到平地，ARKit会自动添加一个平地节点）
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer didAddNode:(SCNNode *)node forAnchor:(ARAnchor *)anchor
{


}

//刷新时调用
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer willUpdateNode:(SCNNode *)node forAnchor:(ARAnchor *)anchor
{
    NSLog(@"刷新中");
}

//更新节点时调用
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer didUpdateNode:(SCNNode *)node forAnchor:(ARAnchor *)anchor
{
    NSLog(@"节点更新");

}

//移除节点时调用
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer didRemoveNode:(SCNNode *)node forAnchor:(ARAnchor *)anchor
{
    NSLog(@"节点移除");
}

#pragma mark -ARSessionDelegate

//会话位置更新（监听相机的移动），此代理方法会调用非常频繁，只要相机移动就会调用，如果相机移动过快，会有一定的误差，具体的需要强大的算法去优化，笔者这里就不深入了
- (void)session:(ARSession *)session didUpdateFrame:(ARFrame *)frame
{
    NSLog(@"相机移动");

}
- (void)session:(ARSession *)session didAddAnchors:(NSArray<ARAnchor*>*)anchors
{
    NSLog(@"添加锚点");

}


- (void)session:(ARSession *)session didUpdateAnchors:(NSArray<ARAnchor*>*)anchors
{
    NSLog(@"刷新锚点");

}


- (void)session:(ARSession *)session didRemoveAnchors:(NSArray<ARAnchor*>*)anchors
{
    NSLog(@"移除锚点");

}

- (void)didReceiveMemoryWarning {
    [super didReceiveMemoryWarning];
    // Dispose of any resources that can be recreated.
}

/*
#pragma mark - Navigation

// In a storyboard-based application, you will often want to do a little preparation before navigation
- (void)prepareForSegue:(UIStoryboardSegue *)segue sender:(id)sender {
    // Get the new view controller using [segue destinationViewController].
    // Pass the selected object to the new view controller.
}
*/

@end