ARKit 初探

本篇主要介绍 ARKit，如何创建出 AR 项目，创建 AR 项目后的代码解读

1. AR 与 VR 的区别

VR 是 Virtual Reality，也就是虚拟现实，而 AR 是 Augmented Reality，增强现实。

AR 是对现实世界的一种补充，一种增强，你的大部分精力还是放在现实世界中，AR 被用来丰富化现实世界的图像。

AR 和 VR 都是创造虚拟图像的技术，但前者是基于现实世界的，没有现实世界的图像，AR 创造出来的图像是没什么意义的，而 VR 是完全虚拟的，它会在虚拟世界中虚拟出一面桌子，然后在虚拟的桌子上在创造一个虚拟的城堡。

对于 AR 这样一个神奇的技术，Apple 在 WWDC 2017 上顺势推出了 AR 引擎和开发框架，这个框架就叫做 ARKit。

2.ARKit的简单介绍

2.1 ARKit 框架提供了两种AR技术，一种是基于 3D 场景(SceneKit)实现的增强现实，一种是基于2D 场景(SpriktKit)实现的增强现实。

2.2 要想显示 AR 效果，必须要依赖于苹果的游戏引擎框架（3D引擎SceneKit，2D引擎SpriktKit），主要原因是游戏引擎才可以加载物体模型。

ARKit 不是一个独立就能够运行的框架，要与 SceneKit 或者 SpriktKit 一起用。换句话说，如果只有 ARKit，而没有 SceneKit，那么 ARKit和一般的相机没有任何区别。

2.3 ARKit可以调用iOS设备中的两个摄像头，并且可以选择增强任意一个。但是每次只能展示一个摄像头的内容给用户。

ARWorldTrackingConfiguration 后置摄像头

ARFaceTrackingConfiguration 前置摄像头

3.ARKit 工作原理（很重要）

3.1 ARKit 要与 SceneKit 或者 SpriktKit 连用

原因是 AR 技术叫做虚拟增强现实，也就是在相机捕捉到的现实世界的图像中显示一个虚拟的3D模型。这一过程可以分为两个步骤：

一：相机捕捉现实世界 -> ARKit实现

二：显示虚拟 3D 模型 -> SceneKit实现

3.2 ARKit 与 ScneneKit 关系

（1）ARKit 中显示 3D 的视图 ARSCNView 继承于 SceneKit 中的 SCNView，而 SCNView 又继承于 UIView。（SCNView 的作用是显示一个 3D 场景，ARSCNView 的作用也是显示一个3D场景，只不过这个 3D 场景是由摄像头捕捉到的图像构成的）

（2）ARSCNView 只是一个视图容器，它的作用是管理一个 ARSession（负责搭建3D场景）

（3）ARKit框架负责将真实世界画面转变为一个3D场景

这个转变的过程主要分为两个环节：由 ARCamera 负责捕捉摄像头画面，由 ARSession 负责搭建3D场景

（4）在一个完整的虚拟增强现实体验中，将虚拟物体现实在 3D 场景中是由 SceneKit 框架来完成的。

每一个虚拟的物体都是一个节点 SCNNode,每一个节点构成了一个场景 SCNScene, 无数个场景构成了3D世界。

3.3 ARSCNView 与 ARSession

上面提到 ARKit 框架负责将真实世界画面转变为一个3D场景，这个过程中需要由 ARCamera 负责捕捉摄像头画面，由 ARSession 负责搭建3D场景。

其实 ARSCNView 与 ARCamera 两者之间并没有直接的关系，它们之间是通过 AR 会话，也就是ARKit 框架中的一个类 ARSession 来搭建沟通桥梁的.（个人理解有点类似于MVC 中的 Controller）

要想运行一个 ARSession 会话，你必须要指定一个称之为会话追踪配置的对象：ARWorldTrackingConfiguration，它的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。当然，他的方法中也可以调节平面检测的方向。

4. ARKit 工作流程

1 ARSCNView 加载场景 SCNScene

2 SCNScene 启动相机 ARCamera 开始捕捉场景

3 捕捉场景后 ARSCNView 开始将场景数据交给 Session

4 Session 通过管理 ARSessionConfiguration 实现场景的追踪并且返回一个 ARFrame（相机的位置数据）

5 给 ARSCNView 的 scene 添加一个子节点（3D物体模型）

5.ARKit初体验

打开xcode，新建project，选择 Augmented Reality APP

在包含技术选项中选择SceneKit

fine，此时 Xcode 帮助我们生成了一段简单的 AR 代码（效果在最后）

我们先来分析一下这些代码

 @IBOutlet var sceneView: ARSCNView!

这就是 Xcode 帮我们创建好的一个 ARSceneView 对象

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()

        // 设置 view 的代理
        sceneView.delegate = self

        // 显示调试信息，可以看看尝试注释掉是什么样的
        sceneView.showsStatistics = true

        // 创造一个新的场景, 3D模型在 art 文件下的 ship
        let scene = SCNScene(named: "art.scnassets/ship.scn")!

        // 使默认场景为我们新创建的场景
        sceneView.scene = scene
    }

我们之前在资源文件里看到了，有一个飞船的场景文件，这个场景文件也是在这里被载入的。使用 SCNScene 的初始化方法 init(named:) 来载入一个场景文件，最后我们将默认场景替换成我们载入的场景。

    override func viewWillAppear(_ animated: Bool) {
        super.viewWillAppear(animated)
        
        // 创建一个 session configuration
        let configuration = ARWorldTrackingConfiguration()
        // 开始 session
        sceneView.session.run(configuration)
    }

在创建好配置类的对象后，就可以使用 sceneView 的 session 来启动一次 AR session，这里的 session 就是每一个 AR 进程所需要的 session 对话，使用 run() 方法来启动一个 session。

    override func viewWillDisappear(_ animated: Bool) {
        super.viewWillDisappear(animated)
        
        // 暂停 session
        sceneView.session.pause()
    }

当然，你可以使用 pause() 来停止一次 session，还可以再一次使用 run 来启动新的 session

剩下的代码是ARSCNViewDelegate 中的代理方法，可以简单了解一下

（当然对于代理方法，我本人的代码习惯更喜欢用 extension 拓展一下这个类）

     // Override to create and configure nodes for anchors added to the view's session.
    func renderer(_ renderer: SCNSceneRenderer, nodeFor anchor: ARAnchor) -> SCNNode? {
        let node = SCNNode()
     
        return node
    }
    
    func session(_ session: ARSession, didFailWithError error: Error) {
        // Present an error message to the user
        
    }
    
    func sessionWasInterrupted(_ session: ARSession) {
        // Inform the user that the session has been interrupted, for example, by presenting an overlay
        
    }
    
    func sessionInterruptionEnded(_ session: ARSession) {
        // Reset tracking and/or remove existing anchors if consistent tracking is required
        
    }

1. renderer(:nodeFor:)：新建一个 Anchor（锚点）时调用

2. session(:didFailWithError:)：出现错误时调用，此时会终止 session

3. sessionWasInterrupted(:)：中断 session 时调用

4. sessionInterruptionEnded(:)：中断结束时调用