• ARKit从入门到精通(4)-ARKit全框架API大全


    1.1-ARKit框架简介

    • 再上一小节中,相信大家已经对<ARKit>框架的使用及原理有了一个全局的认识,为了能够更加深入的研究学习ARKit技术,所以笔者本小节主要介绍<ARKit>框架中所有的API

      • 本篇主要翻译自苹果官方文档,适当加上一些笔者的见解
    • ARKit框架类图


    0501.png

    1.2-ARAnchor

    • ARAnchor表示一个物体在3D空间的位置和方向(ARAnchor通常称为物体的3D锚点,有点像UIKit框架中CALayer的Anchor)
      • ARFrame表示的也是物体的位置和方向,但是ARFrame通常表示的是AR相机的位置和方向以及追踪相机的时间,还可以捕捉相机的帧图片
        • 也就是说ARFrame用于捕捉相机的移动,其他虚拟物体用ARAnchor
    @interface ARAnchor : NSObject <NSCopying>
    
    /**
     标识符
     */
    @property (nonatomic, readonly) NSUUID *identifier;
    
    /**
     锚点的旋转变换矩阵,定义了锚点的旋转、位置、缩放。是一个4x4的矩阵(读者可以自行科普什么叫4x4矩阵)
     */
    @property (nonatomic, readonly) matrix_float4x4 transform;
    
    /**
     构造方法,一般我们无需构造。因为添加一个3D物体时ARKit会有代理告知我们物体的锚点
     */
    - (instancetype)initWithTransform:(matrix_float4x4)transform;
    
    @end

    1.3-ARCamera

    • *AR相机,该类API较多,并且理解比较困难,将会在后续小节单独介绍
      • 该类非常重要,且API较多,将在后续小节介绍

    1.4-ARError

    • ARError是一个描述ARKit错误的类,这个错误来源于几个方面,例如设备不支持,或者当相机常驻后台时ARSession会断开等问题
    //作用域,一般会表示是哪一个类出现问题
    NSString *const ARErrorDomain;
    
    //错误码描述  100:不支持会话追踪配置,主线由于A9芯片以下的机型会报错   101:失活状态 102:传感器故障  200:追踪失败
    typedef NS_ERROR_ENUM(ARErrorDomain, ARErrorCode) {
        /** Unsupported session configuration. */
        ARErrorCodeUnsupportedConfiguration   = 100,
    
        /** A sensor required to run the session is not available. */
        ARErrorCodeSensorUnavailable          = 101,
    
        /** A sensor failed to provide the required input. */
        ARErrorCodeSensorFailed               = 102,
    
        /** World tracking has encountered a fatal error. */
        ARErrorCodeWorldTrackingFailed        = 200,
    };

    1.5-ARFrame

    • ARFrame主要是追踪相机当前的状态,这个状态不仅仅只是位置,还有图像帧及时间等参数
    @interface ARFrame : NSObject <NSCopying>
    
    /**
    时间戳.
     */
    @property (nonatomic, readonly) NSTimeInterval timestamp;
    
    /**
     缓冲区图像帧
     */
    @property (nonatomic, readonly) CVPixelBufferRef capturedImage;
    
    /**
    相机(表示这个ARFrame是哪一个相机的,iPhone7plus有两个摄像机)
     */
    @property (nonatomic, copy, readonly) ARCamera *camera;
    
    /**
     返回当前相机捕捉到的锚点数据(当一个3D虚拟模型加入到ARKit中时,锚点值得就是这个模型在AR中的位置)
     */
    @property (nonatomic, copy, readonly) NSArray<ARAnchor *> *anchors;
    
    /**
    灯光,详情可见本章节ARLightEstimate类介绍(指的是灯光强度 一般是0-2000,系统默认1000)
     */
    @property (nonatomic, copy, nullable, readonly) ARLightEstimate *lightEstimate;
    
    /**
    特征点(应该是捕捉平地或者人脸的,比较苹果有自带的人脸识别功能)
     */
    @property (nonatomic, nullable, readonly) ARPointCloud *rawFeaturePoints;
    
    /**
    根据2D坐标点搜索3D模型,这个方法通常用于,当我们在手机屏幕点击某一个点的时候,可以捕捉到这一个点所在的3D模型的位置,至于为什么是一个数组非常好理解。手机屏幕一个是长方形,这是一个二维空间。而相机捕捉到的是一个由这个二维空间射出去的长方体,我们点击屏幕一个点可以理解为在这个长方体的边缘射出一条线,这一条线上可能会有多个3D物体模型
    point:2D坐标点(手机屏幕某一点)
    ARHitTestResultType:捕捉类型  点还是面
    (NSArray<ARHitTestResult *> *):追踪结果数组  详情见本章节ARHitTestResult类介绍
    
     */
    - (NSArray<ARHitTestResult *> *)hitTest:(CGPoint)point types:(ARHitTestResultType)types;
    
    /**
    相机窗口的的坐标变换(可用于相机横竖屏的旋转适配)
     */
    - (CGAffineTransform)displayTransformWithViewportSize:(CGSize)viewportSize orientation:(UIInterfaceOrientation)orientation;
    
    @end

    1.6-ARHitTestResult

    • ARHitTestResult:点击回调结果,这个类主要用于虚拟增强现实技术(AR技术)中现实世界与3D场景中虚拟物体的交互。 比如我们在相机中移动。拖拽3D虚拟物体,都可以通过这个类来获取ARKit所捕捉的结果
    //捕捉类型枚举
    typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, ARHitTestResultType) {
        /** 点. */
        ARHitTestResultTypeFeaturePoint              = (1 << 0),
    
        /** 水平面 y为0. */
        ARHitTestResultTypeEstimatedHorizontalPlane  = (1 << 1),
    
        /** 已结存在的平面. */
        ARHitTestResultTypeExistingPlane             = (1 << 3),
    
        /** 已结存在的锚点和平面. */
        ARHitTestResultTypeExistingPlaneUsingExtent  = (1 << 4),
    } NS_SWIFT_NAME(ARHitTestResult.ResultType);
    
    /**
    捕捉类型
     */
    @property (nonatomic, readonly) ARHitTestResultType type;
    
    /**
     3D虚拟物体与相机的距离(单位:米)
     */
    @property (nonatomic, readonly) CGFloat distance;
    
    /**
    本地坐标矩阵(世界坐标指的是相机为场景原点的坐标,而每一个3D物体自身有一个场景,本地坐标就是相对于这个场景的坐标)类似于frame和bounds的区别
     */
    @property (nonatomic, readonly) matrix_float4x4 localTransform;
    
    /**
    世界坐标矩阵
     */
    @property (nonatomic, readonly) matrix_float4x4 worldTransform;
    
    /**
     锚点(3D虚拟物体,在虚拟世界有一个位置,这个位置参数是SceneKit中的SCNVector3:三维矢量),而锚点anchor是这个物体在AR现实场景中的位置,是一个4x4的矩阵
     */
    @property (nonatomic, strong, nullable, readonly) ARAnchor *anchor;
    
    @end

    1.7-ARLightEstimate

    • ARLightEstimate是一个灯光效果,它可以让你的AR场景看起来更加的好
    @interface ARLightEstimate : NSObject <NSCopying>
    
    /**
    灯光强度  范围0-2000 默认1000
     */
    @property (nonatomic, readonly) CGFloat ambientIntensity;
    
    @end

    1.8-ARPlaneAnchor

    • ARPlaneAnchor是ARAnchor的子类,笔者称之为平地锚点。ARKit能够自动识别平地,并且会默认添加一个锚点到场景中,当然要想看到真实世界中的平地效果,需要我们自己使用SCNNode来渲染这个锚点
      • 锚点只是一个位置
    /**
    平地类型,目前只有一个,就是水平面
     */
    @property (nonatomic, readonly) ARPlaneAnchorAlignment alignment;
    
    /**
    3轴矢量结构体,表示平地的中心点  x/y/z
     */
    @property (nonatomic, readonly) vector_float3 center;
    
    /**
    3轴矢量结构体,表示平地的大小(宽度和高度)  x/y/z
     */
    @property (nonatomic, readonly) vector_float3 extent;
    
    @end

    1.9-ARPointCloud

    • ARPointCloud:点状渲染云,主要用于渲染场景
    @interface ARPointCloud : NSObject <NSCopying>
    
    /**
     点的数量
     */
    @property (nonatomic, readonly) NSUInteger count;
    
    /**
    每一个点的位置的集合(结构体带*表示的是结构体数组)
     */
    @property (nonatomic, readonly) const vector_float3 *points;
    
    @end

    1.10-ARSCNView

    • AR视图,在第一小节笔者介绍过,ARKit支持3D的AR场景和2D的AR场景,ARSCNView是3D的AR场景视图

      • 该类非常重要,且API较多,将在后续小节介绍
    • 该类是整个ARKit框架中唯一两个有代理的类其中之一

    1.11-ARSession

    • AR会话,它的作用已经在前面小节中介绍,这里不再累述

      • 该类非常重要,且API较多,将在后续小节介绍
    • 该类是整个ARKit框架中唯一两个有代理的类其中之一

    1.12-ARSessionConfiguration

    • ARSessionConfiguration会话追踪配置,主要就是追踪相机的配置
      • 注意:该类还有一个子类:ARWorldTrackingSessionConfiguration,它们在同一个API文件中
    //会话追踪配置类
    @interface ARSessionConfiguration : NSObject <NSCopying>
    
    /**
    当前设备是否支持,一般A9芯片以下设备不支持
     */
    @property(class, nonatomic, readonly) BOOL isSupported;
    
    /**
    会话的对其方式,这里的对其指的是3D世界的坐标。枚举值见下方
     */
    @property (nonatomic, readwrite) ARWorldAlignment worldAlignment;
    
    /**
    是否需要自适应灯光效果,默认是YES
     */
    @property (nonatomic, readwrite, getter=isLightEstimationEnabled) BOOL lightEstimationEnabled;
    
    @end
    
    
    //世界会话追踪配置,苹果建议我们使用这个类,这个子类只有一个属性,也就是可以帮助我们追踪相机捕捉到的平地
    @interface ARWorldTrackingSessionConfiguration : ARSessionConfiguration
    
    /**
    侦查类型。枚举值见下方(默认侦查平地)
     */
    @property (nonatomic, readwrite) ARPlaneDetection planeDetection;
    
    @end

    //追踪对其方式,这个决定了会话的参考坐标系(参照物)
    typedef NS_ENUM(NSInteger, ARWorldAlignment) {
    /* 相机位置 vector (0, -1, 0) /
    ARWorldAlignmentGravity,

    /** 相机位置及方向. vector (0, -1, 0)
     heading :(0, 0, -1) */
    ARWorldAlignmentGravityAndHeading,
    
    /** 相机方向. */
    ARWorldAlignmentCamera

    } NS_SWIFT_NAME(ARSessionConfiguration.WorldAlignment);

    /
    侦查类型
    */
    API_AVAILABLE(ios(11.0)) API_UNAVAILABLE(macos, watchos, tvos)
    typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, ARPlaneDetection) {
    / 不侦查. */
    ARPlaneDetectionNone = 0,

    /** 平地侦查 */
    ARPlaneDetectionHorizontal  = (1 << 0),

    } NS_SWIFT_NAME(ARWorldTrackingSessionConfiguration.PlaneDetection);

    1.13-ARSKView

    • ARSKView也是AR视图,只不过他是2D的,由于2D比3D简单很多,并且ARSKView基本与ARSCNView类似,所以这里不做重复介绍。详细内容可参考ARSCNView
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