增强现实应用开发：使用ARCore和ARKit

天使之翼 2021-09-19 ⋅ 37 阅读

增强现实（Augmented Reality，简称AR）是一种通过在现实世界中叠加虚拟信息的技术，将计算机生成的图像和现实世界进行混合，让用户可以与虚拟对象进行交互。AR技术在游戏、教育、设计以及商业等领域有着广泛的应用。本博客将介绍如何使用ARCore和ARKit进行增强现实应用开发。

ARCore

ARCore是由Google开发的针对Android设备的增强现实开发平台。它基于移动设备的摄像头、惯性测量单元和环境感知算法，能够实时分析设备的周围环境，并将虚拟对象精确地放置在其中。

开发环境

要开始使用ARCore进行增强现实应用开发，首先需要确保满足以下条件：

  • Android设备：支持ARCore的手机或平板电脑
  • Android设备系统：安装最新的ARCore应用和配套的ARCore服务
  • 开发工具：Android Studio IDE

ARCore API

ARCore提供了一系列强大的API，用于进行增强现实应用的开发。这些API包括：

  • 平面检测：通过设备的摄像头实时检测和跟踪平面（例如地面、桌面等），以便将虚拟对象放置在其中。
  • 运动跟踪：利用设备的惯性测量单元，实时追踪设备的运动，从而实现虚拟对象的准确位置和方向。
  • 光照估计：对环境光照进行实时估计，以便将虚拟对象与现实世界进行更好的融合。
  • 用户交互：可以通过手势、触屏和声音等方式与虚拟对象进行交互。

ARCore示例应用

以下是使用ARCore开发增强现实应用的简单示例：

import com.google.ar.core.Anchor;
import com.google.ar.core.HitResult;
import com.google.ar.core.Plane;
import com.google.ar.core.PointCloud;
import com.google.ar.core.Session;
import com.google.ar.core.Trackable;
import com.google.ar.core.TrackingState;
import com.google.ar.sceneform.AnchorNode;
import com.google.ar.sceneform.rendering.ModelRenderable;
import com.google.ar.sceneform.ux.ArFragment;

public class ARCoreExampleActivity extends AppCompatActivity {

    private ArFragment arFragment;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_arcore_example);
        
        arFragment = (ArFragment) getSupportFragmentManager().findFragmentById(R.id.arFragment);

        arFragment.setOnTapArPlaneListener((hitResult, plane, motionEvent) -> {
            if (plane.getType() != Plane.Type.HORIZONTAL_UPWARD_FACING) {
                return;
            }

            Anchor anchor = hitResult.createAnchor();
            ModelRenderable.builder()
                    .setSource(this, Uri.parse("model.sfb"))
                    .build()
                    .thenAccept(modelRenderable -> placeObject(anchor, modelRenderable));
        });
    }

    private void placeObject(Anchor anchor, ModelRenderable model) {
        AnchorNode anchorNode = new AnchorNode(anchor);
        anchorNode.setParent(arFragment.getArSceneView().getScene());

        TransformableNode modelNode = new TransformableNode(arFragment.getTransformationSystem());
        modelNode.setParent(anchorNode);
        modelNode.setRenderable(model);
        modelNode.select();
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if (arFragment != null) {
            arFragment.onResume();
        }
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        if (arFragment != null) {
            arFragment.onPause();
        }
    }
}

这个示例演示了如何在用户点击平面之后，将虚拟对象放置在其中。具体步骤包括：

  1. 获取用户点击屏幕时的点击点和平面信息。
  2. 创建一个锚点（Anchor），它代表了虚拟对象在现实世界的位置。
  3. 使用模型资源文件（model.sfb）构建模型渲染对象。
  4. 将模型渲染对象放置在锚点上，并将其作为场景的一部分。

ARKit

ARKit是由Apple开发的针对iOS设备的增强现实开发框架。它利用iPhone和iPad的摄像头和传感器，实现对现实世界的感知和跟踪。ARKit的目标是为开发者提供一个简单易用且功能强大的增强现实开发平台。

开发环境

要开始使用ARKit进行增强现实应用开发，需要满足以下条件：

  • iOS设备：支持ARKit的iPhone或iPad
  • iOS版本：iOS 11.0及以上
  • 开发工具：Xcode IDE

ARKit API

ARKit提供了一系列强大的API，用于进行增强现实应用的开发。这些API包括：

  • 运动跟踪：利用设备的惯性测量单元，实时追踪设备的运动，从而实现虚拟对象的准确位置和方向。
  • 环境感知：通过环境探测，实时检测和跟踪现实世界中的平面，以便将虚拟对象放置在其中。
  • 光照估计：通过实时分析光照条件，将虚拟对象与现实世界进行更好的融合。
  • 用户交互：可以通过手势、触屏和声音等方式与虚拟对象进行交互。

ARKit示例应用

以下是使用ARKit开发增强现实应用的简单示例：

import ARKit

class ARKitExampleViewController: UIViewController, ARSCNViewDelegate {

    @IBOutlet var sceneView: ARSCNView!
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        sceneView.delegate = self
        sceneView.showsStatistics = true
        
        let configuration = ARWorldTrackingConfiguration()
        configuration.planeDetection = .horizontal
        sceneView.session.run(configuration)
    }
    
    override func viewWillAppear(_ animated: Bool) {
        super.viewWillAppear(animated)
        
        let scene = SCNScene(named: "Model.scn")!
        sceneView.scene = scene
    }
    
    func renderer(_ renderer: SCNSceneRenderer, didAdd node: SCNNode, for anchor: ARAnchor) {
        guard let planeAnchor = anchor as? ARPlaneAnchor else { return }
        
        let planeNode = createPlaneNode(planeAnchor: planeAnchor)
        node.addChildNode(planeNode)
    }
    
    private func createPlaneNode(planeAnchor: ARPlaneAnchor) -> SCNNode {
        let planeGeometry = SCNPlane(width: CGFloat(planeAnchor.extent.x), height: CGFloat(planeAnchor.extent.z))
        let planeNode = SCNNode(geometry: planeGeometry)
        planeNode.position = SCNVector3Make(planeAnchor.center.x, 0, planeAnchor.center.z)
        planeNode.transform = SCNMatrix4MakeRotation(-Float.pi / 2, 1, 0, 0)
        
        let material = SCNMaterial()
        material.diffuse.contents = UIColor.red.withAlphaComponent(0.5)
        planeGeometry.materials = [material]
        
        return planeNode
    }
}

这个示例演示了如何使用ARKit在水平平面上放置一个红色半透明的平面。具体步骤包括：

  1. 设置ARSCNView作为界面的场景视图，设置场景视图的代理，并启动AR会话。
  2. 载入模型资源文件（Model.scn）作为场景的一部分。
  3. 实现renderer(_:didAdd:for:)方法，监听新的平面检测。
  4. 创建一个平面节点（SCNNode），并将其添加到场景的根节点上。
  5. 设置平面节点的位置、大小和材质。

总结

增强现实应用开发是一个创新和有趣的领域。ARCore和ARKit为开发者提供了丰富的API和工具，使得增强现实应用开发变得更加简单和高效。本博客介绍了如何使用ARCore和ARKit进行增强现实应用的开发，包括开发环境的设置、API的使用以及示例应用的实现。希望这些内容能帮助读者进入AR开发的世界，探索增强现实的无限潜力。


本文来自极简博客，作者：天使之翼，转载请注明原文链接：增强现实应用开发：使用ARCore和ARKit

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