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1.1-寫在前面的話

• 初次接觸ARKit,很多人會為其復雜的架構關系而感到畏懼。這裏筆者將以最基礎簡介的方式帶領一下一睹蘋果原生AR（虛擬增強現實）的風采

• ARKit並不是一個獨立就能夠運行的框架，而是必須要SceneKit一起用才可以，換一句話說，如果只有<ARKit>,而沒有<SceneKit>，那麽ARKit和一般的相機沒有任何區別

• 由於筆者從事多年的iOS應用開發，並沒有從事過3D遊戲的開發（只是業余愛好寫了一個3D打飛機的遊戲），所以在本篇介紹ARKit的過程中，我們將以最小的篇幅來介紹

  SceneKit,畢竟如果沒有豐富的3D遊戲開發經驗，那麽光是相機捕捉到的2D界面如果轉化為3D世界的矩陣都非常難以理解
  • 關於3D系統X/Y/Z，與4x4矩陣等之間的轉換及關系，不會過多深入，筆者將保證每一個不懂3D遊戲開發的人都可以學習如何使用ARKit
  • 筆者認為：ARKit最難的部分在於3D坐標的矩陣轉換

• 筆者介紹ARKit的流程大概如下

  • 1.介紹ARKit的工作原理及流程（本篇）
  • 2.通過對ARKit的原理及流程的了解，我們自定義實現ARKit
  • 3.介紹ARKit框架中的所有API，PS：是翻譯官方整個ARKit框架中所有的API………………~
  • 4.介紹ARKit框架中幾個重量級的類ARScnView
    ,ARSession,ARCamera
  • 5.ARKit實現捕捉現實世界中的平地，並將虛擬物體添加到平地中
  • 6.ARKit實現讓虛擬物體跟隨相機移動
    • 筆者沒有單獨的3D模型，這裏主要以蘋果官方給出的參考3D模型（飛機）來實現
  • 7.ARKit實現讓虛擬物體圍繞攝像機（拿著iPhone的人）旋轉

1.2-ARKit與SceneKit的關系

• 1.在上一小節中介紹過，AR技術叫做虛擬增強現實，也就是在相機捕捉到的現實世界的圖像中顯示一個虛擬的3D模型。這一過程可以分為兩個步驟：

  • 一：相機捕捉現實世界圖像
    • 由ARKit來實現
  • 二：在圖像中顯示虛擬3D模型
    • 由SceneKit來實現

• 2.下圖是一個<ARKit>與<SceneKit>框架關系圖，通過下圖可以看出

  • 繼承：子類擁有父類所有的屬性及方法

  • 1.<ARKit>框架中中顯示3D虛擬增強現實的視圖ARSCNView繼承於<SceneKit>框架中的SCNView,而SCNView又繼承於<UIKit>框架中的UIView

    • UIView的作用是將視圖顯示在iOS設備的window中，SCNView的作用是顯示一個3D場景，ARScnView的作用也是顯示一個3D場景，只不過這個3D場景是由攝像頭捕捉到的現實世界圖像構成的
  • 2.ARSCNView只是一個視圖容器，它的作用是管理一個ARSession,筆者稱之為AR會話。
    • ARSession的作用及原理將在本篇下一小節介紹
  • 3.在一個完整的虛擬增強現實體驗中，<ARKit>框架只負責將真實世界畫面轉變為一個3D場景，這一個轉變的過程主要分為兩個環節：由ARCamera負責捕捉攝像頭畫面，由ARSession負責搭建3D場景。
  • 4.在一個完整的虛擬增強現實體驗中，將虛擬物體現實在3D場景中是由<SceneKit>框架來完成中：每一個虛擬的物體都是一個節點SCNNode,每一個節點構成了一個場景SCNScene,無數個場景構成了3D世界
  • 5.綜上所述，ARKit捕捉3D現實世界使用的是自身的功能，這個功能是在iOS11新增的。而ARKit在3D現實場景中添加虛擬物體使用的是父類SCNView的功能，這個功能早在iOS8時就已經添加（SceneKit是iOS8新增）
    • 今後在介紹使用ARSCNView時將不再累述這一關系，可以簡單的理解為：ARSCNView所有跟場景和虛擬物體相關的屬性及方法都是自己父類SCNView的

1.3-ARKit工作原理

1.3.1-ARSCNView與ARSession

• 1.ARKit提供兩種虛擬增強現實視圖，他們分別是3D效果的ARSCNView和2D效果的ARSKView（關於3D效果和2D效果區別以及在上一小節介紹），無論是使用哪一個視圖都是用了相機圖像作為背景視圖（這裏可以參考iOS自定義相機中的預覽圖層），而這一個相機的圖像就是由<ARKit>框架中的相機類ARCamera來捕捉的。

• 2.ARSCNView與ARCamera兩者之間並沒有直接的關系，它們之間是通過AR會話，也就是ARKit框架中非常重量級的一個類ARSession來搭建溝通橋梁的

  • 在iOS框架中，凡是帶session或者context後綴的，這種類一般自己不幹活，作用一般都是兩個：1.管理其他類，幫助他們搭建溝通橋梁，好處就是解耦 2.負責幫助我們管理復雜環境下的內存
    • context與session不同之處是：一般與硬件打交道，例如攝像頭捕捉ARSession，網卡的調用NSURLSession等使用的都是session後綴。沒有硬件參與，一般用context，如繪圖上下文，自定義轉場上下文等

• 3.要想運行一個ARSession會話，你必須要指定一個稱之為會話追蹤配置的對象:ARSessionConfiguration,ARSessionConfiguration的主要目的就是負責追蹤相機在3D世界中的位置以及一些特征場景的捕捉（例如平面捕捉），這個類本身比較簡單卻作用巨大

  • ARSessionConfiguration是一個父類，為了更好的看到增強現實的效果，蘋果官方建議我們使用它的子類ARWorldTrackingSessionConfiguration，該類只支持A9芯片之後的機型，也就是iPhone6s之後的機型

1.3.2-ARWorldTrackingSessionConfiguration與ARFrame

• 1.ARSession搭建溝通橋梁的參與者主要有兩個ARWorldTrackingSessionConfiguration與ARFrame

• 2.ARWorldTrackingSessionConfiguration（會話追蹤配置）的作用是跟蹤設備的方向和位置,以及檢測設備攝像頭看到的現實世界的表面。它的內部實現了一系列非常龐大的算法計算以及調用了你的iPhone必要的傳感器來檢測手機的移動及旋轉甚至是翻滾

  • 我們無需關心內部實現，ARKit框架幫助我們封裝的非常完美，只需調用一兩個屬性即可

• 3.當ARWorldTrackingSessionConfiguration計算出相機在3D世界中的位置時，它本身並不持有這個位置數據，而是將其計算出的位置數據交給ARSession去管理（與前面說的session管理內存相呼應），而相機的位置數據對應的類就是ARFrame

  • ARSession類一個屬性叫做currentFrame，維護的就是ARFrame這個對象

• 4.ARCamera只負責捕捉圖像，不參與數據的處理。它屬於3D場景中的一個環節，每一個3D Scene都會有一個Camera，它覺得了我們看物體的視野

• 它們三者之間的關系看起來如下圖：

• ARCamera在3D世界的位置看起來是這樣的

1.4-ARKit工作完整流程

• ARKit框架工作流程可以參考下圖:
  • 1.ARSCNView加載場景SCNScene
  • 2.SCNScene啟動相機ARCamera開始捕捉場景
  • 3.捕捉場景後ARSCNView開始將場景數據交給Session
  • 4.Session通過管理ARSessionConfiguration實現場景的追蹤並且返回一個ARFrame
  • 5.給ARSCNView的scene添加一個子節點（3D物體模型）
    • ARSessionConfiguration捕捉相機3D位置的意義就在於能夠在添加3D物體模型的時候計算出3D物體模型相對於相機的真實的矩陣位置
      • 在3D坐標系統中，有一個世界坐標系和一個本地坐標系。類似於UIView的Frame和Bounds的區別，這種坐標之間的轉換可以說是ARKit中最難的部分

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