ARKit从入门到精通-ARKit工作原理及流程介绍

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• 1.1-写在前面的话

• 1.2-ARKit与SceneKit的关系

• 1.3-ARKit工作原理

• 1.3.1-ARSCNView与ARSession

• 1.3.2-ARWorldTrackingSessionConfiguration与ARFrame

• 1.4-ARKit工作完整流程

1.1-写在前面的话

• 初次接触 ARKit ,很多人会为其复杂的架构关系而感到畏惧。这里笔者将以最基础简介的方式带领一下一睹苹果原生AR（虚拟增强现实）的风采

• ARKit并不是一个独立就能够运行的框架，而是必须要SceneKit一起用才可以，换一句话说，如果只有 ,而没有 ，那么ARKit和一般的相机没有任何区别

• 由于笔者从事多年的iOS应用开发，并没有从事过3D游戏的开发（只是业余爱好写了一个3D打飞机的游戏），所以在本篇介绍 ARKit 的过程中，我们将以最小的篇幅来介绍 SceneKit ,毕竟如果没有丰富的3D游戏开发经验，那么光是相机捕捉到的2D界面如果转化为3D世界的矩阵都非常难以理解

• 关于3D系统X/Y/Z，与4x4矩阵等之间的转换及关系，不会过多深入，笔者将保证每一个不懂3D游戏开发的人都可以学习如何使用ARKit

• 笔者认为：ARKit最难的部分在于3D坐标的矩阵转换

• 笔者介绍ARKit的流程大概如下

• 笔者没有单独的3D模型，这里主要以苹果官方给出的参考3D模型（飞机）来实现

• 1.介绍ARKit的工作原理及流程（本篇）

• 2.通过对ARKit的原理及流程的了解，我们自定义实现ARKit

• 3.介绍ARKit框架中的所有API，PS：是翻译官方整个ARKit框架中所有的API………………~

• 4.介绍ARKit框架中几个重量级的类 ARScnView , ARSession , ARCamera

• 5.ARKit实现捕捉现实世界中的平地，并将虚拟物体添加到平地中

• 6.ARKit实现让虚拟物体跟随相机移动

• 7.ARKit实现让虚拟物体围绕摄像机（拿着iPhone的人）旋转

1.2-ARKit与SceneKit的关系

• 1.在上一小节中介绍过，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：

• 由 SceneKit 来实现

• 由 ARKit 来实现

• 一：相机捕捉现实世界图像

• 二：在图像中显示虚拟3D模型

• 2.下图是一个 与 框架关系图，通过下图可以看出

• 今后在介绍使用 ARSCNView 时将不再累述这一关系，可以简单的理解为： ARSCNView 所有跟场景和虚拟物体相关的属性及方法都是自己父类 SCNView 的

• ARSession的作用及原理将在本篇下一小节介绍

• UIView的作用是将视图显示在iOS设备的window中，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现实世界图像构成的

• 继承：子类拥有父类所有的属性及方法

• 1. 框架中中显示3D虚拟增强现实的视图 ARSCNView 继承于 框架中的 SCNView ,而 SCNView 又继承于 框架中的 UIView

• 2. ARSCNView 只是一个视图容器，它的作用是管理一个 ARSession ,笔者称之为AR会话。

• 3.在一个完整的虚拟增强现实体验中， 框架只负责将真实世界画面转变为一个3D场景，这一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 框架来完成中： 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

• 5.综上所述，ARKit捕捉3D现实世界使用的是自身的功能，这个功能是在iOS11新增的。而ARKit在3D现实场景中添加虚拟物体使用的是父类 SCNView 的功能，这个功能早在iOS8时就已经添加（SceneKit是iOS8新增）

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1.3-ARKit工作原理

1.3.1-ARSCNView与ARSession

• 1.ARKit提供两种虚拟增强现实视图，他们分别是3D效果的 ARSCNView 和2D效果的 ARSKView （关于3D效果和2D效果区别以及在上一小节介绍），无论是使用哪一个视图都是用了相机图像作为背景视图（这里可以参考iOS自定义相机中的预览图层），而这一个相机的图像就是由 框架中的相机类 ARCamera 来捕捉的。

• 2. 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框架中非常重量级的一个类 ARSession 来搭建沟通桥梁的

• context与session不同之处是：一般与硬件打交道，例如摄像头捕捉ARSession，网卡的调用NSURLSession等使用的都是session后缀。没有硬件参与，一般用context，如绘图上下文，自定义转场上下文等

• 在iOS框架中，凡是带session或者context后缀的，这种类一般自己不干活，作用一般都是两个：1.管理其他类，帮助他们搭建沟通桥梁，好处就是解耦 2.负责帮助我们管理复杂环境下的内存

• 3.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: ARSessionConfiguration , ARSessionConfiguration 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（例如平面捕捉），这个类本身比较简单却作用巨大

• ARSessionConfiguration 是一个父类，为了更好的看到增强现实的效果，苹果官方建议我们使用它的子类 ARWorldTrackingSessionConfiguration ，该类只支持 A9 芯片之后的机型，也就是iPhone6s之后的机型

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1.3.2-ARWorldTrackingSessionConfiguration与ARFrame

• 1.ARSession搭建沟通桥梁的参与者主要有两个 ARWorldTrackingSessionConfiguration 与 ARFrame