https://github.com/rectinajh/ScenkitDemo
Scene Kit是一個(gè)蘋(píng)果Cocoa風(fēng)格的3D渲染框架竞阐，該框架被引入OS X是在WWDC 2012 (那時(shí) OS X 系統(tǒng)還在用喵系命名）。在第一版通用 3D 渲染器發(fā)布后，一年內(nèi)又陸續(xù)增加了像 shader (著色器) 修改器、節(jié)點(diǎn)約束桑涎、骨骼動(dòng)畫(huà)等幾個(gè)強(qiáng)大的特性 (隨 Mavericks 發(fā)布)。 今年（2014年）豫喧，Scene Kit 變的更加強(qiáng)大石洗，支持了粒子效果、物理引擎紧显、腳本事件以及多通道分層渲染等多種技術(shù)，以及（也許對(duì)許多人來(lái)說(shuō)最重要的）它被引入iOS缕棵，而蘋(píng)果現(xiàn)在指的是把它當(dāng)成“休閑游戲”的套件孵班。
從一開(kāi)始，我發(fā)現(xiàn)Scene Kit的最大優(yōu)勢(shì)和差異在于與其他圖形框架招驴，如Core Image篙程，Core Animation，Sprite Kit的集成别厘。 這在其他游戲引擎中可不常見(jiàn)虱饿，但是如果你是一個(gè)業(yè)余愛(ài)好者，或者主要是Cocoa 或 Cocoa Touch 框架下的開(kāi)發(fā)者，那么這意味著很多東西應(yīng)該很親切了氮发。
Scene Kit 概要
Scene Kit 構(gòu)建在OpenGL之上渴肉，其中燈光，幾何圖形爽冕，材料和相機(jī)等高級(jí)引擎特性仇祭，這些組件都是面向?qū)ο蟮模憧梢杂檬煜さ?Objective-C 或 Swift 語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)代碼颈畸。 如果用過(guò)最早的版本的OpenGL乌奇，那時(shí)還沒(méi)有 shader，只能苦逼的使用各種底層受限制的 API 開(kāi)發(fā)眯娱。 幸運(yùn)的是 Scene Kit 就好了很多礁苗，高級(jí)配置對(duì)于大多數(shù)常見(jiàn)任務(wù)是足夠的 - 甚至更先進(jìn)的功能，如動(dòng)態(tài)陰影和景深效果徙缴，使用它提供的上層 API 來(lái)配置寂屏，就已經(jīng)足夠了。 不僅如此娜搂，Scene Kit 還允許你直接調(diào)用底層 API迁霎，或自己寫(xiě) shader 進(jìn)行手動(dòng)渲染 (GLSL)。
節(jié)點(diǎn) (Nodes)
除了燈光百宇，幾何圖形考廉，材料和相機(jī)這幾個(gè)具體的對(duì)象之外，Scene Kit還使用節(jié)點(diǎn)層次來(lái)組織其內(nèi)容携御。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于其父節(jié)點(diǎn)具有位置昌粤，旋轉(zhuǎn)和縮放，而父節(jié)點(diǎn)又相對(duì)于其父節(jié)點(diǎn)啄刹，一直向上涮坐，直到根節(jié)點(diǎn)。 假如要給一個(gè)節(jié)點(diǎn)確定一個(gè)位置誓军，就必須將它掛載到節(jié)點(diǎn)樹(shù)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)上袱讹。 使用以下方法管理節(jié)點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)：
addChildNode(_:)
insertChildNode(_: atIndex:)
removeFromParentNode()
這些方法與 iOS 和 OS X 中管理 view 和 layer 層級(jí)方法如出一轍。
幾何模型對(duì)象
Scene Kit 內(nèi)建了幾種簡(jiǎn)單的幾何模型昵时，如盒子捷雕、球體、平面壹甥、圓錐體等救巷，對(duì)于游戲，一般都會(huì)從文件中加載3D模型句柠。你可以通過(guò)制定文件名來(lái)導(dǎo)入 (或?qū)С? COLLADA 格式的模型文件：
let chessPieces = SCNScene(named: "chess pieces") // SCNScene?
如果一個(gè)從文件里加載的場(chǎng)景可以全部顯示時(shí)浦译，將其設(shè)置成SCNView 的 scene 就好了棒假。 如果場(chǎng)景包含多個(gè)對(duì)象，但是屏幕上只能顯示一些對(duì)象精盅，則可以它們的名稱找到它帽哑，并將其添加到SCNView中呈現(xiàn)的Scene中：
if let knight = chessPieces.rootNode.childNodeWithName("Knight", recursively: true) {
sceneView.scene?.rootNode.addChildNode(knight)
}
這是一個(gè)對(duì)導(dǎo)入文件原始節(jié)點(diǎn)的引用，其中包含了任一和每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)渤弛，也包括了模型對(duì)象 (包括其材質(zhì))祝拯，光照，以及綁定在這些節(jié)點(diǎn)上的攝像機(jī)她肯。只要傳入的名字一樣佳头，不論調(diào)用多少次，返回的都是對(duì)同一個(gè)對(duì)象的引用晴氨。
若需要在場(chǎng)景中擁有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)拷貝康嘉，如在一個(gè)國(guó)際象棋棋盤(pán)上顯示兩個(gè)馬，你可以對(duì)馬這個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 copy 或 clone (遞歸的copy)籽前。這將會(huì)拷貝一份節(jié)點(diǎn)的引用亭珍，但兩份引用所指向的材質(zhì)對(duì)象和模型對(duì)象仍然是原來(lái)那個(gè)。所以枝哄，想要單獨(dú)改變副本材質(zhì)的話肄梨，需要再copy一份模型對(duì)象，并對(duì)這個(gè)新的模型對(duì)象設(shè)置新材質(zhì)挠锥。copy一個(gè)模型對(duì)象的速度仍然很快众羡，開(kāi)銷也不高，因?yàn)楦北疽玫捻旤c(diǎn)數(shù)據(jù)還是同一份蓖租。
帶有骨骼動(dòng)畫(huà)的模型對(duì)象也會(huì)擁有一個(gè)皮膚對(duì)象粱侣，它提供了對(duì)骨骼中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的訪問(wèn)接口，以及管理骨骼和模型間連接的功能蓖宦。每個(gè)單獨(dú)的骨骼都可以被移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)齐婴，而復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)需要同時(shí)對(duì)多塊骨骼進(jìn)行操作，如一個(gè)角色走路的動(dòng)畫(huà)稠茂，很可能就是從文件讀取并加到對(duì)象上的 (而不是用代碼一根骨頭一根骨頭的寫(xiě))柠偶。
光照
Scene Kit 中完全都是動(dòng)態(tài)光照，使用起來(lái)一般會(huì)很簡(jiǎn)單主慰，但也意味著與完整的游戲引擎相比嚣州，光照這塊進(jìn)步并不明顯。Scene Kit 提供四種類型的光照：環(huán)境光共螺、定向光源、點(diǎn)光源和聚光燈情竹。
通常來(lái)說(shuō)藐不，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸和變換角度并不是設(shè)定光照的最佳方法。下面的例子表示一個(gè)光照對(duì)象通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)象來(lái)設(shè)置空間坐標(biāo)，再通過(guò) "look at" 約束雏蛮，將光照對(duì)象約束到了目標(biāo)對(duì)象上涎嚼，即使它移動(dòng)，光照也會(huì)一直朝向目標(biāo)對(duì)象挑秉。
let spot = SCNLight()
spot.type = SCNLightTypeSpot
spot.castsShadow = true
let spotNode = SCNNode()
spotNode.light = spot
spotNode.position = SCNVector3(x: 4, y: 7, z: 6)
let lookAt = SCNLookAtConstraint(target: knight)
spotNode.constraints = [lookAt]
動(dòng)畫(huà)
Scene Kit 的對(duì)象中絕大多數(shù)屬性都是可以進(jìn)行動(dòng)畫(huà)的法梯，就像 Cocoa (或 Cocoa Touch) 框架一樣，你可以創(chuàng)建一個(gè) CAAnimation 對(duì)象犀概，并指定一個(gè) key path (甚至可以 "position.x") 立哑，然后向一個(gè)對(duì)象施加這個(gè)動(dòng)畫(huà)。同樣的姻灶，你可以在 SCNTransaction 的 "begin" 和 "commit" 調(diào)用間去改變值铛绰，和剛才的 CAAnimation 非常相似：
let move = CABasicAnimation(keyPath: "position.x")
move.byValue = 10
move.duration = 1.0
knight.addAnimation(move, forKey: "slide right")
Scene Kit 也提供了像 Sprite Kit 那樣的 action 形式的動(dòng)畫(huà) API，你可以創(chuàng)建串行的動(dòng)畫(huà)組产喉，也支持自定義 action 來(lái)協(xié)同使用捂掰。與 Core Animation 不同的是，這些 action 作為游戲循環(huán)的一部分執(zhí)行曾沈，在每一幀都更新模型對(duì)象的值这嚣，而不只是更新表現(xiàn)層的節(jié)點(diǎn)。
假如你之前用過(guò) Sprite Kit塞俱，會(huì)發(fā)現(xiàn) Scene Kit 除了變成了 3D 之外姐帚，沒(méi)有太多陌生的東西。目前敛腌，在 iOS8 (首次支持 Scene Kit) 和 OS X 10.10 下卧土，Scene Kit 和 Sprite Kit 可以協(xié)同工作：對(duì) Sprite Kit 來(lái)說(shuō)，3D 模型可以與 2D 精靈混合使用像樊；對(duì) Scene Kit 來(lái)說(shuō)尤莺，Sprite Kit 中的場(chǎng)景和紋理可以作為 Scene Kit 的紋理貼圖，而且 Sprite Kit 的場(chǎng)景可以作為 Scene Kit 場(chǎng)景的蒙層 (如3D游戲中的2D菜單面板生棍，譯者注颤霎。兩套非常像的API和概念 (像場(chǎng)景啊，節(jié)點(diǎn)啊涂滴，約束啊兩邊都有)友酱， 讓人容易混淆。
開(kāi)始用 Scene Kit 寫(xiě)游戲
不僅是動(dòng)作和紋理柔纵，Scene Kit 和 Sprite Kit 還有很多相同之處缔杉。當(dāng)開(kāi)始寫(xiě)游戲的時(shí)候，Scene Kit 和它 2D 版本的小伙伴非常相似搁料，它們的游戲循環(huán)步驟完全一致或详，使用下面幾個(gè)代理回調(diào)：
1系羞，更新場(chǎng)景
2，應(yīng)用動(dòng)畫(huà)/動(dòng)作
3霸琴，模擬物理效果
4椒振，應(yīng)用約束
5，渲染
這些回調(diào)在每幀被調(diào)用梧乘，并用來(lái)執(zhí)行游戲相關(guān)的邏輯澎迎，如用戶輸入，AI (人工智能) 和游戲腳本选调。
處理用戶輸入
Scene Kit 與普通 Cocoa 或 Cocoa Touch 應(yīng)用使用一樣的機(jī)制來(lái)處理用戶輸入夹供，如鍵盤(pán)事件、鼠標(biāo)事件学歧、觸摸事件和手勢(shì)識(shí)別罩引，而主要區(qū)別在于 Scene Kit 中只有一個(gè)視圖，場(chǎng)景視圖 (scene view) 枝笨。像鍵盤(pán)事件或如捏取袁铐、滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)的手勢(shì)横浑，只要知道事件的發(fā)生就好了剔桨，但像鼠標(biāo)點(diǎn)擊，或觸碰徙融、拖動(dòng)手勢(shì)等就需要知道具體的事件信息了洒缀。
這些情況下，scene view 可以使用 -hitTest(_: options:) 來(lái)做點(diǎn)擊測(cè)試欺冀。與通常的視圖只返回被點(diǎn)擊的子 view 或子 layer 不同树绩，Scene Kit 返回一個(gè)數(shù)組，里面存有每個(gè)相交的模型對(duì)象以及從攝像機(jī)投向這個(gè)測(cè)試點(diǎn)的射線隐轩。每個(gè) hit test 的結(jié)果包含被擊中模型的節(jié)點(diǎn)對(duì)象饺饭，也包含了交點(diǎn)的詳細(xì)信息 (交點(diǎn)坐標(biāo)、交點(diǎn)表面法線职车，交點(diǎn)的紋理坐標(biāo))瘫俊。多數(shù)情況下，知道第一個(gè)被擊中的節(jié)點(diǎn)就足夠了：
if let firstHit = sceneView.hitTest(tapLocation, options: nil)?.first as? SCNHitTestResult {
let hitNode = firstHit.node
// do something with the node that was hit...
}
擴(kuò)展默認(rèn)渲染流程
光照和材質(zhì)的配置方法很易用悴灵，但有局限性扛芽。假如你有寫(xiě)好的 OpenGL 著色器 (shader)，可以用于完全自定制的進(jìn)行材質(zhì)渲染积瞒；如果你只想修改下默認(rèn)的渲染川尖，Scene Kit 暴露了 4 個(gè)入口用于插入 shader代碼 (GLSL) 來(lái)改變默認(rèn)渲染。Scene Kit 在不同入口點(diǎn)分別提供了對(duì)旋轉(zhuǎn)矩陣茫孔、模型數(shù)據(jù)空厌、樣本貼圖及渲染后輸出的色值的訪問(wèn)庐船。
比如银酬，下面的 GLSL 代碼被用在模型數(shù)據(jù)的入口點(diǎn)中嘲更，可以將模型對(duì)象上所有點(diǎn)沿 x 軸扭曲。這是通過(guò)定義一個(gè)函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)變換揩瞪，并將其應(yīng)用在模型的位置和法線上赋朦。同時(shí)，也自定義了一個(gè) "uniform" 變量來(lái)決定對(duì)象該如何被扭曲李破。
// a function that creates a rotation transform matrix around X
mat4 rotationAroundX(float angle)
{
return mat4(1.0, 0.0, 0.0, 0.0,
0.0, cos(angle), -sin(angle), 0.0,
0.0, sin(angle), cos(angle), 0.0,
0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
#pragma body
uniform float twistFactor = 1.0;
float rotationAngle = _geometry.position.x * twistFactor;
mat4 rotationMatrix = rotationAroundX(rotationAngle);
// position is a vec4
_geometry.position *= rotationMatrix;
// normal is a vec3
vec4 twistedNormal = vec4(_geometry.normal, 1.0) * rotationMatrix;
_geometry.normal = twistedNormal.xyz;
著色修改器 (Shader modifier) 既可以綁定在模型對(duì)象上宠哄，也可以綁定在它的材質(zhì)對(duì)象上。這兩個(gè)類都完全支持 key-value coding (KVC)嗤攻，你可以指定任意 key 進(jìn)行賦值毛嫉。在 shader 中聲明的 "twistFactor" uniform 變量使得 Scene Kit 在這個(gè)值改變時(shí)自動(dòng)重新綁定 uniform，這使得你也可以用 KVC 來(lái)實(shí)現(xiàn)：
torus.setValue(5.0, forKey: "twistFactor")
使用這個(gè) key path 的 CAAnimation 也 ok：
let twist = CABasicAnimation(keyPath: "twistFactor")
twist.fromValue = 5
twist.toValue = 0
twist.duration = 2.0
torus.addAnimation(twist, forKey: "Twist the torus")
延時(shí)著色
即使在純 OpenGL 環(huán)境下妇菱，有些圖像效果也無(wú)法通過(guò)一次渲染 pass 完成承粤，我們可以將不同 shader 進(jìn)行序列操作，以達(dá)到后續(xù)處理的目的闯团，稱為延時(shí)著色辛臊。Scene Kit 使用 SCNTechnique 類來(lái)表示這種技術(shù)。它使用字典來(lái)創(chuàng)建房交，字典中定義了繪圖步驟彻舰、輸入輸出、shader 文件候味、符號(hào)等等刃唤。
第一個(gè)渲染 pass 永遠(yuǎn)是 Scene Kit 的默認(rèn)渲染，它輸出場(chǎng)景的顏色和景深白群。如果你不想這時(shí)計(jì)算色值尚胞，可以將材質(zhì)設(shè)置成"恒定"的光照模型，或者將場(chǎng)景里所有光照都設(shè)置成環(huán)境光川抡。
比如辐真，從 Scene Kit 渲染流程的第一個(gè) pass 獲取景深，第二個(gè)獲取法線崖堤，第三個(gè)對(duì)其執(zhí)行邊界檢測(cè)侍咱，你即可以沿輪廓也可以沿邊緣畫(huà)粗線：
參考資料：
https://developer.apple.com/documentation/scenekit
https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2014/609/
https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2013/500/
https://www.objc.io/issues/18-games/scenekit/
