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寫在前面
ARKit的渲染能力是由其他框架實現(xiàn)的箩兽，除了蘋果的SceneKit, Unity3D、UE, 或者其他自定義的OpenGL、Metal渲染引擎都可以與ARKit相結(jié)合。本文所介紹的技術(shù)都是基于SceneKit。
Demo
這個Demo使用蘋果的demo改的湖苞，視頻鏈接。
關(guān)于物理模擬
雖然物理引擎都具有真實的物理變量详囤，如質(zhì)量财骨、重力、摩擦力等，但當(dāng)我們說道物理模擬隆箩，不是要真的去用真實世界的數(shù)值去模擬物理行為该贾，事實上那樣反而會失真。我們要做的是維護好各種變量的相對關(guān)系摘仅，制造一種真實的物理感官即可靶庙。
SCNPhysicsWorld
游戲中的物理引擎用來模擬3D世界中的物理特效，使物體具備的真實的動態(tài)行為娃属。SceneKit使用SCNPhysicsWorld來管理這種物理模擬六荒，讓物體的碰撞、連接矾端、掉落等具有真實感掏击。
ARSCNScene具有繼承自SCNScene的默認SCNPhysicsWorld。任何添加到ARSCNScene的物理對象秩铆，都會注冊到SCNPhysicsWorld中砚亭，維護其中的物理關(guān)系是重點。
利用SCNPhysicsWorld殴玛，我們主要做以下工作：
- 管理全局的物理變量捅膘。
- 利用其代理方法觀察物理行為。
- 使用contact/ray/convex test方法滚粟，檢測物理之間的物理關(guān)系寻仗。
SCNPhysicsBody
想要一個SCNNode參與到物理模擬中，只需要給node.physicsBody賦值一個合適的值凡壤。
所有擁有physics body的node署尤，會在render loop的physics simulation階段，計算該node的物理行為亚侠，在接下來的渲染階段對node做相應(yīng)的變換曹体。
一個合適的
SCNPhysicsBody需要合理設(shè)置其type與physicsShape。type:
- dynamic: 可以被碰撞硝烂、力影響箕别。適合場景中物理引擎可以完全接管的類型，如掉落的石塊钢坦。
- static: 不受碰撞究孕、力影響，且不能移動爹凹。適合場景中地面厨诸、墻體等。
- kinematic: 不受碰撞禾酱、力影響微酬，但移動的時候會影響其他body绘趋。適合場景中的角色，畢竟我們不想角色的移動不想被太多力影響颗管。
physicsShape:
當(dāng)physics body參與到物理模擬時陷遮，一個更貼合的形狀能得到一個更令人滿意的結(jié)果。但是對于一個比較復(fù)雜的幾何體垦江，簡單的convex會顯得過大帽馋，concave又會太復(fù)雜影響性能。這種情況可以使用若干個簡單的形狀拼裝一個相似的形狀比吭，或者由設(shè)計給出一個合理的形狀绽族，總之形狀的選擇要平衡性能與真實感。
body category
一個場景中會有許多node衩藤，需要給他們設(shè)置category吧慢，讓我們只關(guān)注感興趣的碰撞、接觸赏表。尤其要注意的是它們各自的默認值检诗，不然很容易出現(xiàn)bug。
categoryBitMask:
指定body的類型瓢剿， dynamic/kinematic body默認為1逢慌，static body默認為2。
collisionBitMask:
指定能與該body產(chǎn)生碰撞的physics body類型间狂。默認是-1涕癣，即每位都置1。
contactTestBitMask:
指定哪種類型的physics body與該body發(fā)生接觸（幾何體交叉）后前标，通知給physics world。
這個屬性在OSX10.11和iOS9以上默認值是0距潘，以下與collisionBitMask相同炼列。
記住重設(shè)physics body時，要恢復(fù)這些值
注意SCNNode也有一個categoryBitMask音比，用法與這個類似俭尖。但在scene test時，這兩個容易搞混洞翩。這里吐槽以下蘋果的命名稽犁。
SCNPhysicsShape
當(dāng)物理引擎檢測碰撞時，使用的是SCNPhysicsShape來計算結(jié)果骚亿，除了性能已亥，我碰到兩個關(guān)于physicsShape的問題：
- 如果
node.geometry是不可見的，那個雖然它有physics shape来屠，在調(diào)試時也會顯示虑椎，但不會參與物理模擬震鹉。 - SceneKit的物理引擎是不支持縮放變換的。如果一個node做縮放變換后捆姜，physics body將仍是原來的尺寸传趾。這種情況看我的回答，重點是當(dāng)attach body之前如果沒有指定形狀泥技，那么SceneKit才會使用scale信息浆兰，使用
SCNPhysicsShapeScaleKey也有一樣的效果。
//still has identity scale
SCNPhysicsBody *body = [SCNPhysicsBody bodyWithType:SCNPhysicsBodyTypeKinematic shape:[SCNPhysicsShape shapeWithGeometry:ramp.geometry options:nil]];
//this did worked
SCNPhysicsBody *body = [SCNPhysicsBody bodyWithType:SCNPhysicsBodyTypeKinematic shape:nil];
SceneKit automatically creates a physics shape for the body when you attach it to a node, based on that node’s geometry property
物理模擬與其他動畫的沖突
從SceneKit的render loop可以看到珊豹，物理模擬實際上也是一種動畫簸呈，只不過動畫的參數(shù)由物理引擎控制。SceneKit也遵循iOS的傳統(tǒng)平夜，具有隱式蝶棋、顯式動畫，同時有SCNAction接口忽妒。由于物理引擎
是將所有的計算結(jié)果應(yīng)用到動畫層上玩裙，即node.presentationNode，這會讓新加入的動畫顯得不正常段直。因為其他動畫的初始值是從node.transform中讀取的吃溅。對于這種問題，需要讀出node.presentationNode.transform的值用于動畫的初始值鸯檬。
process of collision
對于簡單的碰撞决侈，只要設(shè)置好physics body和category bit mask，collision bit mask等參數(shù)喧务，其他的就由物理引擎接管了赖歌。
碰撞的處理過程由3個部分組成。
collision detection
物理引擎會在渲染時檢測物體之間的physics body是否發(fā)生重疊功茴，這一過程我們可以通過<SCNPhysicsContactDelegate>中的方法觀察庐冯。
collision determination
與操作兩個物體的之間的categoryBitMask和collisionBitMask，若返回非0坎穿，則發(fā)生碰撞展父。
collision respond
物理引擎會在渲染之前，計算物理碰撞的結(jié)果并應(yīng)用到物體上玲昧。
contact test
當(dāng)有兩個物體相接觸栖茉，若categoryBitMask和contactTestBitMask相與不為零，那么會調(diào)用<SCNPhysicsContactDelegate>的方法孵延。很顯然這個結(jié)果的集合是小于碰撞結(jié)果的吕漂。通過這個方法，我們能夠控制兩個物體之間的碰撞隙袁，這在物理引擎接管的碰撞動畫不理想時痰娱，是非常有用的弃榨。
當(dāng)接觸發(fā)生時，代理方法會傳來SCNPhysicsContact對象梨睁，它包含了接觸的對象鲸睛、部位、法線與重疊距離坡贺。通過它可以修正錯誤的動畫官辈。例如我將一個石塊從高處墜落，如果速度特別大遍坟，那么它會直接穿過底部的平面拳亿。因為在render loop的渲染時，兩者相接觸的那一幀在物理模擬時愿伴，石塊已經(jīng)大部分穿過了平面肺魁，這樣在下一幀石塊會直接穿過去，而不是回彈隔节《炀可以看我的回答。
scene test
SceneKit與ARKit中共有以下幾種scene test怎诫，用以觀察世界中的物體關(guān)系瘾晃，作用類似UIKit的 hitTest: 方法。
AR scene test
//ARSCNView
- (NSArray<ARHitTestResult *> *)hitTest:(CGPoint)point
types:(ARHitTestResultType)types;
根據(jù)ARSCNView中的點幻妓，構(gòu)造一條3D世界的射線蹦误，搜索ARAnchor或真實物體（特征點或已檢測出的平面）。
scene test
//SCNSceneRenderer
- (NSArray<SCNHitTestResult *> *)hitTest:(CGPoint)point
options:(NSDictionary<SCNHitTestOption, id>
//SCNNode
- (NSArray<SCNHitTestResult *> *)hitTestWithSegmentFromPoint:(SCNVector3)pointA
toPoint:(SCNVector3)pointB
options:(NSDictionary<NSString *,id> *)options;
第一個方法：根據(jù)SCNSceneRenderer（SCNView等）中的點肉津，構(gòu)造一條3D世界的射線强胰，搜索與射線相交的幾何體，node.geometry為nil則忽視妹沙。
第二個方法：在目標node的局部空間中哪廓，搜索與pointA-pointB線段相交的子node。
physics body test
//SCNPhysicsBody
- (NSArray<SCNHitTestResult *> *)rayTestWithSegmentFromPoint:(SCNVector3)origin
toPoint:(SCNVector3)dest
options:(NSDictionary<SCNPhysicsTestOption, id> *)options;
- (NSArray<SCNPhysicsContact *> *)convexSweepTestWithShape:(SCNPhysicsShape *)shape
fromTransform:(SCNMatrix4)from
toTransform:(SCNMatrix4)to
options:(NSDictionary<SCNPhysicsTestOption, id> *)options;
第一個方法：在物理世界中初烘，返回在兩點之間的physics body所屬的node。
第二個方法：在物理世界中分俯，按form-to變換滑動指定的形狀肾筐，返回相交的physics body所屬的node。
contact test
//contact test
- (NSArray<SCNPhysicsContact *> *)contactTestBetweenBody:(SCNPhysicsBody *)bodyA
andBody:(SCNPhysicsBody *)bodyB
options:(NSDictionary<SCNPhysicsTestOption, id> *)options;
- (NSArray<SCNPhysicsContact *> *)contactTestWithBody:(SCNPhysicsBody *)body
options:(NSDictionary<SCNPhysicsTestOption, id> *)options;
第一個方法：檢測物理世界中缸剪，兩個body是否發(fā)生接觸吗铐，返回所有的接觸點。
第二個方法：返回所有在物理世界中與指定body發(fā)生contact的node杏节。
最后
物理引擎能夠幫助我們模擬真實世界的效果唬渗，雖然高級的特效一般都是自己在渲染循環(huán)中實現(xiàn)的典阵，但它大大減輕了我們計算成本。擁有良好的物理特效镊逝，能夠讓用戶有真實的感受壮啊，希望本篇文章能夠幫助大家。
