相關(guān)工程地址:https://github.com/markdaws/arkit-by-example
在這篇文章我們將會(huì)插入更加真實(shí)的虛擬物體到場(chǎng)景中。要達(dá)到這個(gè)目的，我們可以通過(guò)用一項(xiàng)技術(shù)叫做基于物理的渲染去展示模型的更多細(xì)節(jié)，同時(shí)我們會(huì)在場(chǎng)景中用更準(zhǔn)確的燈光的表現(xiàn)方式
場(chǎng)景燈光
AR的主要目標(biāo)是把真實(shí)世界和虛擬的物體混合起來(lái)换棚。有時(shí)我們添加的物體是有自己的風(fēng)格的看起來(lái)不真實(shí)吁系，還有一些情況下我們想要添加一些物體完美的融入我們交互的實(shí)際環(huán)境
強(qiáng)度
為了達(dá)到一個(gè)高等級(jí)的真實(shí)揩悄，場(chǎng)景中的燈光效果是非常重要的慷嗜。如果虛擬場(chǎng)景的燈光可以喝真實(shí)世界的燈光效果接近穷缤，我們就會(huì)感到我們添加的內(nèi)容是更加真實(shí)的
比方說(shuō)备禀，如果你在一個(gè)很暗的屋子里洲拇，但是加入了一個(gè)用很亮的光照射的物體，這樣看這個(gè)物體就好像在這個(gè)場(chǎng)景之外曲尸，相反的一個(gè)很暗的物體在一個(gè)明亮的房間中同樣會(huì)感覺(jué)這個(gè)物體在場(chǎng)景之外
所以我們回到最開(kāi)始然后建造一個(gè)更搞等級(jí)的真實(shí)場(chǎng)景赋续。首先，假如你的虛擬場(chǎng)景是沒(méi)有光源的另患，然后就像在真實(shí)世界一樣所有的物體都會(huì)是黑色的纽乱，因?yàn)槲矬w的表面沒(méi)有任何的光反射，我們把場(chǎng)景的燈去掉以后加入幾個(gè)立方體昆箕，效果如下:
現(xiàn)在我們可以給我們的場(chǎng)景加入一些光源鸦列，在3D圖形學(xué)中這有很多種光源你可以加到場(chǎng)景里:
- Ambient -- 模擬一個(gè)從所有方向照射過(guò)來(lái)的等量光租冠，你可以看到所有方向的光均等的照射在物體上，所以這里沒(méi)有任何的影子
- Directional -- 方向光只有方向沒(méi)有光源的位置薯嗤，可以想象為從無(wú)限遠(yuǎn)的地方發(fā)射出來(lái)的
- Omni -- 也被叫做Spot Light顽爹，這是一種有方向也有位置的光。如果你想表現(xiàn)光源與幾何體的具體對(duì)光強(qiáng)度的影響這個(gè)光非常有用
- Spot -- 和Omni類(lèi)似骆姐，不過(guò)除了方向和位置以外镜粤，spot light的光會(huì)在一個(gè)一個(gè)圓錐形內(nèi)強(qiáng)度減弱，就像你桌子上的
autoenablesDefaultLighting
SceneKit SCNView有一個(gè)屬性叫做autoenablesDefaultLighting玻褪，如果你設(shè)置這個(gè)為true肉渴，SceneKit會(huì)添加一個(gè)Onmi方向光到場(chǎng)景中，燈光的位置在攝像頭的位置带射，方向沿著攝像頭的方向同规，這是一個(gè)很好的開(kāi)始點(diǎn)并且是默認(rèn)打開(kāi)的直到你添加了自己的光源，不過(guò)這樣簡(jiǎn)單的設(shè)置有一些問(wèn)題:
- 光強(qiáng)一直是1000窟社，所以在不同光照條件下放置看起來(lái)效果不是很好
- 光照方向是一直改變的券勺，所以你繞著物體走一圈，他看起來(lái)總是光從你這里招過(guò)去的灿里，就像你拿著火炬在你面前朱灿，大多數(shù)的場(chǎng)景是有固定光源的，所以當(dāng)你在四周走的時(shí)候顯得很不自然
在我們的應(yīng)用中我們需要把這個(gè)關(guān)掉:
self.sceneView.autoenablesDefaultLighting = NO;
automaticallyUpdatesLighting
ARKit中的ARSCNView有一個(gè)叫做automaticallyUpdatesLighting的屬性钠四，按文檔所說(shuō)會(huì)自動(dòng)根據(jù)預(yù)測(cè)出的光照強(qiáng)度給場(chǎng)景添加光源。聽(tīng)起來(lái)很棒跪楞，但是我可以告訴你他什么都沒(méi)有做或者是我使用的方法不對(duì)缀去，不過(guò)沒(méi)所謂，我們可以用下面的方法得到預(yù)測(cè)的燈光
lightEstimationEnabled
ARSessionConfiguration類(lèi)有一個(gè)屬性lightEstimationEnabled甸祭，設(shè)置這個(gè)為true缕碎，每一個(gè)AR幀我們都可以得到一個(gè)lightEstimate值我們可以用它去渲染
我們可以根據(jù)每幀得到的光照預(yù)測(cè)值調(diào)整我們添加的光照強(qiáng)度，這樣就可以解決我們上面所說(shuō)的問(wèn)題
光照
首先我們添加一個(gè)燈到場(chǎng)景中池户，我們添加一個(gè)spot light方向是直接向下的到場(chǎng)景中距離原點(diǎn)幾米咏雌。這模擬了我現(xiàn)在所處的環(huán)境，在天花板上有一個(gè)spot light校焦。代碼如下:
- (void)insertSpotLight:(SCNVector3)position {
SCNLight *spotLight = [SCNLight light];
spotLight.type = SCNLightTypeSpot;
spotLight.spotInnerAngle = 45;
spotLight.spotOuterAngle = 45;
SCNNode *spotNode = [SCNNode new];
spotNode.light = spotLight;
spotNode.position = position;
// By default the stop light points directly down the negative
// z-axis, we want to shine it down so rotate 90deg around the
// x-axis to point it down
spotNode.eulerAngles = SCNVector3Make(-M_PI / 2, 0, 0);
[self.sceneView.scene.rootNode addChildNode: spotNode];
}
我們不僅加了一個(gè)spot light 還添加了一個(gè)ambient light赊抖，這是因?yàn)樵趯?shí)際場(chǎng)景中我們總是有很多光源，所以添加一個(gè)環(huán)境光會(huì)使效果看著更真實(shí)
光照估計(jì)
最后我們提到了lightEstimation寨典，ARKit可以分析場(chǎng)景然后估計(jì)出環(huán)境光的強(qiáng)度氛雪。他的返回值如果是1000代表著中性值，低于這個(gè)值是黑高于這個(gè)值亮耸成。想要打開(kāi)這個(gè)功能报亩，你需要在場(chǎng)景設(shè)置中把lightEstimationEnabled設(shè)置為true
configuration.lightEstimationEnabled = YES;
你做了這些之后浴鸿，你就可以在ARSCNViewDelegate實(shí)現(xiàn)下面的方法，然后修改你加入到場(chǎng)景中的spot light和ambient light的光照強(qiáng)度
- (void)renderer:(id <SCNSceneRenderer>)renderer updateAtTime:(NSTimeInterval)time {
ARLightEstimate *estimate = self.sceneView.session.currentFrame.lightEstimate;
if (!estimate) {
return;
}
// TODO: Put this on the screen
NSLog(@"light estimate: %f", estimate.ambientIntensity);
// Here you can now change the .intensity property of your lights
// so they respond to the real world environment
}
基于物理的渲染
我們現(xiàn)在有了基礎(chǔ)的燈光弦追，截下來(lái)我們要用PBR技術(shù)給我們的幾何體加上貼圖岳链，下面是幾個(gè)基本的信息
- Albedo -- 模型的基礎(chǔ)顏色，這是材質(zhì)的diffuse部分劲件，這是材質(zhì)的沒(méi)有烘焙燈光和陰影信息的貼圖
- Roughness -- 描述了材質(zhì)的光滑程度掸哑，粗糙的表面反射比較少，光滑的材質(zhì)會(huì)有很亮的高光
- Metalness -- 和光滑程度類(lèi)似描述材質(zhì)的金屬程度
我們拿到了這些貼圖以后用下面的方式渲染材質(zhì)
mat = [SCNMaterial new];
mat.lightingModelName = SCNLightingModelPhysicallyBased;
mat.diffuse.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-albedo.png"];
mat.roughness.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-roughness.png"];
mat.metalness.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-metal.png"];
mat.normal.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-normal.png"];
你需要把材質(zhì)的lightingModelName設(shè)置為SCNLightingModelPhysicallyBased寇仓，然后設(shè)置這些各式各樣材質(zhì)類(lèi)型
最后最重要的部分是你必須告訴SCNScene你正在用PBR光照举户，當(dāng)你做這些這個(gè)場(chǎng)景的光源來(lái)自你指定的圖片，下面是我是用的圖片
所以現(xiàn)在光照是從這幅圖片中取得的遍烦，就好像這個(gè)圖片被投影成為整個(gè)幾何體的背景俭嘁，SceneKit用這個(gè)背景去計(jì)算出這個(gè)幾何體是如何被照射的
UIImage *env = [UIImage imageNamed: @"spherical.jpg"];
self.sceneView.scene.lightingEnvironment.contents = env;
最后的部分是拿到光照的估計(jì)值然后把這個(gè)應(yīng)用到這個(gè)環(huán)境圖片的強(qiáng)度，我們知道了ARKit返回1000代表中性的光照服猪，而環(huán)境光的值是把1.0當(dāng)做中性供填，所以我們需要進(jìn)行一個(gè)尺度變換
CGFloat intensity = estimate.ambientIntensity / 1000.0;
self.sceneView.scene.lightingEnvironment.intensity = intensity;