一、AR簡介：

     增強現(xiàn)實技術（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種實時地計算攝影機影像的位置及角度并加上相應圖像、視頻、3D模型的技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實世界并進行互動. 
    一個最簡單地AR場景實現(xiàn)所需要的技術以及步驟包含如下：

1. 多媒體捕捉現(xiàn)實圖像：如攝像頭
2. 三維建模:3D立體模型
3. 傳感器追蹤:主要追蹤現(xiàn)實世界動態(tài)物體的六軸變化，這六軸分別是X、Y、Z軸位移及旋轉。其中位移三軸決定物體的方位和大小，旋轉三周決定物體顯示的區(qū)域。
4. 坐標識別及轉換：3D模型顯示在現(xiàn)實圖像中不是單純的frame坐標點，而是一個三維的矩陣坐標。這基本上也是學習AR最難的部分，好在ARKit幫助我們大大簡化了這一過程。
5. 除此之外，AR還可以與虛擬物體進行一些交互。

二、 ARKit概述及特點介紹：

1. ARKit是2017年6月6日，蘋果發(fā)布iOS11系統(tǒng)所新增框架,它能夠幫助我們以最簡單快捷的方式實現(xiàn)AR技術功能。
2. ARKit框架提供了兩種AR技術：
3. 基于3D場景(SceneKit)實現(xiàn)的增強現(xiàn)實，
4. 基于2D場景(SpriktKit)實現(xiàn)的增強現(xiàn)實
5. AR效果必須要依賴于蘋果的游戲引擎框架（3D引擎SceneKit，2D引擎SpriktKit），主要原因是游戲引擎才可以加載物體模型。
6. 雖然ARKit框架中視圖對象繼承于UIView，但是由于目前ARKit框架本身只包含相機追蹤，不能直接加載物體模型，所以只能依賴于游戲引擎加載ARKit

開發(fā)環(huán)境：

1. Xcode版本：Xcode9及以上
2. iOS系統(tǒng):iOS11及以上
3. iOS設備要求：處理器A9及以上（iPhone6s 、iPhone6sPlus、iPhone7 iPhone7Plus、iPhoneSE、iPad Pro(9.7、10.5、12.9)、iPad(2017))
4. MacOS系統(tǒng)：10.12.4及以上 (安裝Xcode9對Mac系統(tǒng)版本有要求)

三、ARKit框架簡介:

    ARKit并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，那么ARKit和一般的相機沒有任何區(qū)別。
    相機捕捉現(xiàn)實世界圖像，由ARKit來實現(xiàn)；在圖像中顯示虛擬3D模型，由SceneKit來實現(xiàn)。
    繼承關系：ARKit框架中中顯示3D虛擬增強現(xiàn)實的視圖ARSCNView繼承于SceneKit框架中的SCNView,而SCNView又繼承于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(xiàn)實世界圖像構成
    ARSCNView只是一個視圖容器，它的作用是管理一個ARSession
    在一個完整的虛擬增強現(xiàn)實體驗中，ARKit框架只負責將真實世界畫面轉變?yōu)橐粋€3D場景，這一個轉變的過程主要分為兩個環(huán)節(jié)：由ARCamera負責捕捉攝像頭畫面，由ARSession負責搭建3D場景。
    ARKit在3D現(xiàn)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(jīng)添加（SceneKit是iOS8新增），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。

四、ARKit工作原理及工作流程

     ARKit提供兩種虛擬增強現(xiàn)實視圖，他們分別是3D效果的ARSCNView和2D效果的ARSKView。無論是使用哪一個視圖都是用了相機圖像作為背景視圖，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。
     ARSCNView與ARCamera兩者之間并沒有直接的關系，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。
    要想運行一個ARSession會話，你必須要指定一個稱之為ARSessionConfiguration（會話追蹤配置）的對象,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）。
     ARSessionConfiguration是一個父類，為了更好的看到增強現(xiàn)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芯片之后的機型，也就是iPhone6s之后的機型。
     ARSession搭建溝通橋梁的參與者主要有兩個ARWorldTrackingSessionConfiguration與ARFrame。

     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(xiàn)實世界的表面。它的內部實現(xiàn)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。
     當ARWorldTrackingSessionConfiguration計算出相機在3D世界中的位置時，它本身并不持有這個位置數(shù)據(jù)，而是將其計算出的位置數(shù)據(jù)交給ARSession去管理，而相機的位置數(shù)據(jù)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。
     ARCamera只負責捕捉圖像，不參與數(shù)據(jù)的處理。它屬于3D場景中的一個環(huán)節(jié)，每一個3D Scene都會有一個Camera，它覺得了我們看物體的視野。

ARKit框架工作流程：

1. ARSCNView加載場景SCNScene

2. SCNScene啟動相機ARCamera開始捕捉場景

3. 捕捉場景后ARSCNView開始將場景數(shù)據(jù)交給Session

4. Session通過管理ARSessionConfiguration實現(xiàn)場景的追蹤并且返回一個ARFrame

5. 給ARSCNView的scene添加一個子節(jié)點（3D物體模型）

     ARSessionConfiguration捕捉相機3D位置的意義就在于能夠在添加3D物體模型的時候計算出3D物體模型相對于相機的真實的矩陣位置，在3D坐標系統(tǒng)中，有一個世界坐標系和一個本地坐標系。類似于UIView的Frame和Bounds的區(qū)別。
   

五、ARKit全框架API類圖介紹：

<ARKit>框架中所有的API

5.1、ARAnchor

    ARAnchor表示一個物體在3D空間的位置和方向（ARAnchor通常稱為物體的3D錨點，有點像UIKit框架中CALayer的Anchor）, ARFrame表示的也是物體的位置和方向，但是ARFrame通常表示的是AR相機的位置和方向以及追蹤相機的時間，還可以捕捉相機的幀圖片。也就是說ARFrame用于捕捉相機的移動，其他虛擬物體用ARAnchor

5.2、ARCamera

    ARCamera是一個相機，它是連接虛擬場景與現(xiàn)實場景之間的樞紐。在ARKit中，它是捕捉現(xiàn)實圖像的相機，在SceneKit中它又是3D虛擬世界中的相機。
    一般我們無需去創(chuàng)建一個相機，因為當我們初始化一個AR試圖時，他會為我們默認創(chuàng)建一個相機，而且這個相機就是攝像頭的位置，同時也是3D世界中的原點所在（x=0,y=0,z=0）

5.3、ARError

    ARError是一個描述ARKit錯誤的類，這個錯誤來源于幾個方面，例如設備不支持，或者當相機常駐后臺時ARSession會斷開等問題

5.4、ARFrame

    ARFrame主要是追蹤相機當前的狀態(tài)，這個狀態(tài)不僅僅只是位置，還有圖像幀及時間等參數(shù)

5.5、ARHitTestResult

    ARHitTestResult：點擊回調結果，這個類主要用于虛擬增強現(xiàn)實技術（AR技術）中現(xiàn)實世界與3D場景中虛擬物體的交互。 比如我們在相機中移動。拖拽3D虛擬物體，都可以通過這個類來獲取ARKit所捕捉的結果。

5.6、ARLightEstimate

   ARLightEstimate是一個燈光效果，它可以讓你的AR場景看起來更加的好

5.7、ARPlaneAnchor

    ARPlaneAnchor是ARAnchor的子類，筆者稱之為平地錨點。ARKit能夠自動識別平地，并且會默認添加一個錨點到場景中，當然要想看到真實世界中的平地效果，需要我們自己使用SCNNode來渲染這個錨點，錨點只是一個位置。

5.8、ARPointCloud

    ARPointCloud：點狀渲染云，主要用于渲染場景

5.9、 ARSCNView

    AR視圖， ARKit支持3D的AR場景和2D的AR場景，ARSCNView是3D的AR場景視圖，該類是整個ARKit框架中唯一兩個有代理的類其中之一。該類非常重要，且API較多，將在后續(xù)小節(jié)介紹

5.10、 ARSession

    ARSession是一個連接底層與AR視圖之間的橋梁，其實ARSCNView內部所有的代理方法都是由ARSession來提供的。

ARSession獲取相機位置數(shù)據(jù)主要有兩種方式

1. push。 實時不斷的獲取相機位置，由ARSession主動告知用戶。通過實現(xiàn)ARSession的代理- (void)session:(ARSession *)session didUpdateFrame:(ARFrame *)frame來獲取
2. pull。 用戶想要時，主動去獲取。ARSession的屬性currentFrame來獲取

5.11、ARSessionConfiguration

    ARSessionConfiguration會話追蹤配置，主要就是追蹤相機的配置。注意：該類還有一個子類：ARWorldTrackingSessionConfiguration，它們在同一個API文件中

追蹤對其方式，這個決定了參考坐標系（參照物）

typedef NS_ENUM(NSInteger, ARWorldAlignment) {
      /* 相機位置 vector (0, -1, 0) /
      ARWorldAlignmentGravity,
      /** 相機位置及方向. vector (0, -1, 0)    heading ：(0, 0, -1) */
      ARWorldAlignmentGravityAndHeading,
      /** 相機方向. */
      ARWorldAlignmentCamera
} 

/平面檢測類型*/
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, ARPlaneDetection) {
    / 不檢測. */
    ARPlaneDetectionNone = 0,
    /** 平地檢測 */
    ARPlaneDetectionHorizontal  = (1 << 0),
} 

六、技術要點

6.1、技術要點

6.1、技術難點

1. ARKit只能沒有圖片識別的功能的，或者他這能識別相機的平面，如果要實現(xiàn)圖片識別被動觸發(fā)arkit，需要用其他的frame（比如CoreML 的圖片識別的技術），于是Arkit跟CoreML，如何交互，是需要思考的。