ARKit 从零到一 第3部分：放置几何体并应用物理学

在上一篇文章里我们用 ARKit 来检测真实生活中的平面，然后给这些平面添加了视觉效果。在这篇文章中，我会开始向 AR 体验添加虚拟内容，并与检测到的平面进行交互。

在这篇文章的最后，我们能够把小方块丢到世界里，并在小方块上应用逼真的物理学，以便它们彼此相互作用，同时还会制造迷你冲击波来让小方块飞出去。

下面是实际的演示视频，可以看到首先获取了水平面，然后添加了一些 3D 小方块并与场景交互，最后制造了一些迷你冲击波来让小方块飞出去：

视频

和以前一样，你可以参照这里的代码：https://github.com/josephchang10/ARCube/tree/part3

命中测试

在第一篇教程中，我们可以在任意 X,Y,Z 位置插入虚拟 3D 内容，并在真实世界里渲染和追踪。现在我们掌握了平面检测，我想添加一些内容并与这些平面交互。完成后从 app 中看过去，你的桌子、椅子、地板等等上面就像都摆了东西。

在此 app 中，如果用户点击屏幕，就会执行一次命中测试（hit test），即获取屏幕的 2D 坐标，并从摄像头原点处通过屏幕的 2D 坐标（在投影平面上有 3D 位置）发射一道射线到场景中。如果射线与某个平面相交，就会获得命中结果，然后利用射线和平面相交的 3D 坐标，在此 3D 位置放置内容。

这段代码相当简单，ARSCNView 包含一个 hitTest 方法，只要传入屏幕坐标，它会负责从摄像头原点投影射线，并穿过 3D 环境中对应屏幕坐标的点，最后返回结果：

@objc func handleTapFrom(recognizer: UITapGestureRecognizer) {
        // 获取屏幕空间坐标并传递给 ARSCNView 实例的 hitTest 方法
        let tapPoint = recognizer.location(in: sceneView)
        let result = sceneView.hitTest(tapPoint, types: .existingPlaneUsingExtent)
        
        // 如果射线与某个平面几何体相交，就会返回该平面，以离摄像头的距离升序排序
        // 如果命中多次，用距离最近的平面
        if let hitResult = result.first {
            insertGeometry(hitResult)
        }
    }

有了 ARHitTestResult 就可以得到射线/平面相交点的世界坐标，并在该位置放置虚拟内容。这篇文章里只会插入简单的小方块，后面的文章里则会让物体看起来更真实：

func insertGeometry(_ hitResult: ARHitTestResult) {
  
        let dimension: CGFloat = 0.1
        let cube = SCNBox(width: dimension, height: dimension, length: dimension, chamferRadius: 0)
        let node = SCNNode(geometry: cube)
        
        // physicsBody 会让 SceneKit 用物理引擎控制该几何体
        node.physicsBody = SCNPhysicsBody(type: .dynamic, shape: nil)
        
        node.physicsBody?.mass = 2
        node.physicsBody?.categoryBitMask = CollisionCategory.cube.rawValue
        
        // 把几何体插在用户点击的点再稍高一点的位置，以便使用物理引擎来掉落到平面上
        let insertionYOffset: Float = 0.5
        node.position = SCNVector3Make(hitResult.worldTransform.columns.3.x, hitResult.worldTransform.columns.3.y + insertionYOffset, hitResult.worldTransform.columns.3.z)
        sceneView.scene.rootNode.addChildNode(node)

          // 将小方块添加到场景中
        boxes.append(node)
    }

添加物理学

AR 理应增强现实世界，所以为了让物体的感觉更加真实，需要添加一些物理学原理来给予重力感。

上面的代码里每个小方块都给定了 physicsBody，以便让 SceneKit 用物理引擎来控制该几何体。每个 ARKit 检测的平面我也给定了 physicsBody，以便让小方块与平面交互（查看 github repo 中的 Plane.swift 类可以获得更多细节）。

停止平面检测

有了一定数量的平面后，就不希望 ARKit 再继续提供新平面了，因为这可能会更新目前已存在的平面，并影响已经添加到世界中的几何体。

在这个 app 里，如果用户用两只手指长按一秒，就会隐藏所有的平面并关闭平面检测。只需更新 ARSession configuration 的 planeDetection 属性并再次 run 一遍 session 即可。默认情况下，session 会保留相同的坐标系以及所有 anchor：

// 获取当前的 session configuration
if let configuration = sceneView.session.configuration as? ARWorldTrackingSessionConfiguration{
              //关闭平面检测和更新
            configuration.planeDetection = .init(rawValue: 0) // ARPlaneDetectionNone
              // 再次 run session 以应用改变
            sceneView.session.run(configuration)
        }

示例代码

所有的示例代码都在这里：https://github.com/josephchang10/ARCube/tree/part3

接下来

下篇文章里会强化之前我们写过的代码，并添加一些 UI 控件来开启/关闭某些功能。还会使用光线和纹理，以便让插入的几何体看起来更加真实。