【大咖專欄】Unity AR Foundation 平面檢測實戰

　　

　　大咖介紹

　　

　　什麼是AR技術

　　AR是增強現實(AugmentedReality)的縮寫，是一種將虛擬信息與真實世界巧妙融合的技術。首先通過攝像頭捕獲到真實世界的影像，輔以陀螺儀等傳感器數據信息，通過軟體算法為真實世界的影像構建虛擬空間的三維坐標系，在這個坐標系基礎上添加三維模型等，從而達到使用虛擬信息與真實世界影像融合呈現的效果。

　　AR的優勢

　　1.一套完成的VR(虛擬實境)設備價格不菲，而AR主流手機均可以支持。

　　2.得益於智慧型手機的普及，AR的受眾人群更廣泛。

　　3.AR應用場景廣泛，包括：教育、醫療、購物、娛樂、傳媒、旅遊、軍事等。

　　主流AR SDK對比

　　SDK

　　特點

　　平臺

　　蘋果ARKit

　　平面檢測、運動跟蹤、光線評估

　　iOS11，A9及以上處理器(iPhone6s及以後設備)

　　谷歌ARCore

　　平面檢測、運動跟蹤、光線評估

　　國內支持設備較少，並且需要安裝Google Play和ARCore套件

　　Easy AR SDK

　　目前缺少平面檢測和光線評估

　　Unity AR Foundation

　　底層技術基於ARKit和ARCore封裝，對Unity開發非常友好

　　同ARKit和ARCore的設備

　　蘋果的發布ARKit，提出的平面檢測、運動跟蹤、光線評估三大特色功能，把AR技術應用刷新到一個新的高度；谷歌緊隨其後，發布了具有同樣特色功能的ARCore。在需要平面檢測，面積計算這樣的AR應用場景，國內老牌的EasyAR已不能滿足需求。Unity為了更好的支持遊戲開發中應用AR技術，抽象了UnityAR Foundation框架，實現「構建一次，多平臺部署」。無疑UnityAR Foundation已成為Unity中開發AR應用的首選框架。

　　Unity AR Foundation 架構

　　UnityAR Foundation需要Unity2019以上版本。ARFoundation 通過XR插件來支持不同的平臺，不同平臺對應的XR插件如下：

　　*Android 上需要ARCoreXR Plugin

　　*iOS 需要ARKitXR Plugin

　　*Magic Leap 需要MagicLeap XR Plugin

　　*HoloLens 需要WindowsXR Plugin

　　ARFoundation的框架圖如下：

　　

　　AR應用基於ARFoundation開發，ARFoundation屏蔽了不同平臺ARSDK的API差異。

　　架構搭建AR Foundation項目

　　首先創建一個空的3D項目，然後點擊菜單Window=> Package Manager, 在彈出的PackageManager窗口中搜索AR,在列表中選擇ARKitXR Plugin進行安裝。要使用ARFoundation，必須安裝一個XRPlugin，考慮到iOS調試的便利性，我們選擇iOS平臺的ARKitXR Plugin進行初次學習。

　　ARKitXR Plugin的安裝會自動觸發ARFoundation和ARSubsystems包的安裝，如下圖所示：

　　

　　開發包安裝完畢，可以在層級管理器，資源管理器和項目設置中看到XR相關的信息，如下圖所示：

　　

　　現在我們可以通過層級管理器的右鍵菜單中的XR子菜單創建AR遊戲對象了。

　　初始化場景

　　AR場景的攝像機由ARSession Origin管理，所以需要刪除默認場景的MainCamera，通過層級管理器的XR菜單，創建如下圖所示的遊戲對象。

　　

　　ARSession 和 ARSession Origin遊戲對象自帶了對應的腳本組件，並有默認的設置。需要注意的是，ARSession Origin下的ARCamera的ClearFlags不能用skybox，需要用SolidColor，如下圖所示：

　　

　　ARSession

　　ARSession遊戲對象中的ARSession組件管理AR的開啟和關閉，

　　ARSession組件可以掛在任意的GameObject上。禁用ARSession將停止AR系統的各種檢測運算。ARSession提供了一個靜態的協程方法CheckingAvailability，可以查詢設備是否支持AR。下面的代碼自定義一個腳本組件用來查詢設備是否支持AR，注意Start函數的返回值修改為IEnumerator，以實現異步查詢。

　　publicclass MyComponent : MonoBehaviour

　　[SerializeField] ARSessionm_Session;

　　IEnumerator Start() {

　　if ((ARSession.state ==ARSessionState.None) ||

　　(ARSession.state ==ARSessionState.CheckingAvailability))

　　{

　　yield returnARSession.CheckAvailability();

　　}

　　if (ARSession.state ==ARSessionState.Unsupported)

　　{

　　// Start somefallback experience for unsupported devices

　　}

　　else

　　{

　　// Start the ARsession

　　m_Session.enabled =true;

　　}

　　}

　　}

　　

　　AR Session Origin

　　ARSessionOrigin遊戲對象中的ARSessionOrigin組件處理AR世界坐標繫到Unity坐標系的轉換；ARPlaneManager處理平面檢測；ARRaycastManager負責AR世界中的射線碰撞；

　　

　　AR Camera

　　ARCamera處理攝像機的紋理捕獲，鏡頭觸發的畫面移動由ARPose Driver完成。

　　

　　平面檢測

　　目前的默認設置已經具備平面檢測能力，在這基礎上我們需求進行一些交互，點擊屏幕任意點，如果點在平面上，放置設定的3D模型到點的位置。

　　新建一個腳本組件，掛在ARSession Origin遊戲對象上。其內容如下：

　　usingSystem.Collections.Generic;

　　usingUnityEngine;

　　usingUnityEngine.XR.ARFoundation;

　　usingUnityEngine.XR.ARSubsystems;

　　[RequireComponent(typeof(ARRaycastManager))]

　　publicclass PlaceOnPlane : MonoBehaviour

　　{

　　[SerializeField]

　　[Tooltip("Instantiatesthis prefab on a plane at the touch location.")]

　　GameObject m_PlacedPrefab;

　　///

　　/// The prefab toinstantiate on touch.

　　///

　　public GameObjectplacedPrefab

　　{

　　get { returnm_PlacedPrefab; }

　　set { m_PlacedPrefab =value; }

　　}

　　///

　　/// The object instantiatedas a result of a successful raycast intersection with a plane.

　　///

　　public GameObjectspawnedObject { get; private set; }

　　void Awake()

　　{

　　m_RaycastManager =GetComponent();

　　}

　　bool TryGetTouchPosition(outVector2 touchPosition)

　　{

　　#ifUNITY_EDITOR

　　if(Input.GetMouseButton(0))

　　{

　　var mousePosition =Input.mousePosition;

　　touchPosition = newVector2(mousePosition.x, mousePosition.y);

　　return true;

　　}

　　#else

　　if (Input.touchCount >0)

　　{

　　touchPosition =Input.GetTouch(0).position;

　　return true;

　　}

　　#endif

　　touchPosition = default;

　　return false;

　　}

　　void Update()

　　{

　　if(!TryGetTouchPosition(out Vector2 touchPosition))

　　return;

　　if(m_RaycastManager.Raycast(touchPosition, s_Hits,TrackableType.PlaneWithinPolygon))

　　{

　　// Raycast hits aresorted by distance, so the first one

　　// will be theclosest hit.

　　var hitPose =s_Hits[0].pose;

　　if (spawnedObject ==null)

　　{

　　spawnedObject =Instantiate(m_PlacedPrefab, hitPose.position, hitPose.rotation);

　　}

　　else

　　{

　　spawnedObject.transform.position= hitPose.position;

　　}

　　}

　　}

　　static Lists_Hits = new List();

　　ARRaycastManagerm_RaycastManager;

　　}

　　解析：

　　1.獲取ARRaycastManager組件

　　2.獲取觸摸點，Raycast查詢是否碰撞到AR平面。

　　3.如果碰撞到平面，創建模型實例，並設置位置到碰撞點。

　　發布測試

　　點擊菜單File=> Build Setting, 切換Platform到iOS，點擊build導出XCode工程，如下圖所示：

　　

　　打開Unity-iPhone.xcodeproj工程，在Xcode的帳號設置中登錄已註冊iDP的帳號，插入iPhone手機，並選擇target為此手機，調整DeploymentTarget為11.0以上，如下圖所示。

　　

　　最後點擊三角箭頭啟動程序，XCode自動編譯並運行程序到手機上，最終效果如下圖所示：

　　

　　參考資料

　　https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.arfoundation@4.1/manual/index.html