ARKit 概况和研究实践技术分析

ARKit是苹果在 2017 WWDC 发布的一款全新的增强现实框架技术产品.

ARKit 可以将 iOS 设备的摄像头和设备动作检测 (Motion) 功能，集成到您的应用或者游戏当中，从而为用户提供增强现实体验。

这里主要介绍Unity-ARKit插件集成到unity的功能和表现,它可以在Unity项目中使用ARKit SDK的所有功能。官方已上传到Unity的AssetStory并且在持续优化更新中.

官方unity ARkit支持https://forum.unity3d.com/threads/arkit-support-for-ios-via-unity-arkit-plugin.474385/

ARKit 基础技术

1视觉惯性里程计，并在房间当中寻找水平面（核心特色）

ARKit 使用视觉惯性里程计 (Visual Inertial Odometry, VIO) 来精准追踪周围的世界。VIO 将摄像头的传感器数据同ARKit 内置算法数据进行融合。这种数据允许设备能够高精度地感测设备在房间内的动作，而且无需额外校准。

应用表现 ARKit，iPhone 和 iPad 可以分析相机界面中所呈现的场景，并在房间当中寻找水平面。ARKit 不仅可以检测诸如桌子和地板之类的水平面，还可以在较小特征点 (feature points) 上追踪和放置对象。

2光亮估量

ARKit利用摄像头传感器来估算场景当中的可见光总亮度，可为虚拟对象添加符合环境照明量的光量。

3高性能硬件与渲染优化（有硬件和系统限制）

ARKit 运行在 Apple A9 和 A10 处理器上,要求IOS 11、iPhone6s、ipad 2017或之后版本。

这些处理器能够为 ARKit 提供突破性的性能，可以实现快速场景识别、可以基于现实世界场景，来构建更高质量的虚拟内容。

ARKit与其它AR SDK对比 

现在主流的AR SDK产品主要有easyAR、vuforia、亮风台（HiAR）、ARKit。

它们都具有的基本特性,可以创建并追踪现实空间和虚拟空间，其中，现实空间是用户所处的世界，虚拟空间是可对可视化内容进行建模的世界。这样可以实现一些虚拟模型与摄像机获取的现实世界的展示效果，如图，虚拟模型与现实场景进行融合展示效果。

其它SDK具有的特色:平面图像、3D物体跟踪识别功能，easyAR、HiAR平台支持云识别。

ARKit具有的特色功能:识别现实平面功能和获取现实光照功能。即上面介绍的基础技术特性。

Unity -ARKit插件分析

Unity-ARKit官方提供的demon 展示功能和特性解析，根据官方介绍、演示的Demon和研究实践，Unity-ARKit现阶段主要涉及到的技术有：

1世界跟踪

初始化时ARKit会生成一个三维的世界坐标系(相当于unity的坐标系)，如图，定义原点(0，0，0)即为初始的ARKit摄像机对应的位置点。其他虚拟的物体空间坐标点都可以参考此为世界坐标原点进行规划。

2实时视频渲染

ARKit默认打开设备的摄像头，可以在展示现实场景的同时渲染展示虚拟物体，如图3,展示的现实场景与虚拟场景结合效果。并且摄像头会把当前实时画面数据传输到ARKit SDK中进行处理，SDK处理功能包括识别返回较小特征点 (feature points) 数据、识别返回平面数据、识别返回环境光数据，并且这些数据是实时更新获取的，根据这些数据和功能我们就可以与unity游戏相结合，实现AR产品和创意。

(图3)(图4)（图5）

3平面估计和更新（核心特色）

摄像头会把当前实时画面数据传输到ARKit SDK中进行处理后，相关API可以获取生成的平面数据，如：平面在空间坐标矩阵的位置，大小，方向等。并且摄像机在不断扫描平面或物体时，平面的数据信息会不断更新和融合，ARKit可以扫描和生成多个平面，多个平面在扫描当中如确定是同一平面，它会把多个平面合并成一整块平面，如图5。这个核心功能的缺陷和注意事项在下面会详细介绍说面。

4命中测试的API

在摄像机开启时，ARKit可以识别特征点（现实物体的平面点），图中的黄色点。示例中点击手机摄像机中的现实物体可以放置虚拟物体在平面上（不至于悬空），如图4。

5环境光估计

ARKit可以收集摄像机现实的光源信息并返回，所以调用相关API表现为虚拟物体随着现实化境的光照强度改变，它会变亮或产生阴影。

ARKit识别平面缺陷

ARKit识别扫描尽管在这个过程当中，经常会产生可观的准确度，从而让 AR 的体验更加真实。然而，它严重依赖于设备物理环境的相关细节，而这些细节并不总是一致，有些时候也难以实时测量，这也就导致这些物理细节往往都会存在某种程度的错误。要建立高品质的 AR 体验，那么请注意下述这些注意事项和提示：

1基于可见的照明条件来设计 AR 场景。全局追踪涉及到了图像分析的相关内容，因此就需要我们提供清晰的图像。如果摄像头没有办法看到相关的物理细节，比如说摄像头拍到的是一面空空如也的墙壁，或者场景的光线实在太暗的话，那么全局追踪的质量就会大大降低。

2根据追踪质量的相关信息来给用户进行反馈提示。全局追踪会将图像分析与设备的动作模式关联起来。如果设备正在移动的话，那么 ARKit 就可以更好地对场景进行建模，这样即便设备只是略微晃动，也不会影响追踪质量。但是一旦用户的动作过多、过快或者晃动过于激烈，就会导致图像变得模糊，或者导致视频帧中要追踪的特征之间的距离过大，从而致使追踪质量的降低。ARCamera 类能够提供追踪状态，此外还能提供导致该状态出现的相关原因，您可以在 UI 上展示这些信息，告诉用户如何解决追踪质量低这个问题。

3水平面检测预留点时间来生成清晰的结果，一旦您获得所需的结果后，就禁用水平面检测。一开始对水平面进行检测的时候，所检测到的水平面位置和范围很可能不准确。不过随着时间的推移，只要水平面仍然保持在场景当中，那么 ARKit 就能够较为精确地估计水平面的位置和范围。当场景中有一个比较大的平坦表面的话，就算您已经使用过这个水平面来放置内容，那么ARKit 可能还会继续对水平面的锚点位置、范围和变换点进行修正 。

ARKit与unity结合原理

根据这张ARKit与unity结合原理图片，我们可以分析出，很多游戏功能都可以整合成AR项目。只需把当前AR所支持的功能特性和unity引擎的功能特性进行融合就可以各种开发与创新。