ARCore基本概念和工作原理简介

techbrood 发表于 2018-03-08 18:28:58

标签: arcore, arkit, webgl, webaronarcore

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谷歌的WebAROnARCore项目基于Android手机提供的ARCore增强现实引擎,要了解WebAROnARCore,需要先了解ARCore的工作原理。

基本上ARCore做了两件事,首先跟踪手机的运动轨迹,然后构建出它对现实世界的理解。

ARCore的运动跟踪技术是通过相机(Camera)识别出特征点,并随着时间的推移跟踪这些特征点是如何移动的。

通过这些特征点的运动数据及从手机惯性传感器读到的信息,ARCore计算出手机移动的位置和方向,并称其为姿态(pose)。

除了识别出这些特征点外,ARCore还能检测出像地板、桌面等平面信息以及在某个地方的光线强度。这些信息使得ARCore能够构建出自己理解的真实世界。构建出这样一个模型后,可以在上面放置一些虚拟内容了。

ARCore是如何做到的呢?它使用三项关键技术将虚拟内容与真实世界整合到一起,这三种技术分别是:

  • 运动跟踪

  • 环境理解

  • 光线评估

运动跟踪

1.png

ARCore 可以在手机移动的过程中知道,相对于真实世界手机所在的位置和方向(姿势)。

当手机在真实世界移动时,ARCore使用称为并发测距和映射的过程来了解手机与周围世界的相对位置。

ARCore能检测到Camera捕获的图像在视觉上的不同特征,称为特征点。它使用这些点计算其位置变化。随着时间的推移,通过视觉信息与来自IMU设备的惯性测量,ARCore就可以估算出Camera相对于真实世界的姿态(位置和方向)。

通过将渲染的3D虚拟内容与物理Camera的姿势对齐,开发人员就可以从正确的角度渲染虚拟内容。 再通过将虚拟物品的图像渲染到从Camera获得的图像之上,这样看起来就好像虚拟内容是真实世界的一部分似的。

环境理解

2.png

ARCore可以让手机检测出一块水平面的位置和大小。如地面、桌子、书架等等。这样就可以将虚拟物体放置到检测出的水平面上了。

它是如何做到的呢?ARCore通过检测特征点和平面不断改善对现实世界环境的理解。

ARCore会查找常见水平表面(如桌面)上的特征点集群,除此之外,ARCore还可以确定每个平面的边界,并将以上信息提供给您的应用程序。 这样,开发人员就可以使用这些信息,并将虚拟物体放置在平坦的表面上了。

由于ARCore使用特征点检测平面,因此可能无法正确检测到没有纹理的平坦表面(如白色桌面)。

光线评估

3.png

ARCore 可以让手机估算出当前环境的光线强度,这样可以让虚拟物理显示在真实环境中更加逼真。

用户交互

ARCore使用 hit testing(命中测试) 获取与手机屏幕相对应的(x,y)坐标(如通过点击屏幕等交互方式),将其投射到 Camera 的3D坐标系中,并返回与命中点射线相交的所有平面和特征点,以及在世界坐标系中该交叉点的姿态。这样就能实现用户与ARCore环境中的对象交互了。

锚点与跟踪

ARCore可以改变对自身位置和环境的理解来调整姿态。如我们要在ARCore环境中放置一个虚拟对象,首先要确定一个锚点,以确保ARCore能随着时间的推移不断跟踪对象的位置。通常情况下,会根据命中测试返回的姿势创建一个锚点。

姿势改变这项技术特别关键,只有得到姿势,ARCore才可以随着时间的推移不断更新环境对象(像飞机和特征点)的位置。ARCore将平面和点认为是可跟踪的特殊类型的对象。您可以将虚拟对象锚定到这些可追踪的对象上,以确保在设备移动时,虚拟对象和可跟踪对象之间保持稳定的关系。这就好像您在桌面上放置一个虚拟的花瓶,如果ARCore稍后调整与桌面相关的姿势,那么花瓶仍然会保持在桌面上。


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