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[ARKit]5-加载自定义几何体

说明

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ARKit系列文章目录

通过顶点,法线,纹理坐标数组加载

1. 创建Source

默认有三种快速创建的方法,可以分别创建vertices,normals和textureCoordinates(即UVs):

let vertexSource = SCNGeometrySource(vertices:cubeVertices())
let normalSource = SCNGeometrySource(normals:cubeNormals())
let uvSource = SCNGeometrySource(textureCoordinates:cubeUVs())
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如果想要创建更多类型,或者数据混在同一个数组中,需要用另一个方法:

SCNGeometrySource(data: Data, semantic: SCNGeometrySource.Semantic, vectorCount: Int, usesFloatComponents floatComponents: Bool, componentsPerVector: Int, bytesPerComponent: Int, dataOffset offset: Int, dataStride stride: Int)


// 如
/// 创建顶点坐标
        let vertex:[Float] = [-1,1,-5,
                              1,1,-5,
                              1,-1,-5,
                              -1,-1,-5]
        
        
        
        
        /// 创建接受顶点的对象
        let vertexSource = SCNGeometrySource(data: getData(array: vertex), semantic: SCNGeometrySource.Semantic.vertex, vectorCount: 4, usesFloatComponents: true, componentsPerVector: 3, bytesPerComponent: MemoryLayout<Float>.size, dataOffset: 0, dataStride: MemoryLayout<Float>.size*3)
        print(vertexSource.debugDescription)


/// 获取数据
    func getData<T>(array:[T])->Data{
        let data:UnsafeMutableRawPointer = malloc(MemoryLayout<T>.size*array.count)
        data.initializeMemory(as: T.self, from:  array)
        return  NSData(bytesNoCopy: data, length: MemoryLayout<T>.size*array.count, freeWhenDone: true) as Data
    }

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2. 创建Element

仿照以前OC的写法为:

//`[UInt8]`时
let solidIndexData = Data(bytes: cubeSolidIndices())
let lineElement2 = SCNGeometryElement(data: solidIndexData, primitiveType: .triangles, primitiveCount: 12, bytesPerIndex: MemoryLayout<UInt8>.size)

//`[UInt32]`时(即GLuint),或参照第1步中`func getData<T>(array:[T])->Data`方法
let ptr = UnsafeBufferPointer(start: solidIndices, count: solidIndices.count)
let solidIndexData = Data(buffer: ptr)
        
let solidElement = SCNGeometryElement(data: solidIndexData, primitiveType: .triangles, primitiveCount: 12, bytesPerIndex: MemoryLayout<UInt32>.size)
复制代码

需要注意的是cubeSolidIndices()返回类型为[UInt8](UInt32/GLuint也可以,但不能用Int),相应的,bytesPerIndex应为MemoryLayout<UInt8>.size.
但swift中其实有更简单写法:

let solidElement = SCNGeometryElement(indices: cubeSolidIndices(), primitiveType: .triangles)
复制代码

3. 创建Geometry

将顶点,法线,uv数据传入,以及实体element:

let geometry = SCNGeometry(sources: [vertexSource, normalSource, uvSource], elements: [solidElement,lineElement])
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4. 设置Material

//设置材质,面/线
let solidMaterial = SCNMaterial()
solidMaterial.diffuse.contents = UIColor(red: 4/255.0, green: 120.0/255.0, blue: 255.0/255.0, alpha: 1.0)
solidMaterial.locksAmbientWithDiffuse = true

let lineMaterial = SCNMaterial()
lineMaterial.diffuse.contents = UIColor.white
lineMaterial.lightingModel = .constant

//设置到几何体上
geometry.materials = [solidMaterial,lineMaterial]
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5. 创建Node

根据geometry创建Node,并添加到根节点上:

let cubeNode = SCNNode(geometry: geometry)
scene.rootNode.addChildNode(cubeNode)
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最终结果

Simulator Screen Shot.png

顶点顺序与对应关系

cubeVertices重复三次

正方体中明明只有8个顶点,为什么cubeVertices()中要重复三次?
这是因为,一个顶点被三个面共用,而每个面的法线和UV贴图不同,直接共用顶点的话,法线和贴图会出错.

cubeVertices中顶点顺序

cubeVertices()中顶点的顺序如下图:

WX20180227-215641@2x.png

而法线cubeNormals()和贴图cubeUVs()中也是按相同顺序排列的.

  • 同一个面的法线方向一致,都是朝外的(从中心指向四周);
  • UV也对应同一个面的四个点,刚好能铺满整个UV空间(0~1);

三角形正反面

默认情况下只能看到顶点组成的三角形的正面,即:面对镜头,顶点逆时针为正;背对镜头,顶点排列顺时针为正;

可以通过SCNMaterial中的cullModeisDoubleSided来控制显示.

因此,顶点索引cubeSolidIndices()中以底面为例:

// bottom
0, 2, 1,
1, 2, 3,
复制代码

这个面是背对镜头的,所以组成的两个三角形均是顺时针的,即正面是朝下,就是说可以从下面看到:

WX20180227-221103@2x.png

其余面同理.

加载外部工具创建的几何形状

在SceneKit和ARKit中,如果将外部3D模型拖拽到Xcode中再通过代码加载,是可行的;但是如果模型的格式Xcode不支持或者需要app在发布后再联网下载,那么用代码直接打开就不可行.

因为3D拖拽到Xcode中时苹果做了一些格式处理才能在Xcode中用代码加载,瑞联网下载的没有处理过,不可行.

网上也有一些方法通过调用Xcode的copySceneKitAssetsscntool来手动处理再下发的,但这其实属于非正规方法.正确的方法是使用ModelIO框架,它支持的格式有:

支持导入格式:

  • Alembic .abc
  • Polygon .ply
  • Triangles .stl
  • Wavefront .obj

输出格式:

  • Triangles .stl
  • Wavefront .obj

ModelIO的功能也非常强大,模型导入/导出,烘焙灯光,处理纹理,改变形状等等:

WX20180304-094002@2x.png
WX20180304-095126@2x.png

此处我们只介绍模型加载功能,需要先导入头文件:

import ModelIO
import SceneKit.ModelIO
复制代码
// 加载 .OBJ文件
guard let url = NSBundle.mainBundle().URLForResource("Fighter", withExtension: "obj") else {
    fatalError("Failed to find model file.")
}
 
let asset = MDLAsset(URL:url)
guard let object = asset.objectAtIndex(0) as? MDLMesh else {
    fatalError("Failed to get mesh from asset.")
}

// 将ModelIO对象包装成SceneKit对象,调整大小和位置
let node = SCNNode(mdlObject: object) //需要导入头文件`import SceneKit.ModelIO`
node.scale = SCNVector3Make(0.05, 0.05, 0.05)
node.position = SCNVector3Make(0, -20, 0)
        
cubeView.scene?.rootNode.addChildNode(node)
复制代码

效果如图:

FighterNoTexture.jpg

还需要加载图片纹理:

extension MDLMaterial {
    func setTextureProperties(textures: [MDLMaterialSemantic:String]) -> Void {
        for (key,value) in textures {
            guard let url = NSBundle.mainBundle().URLForResource(value, withExtension: "") else {
                fatalError("Failed to find URL for resource \(value).")
            }
            let property = MDLMaterialProperty(name:value, semantic: key, URL: url)
            self.setProperty(property)
        }
    }
}



// 创建各种纹理的材质
let scatteringFunction = MDLScatteringFunction()
let material = MDLMaterial(name: "baseMaterial", scatteringFunction: scatteringFunction)
        
material.setTextureProperties([
      .baseColor:"Fighter_Diffuse_25.jpg",
      .specular:"Fighter_Specular_25.jpg",
      .emission:"Fighter_Illumination_25.jpg"])
        
// 将纹理应用到每个网格上
for  submesh in object.submeshes!  {
      if let submesh = submesh as? MDLSubmesh {
            submesh.material = material
      }
}
复制代码

最终结果:

Fighter.jpg

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