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iOS 使用SceneKit框架来加载3D引擎

简介:

使用高级场景描述创建3D游戏并将3D内容添加到应用程序。轻松添加动画,物理模拟,粒子效果和基于物理的逼真的渲染。 SceneKit将高性能渲染引擎与描述性API结合在一起,用于导入,操作和渲染3D资源。与要求您精确实现显示场景的渲染算法的低级API(例如Metal和OpenGL)不同,SceneKit只需要描述场景的内容以及想要执行的动作或动画。

在使用SceneKit之前,应该熟悉基本的图形概念,例如坐标系和三维几何的数学。SceneKit使用右手坐标系,其中(默认情况下)视图方向沿负z轴,如下所示。

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开始本小节之前,科普一下两种文件格式:
  • .scn 文件,是SceneKit的 原生格式,这种格式的场景文件支持所有的SceneKit特性,诸如物理效果、约束以及粒子系统,并且,按照这种格式来导入场景文件,速度是最快的
  • .dae 文件,dae是Digital Asset Exchange 的缩写,这种格式的场景文件不支持SceneKit特性,诸如物理效果、约束以及粒子系统

在开发当中常用的SceneKit类

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SCNScene:

要使用SceneKit显示3D内容,需要创建一个场景图,其中包含节点和属性的层次结构,这些层次结构一起代表了可视元素。

示例
let url:URL = Bundle.main.url(forResource: "ship", withExtension: ".dae")!
let scene:SCNScene = try! SCNScene(url: url, options: nil)
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SCNView:

在macOS中,SCNView是的子类NSView。在iOS和tvOS中,SCNView是的子类UIView。作为这两种操作系统的视图层次结构的一部分,一个SCNView对象为应用程序的用户界面中的SceneKit内容提供了一个位置。

示例
let scnView:SCNView = SCNView(frame: CGRect.zero)
scnView.backgroundColor = UIColor.clear
scnView.scene = scene
self.view.addSubview(scnView)
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常用功能:
  • 设置帧率
  • 截屏
  • 开始和暂停游戏
  • 抗锯齿
  • 控制摄像机
  • 显示统计菜单
  • 执行渲染方式(OpenGL /Metal)

SCNNode:

场景图的结构元素,表示3D坐标空间中的位置和变换,可以在其中附加几何图形,灯光,照相机或其他可显示内容。节点在场景中都以树状结构存在。

说白了,节点就是一个抽象的东东,看不见也摸不着,但是有着自己的坐标系和位置。它与场景(SCNView)、游戏元素(比如灯光,摄像机和几何图形)的关系是:游戏元素要呈现出来,不能直接添加到场景中,而是绑定到节点(SCNNode)上,再把节点添加到场景中,就能看到游戏元素了。

类似UIView 的 addSubView 的方法,SCNNode 可以通过addChildNode 方法去添加子节点。 Scene 中有一个特殊的节点:root node, 场景中所有的节点要么是根节点的子节点,要么就是根节点的子节点的子节点

SCNLight:

光源可以附加到节点上,在渲染场景中提供着色,负责整个场景的明暗,阴影

灯光的分类(光源分为四种):

  • 环境光(SCNLightTypeAmbient),这种光没有方向,位置在无穷远处,光均匀的散射在物体上
  • 点光源(SCNLightTypeOmni):有固定位置,方向360度,可以衰减
  • 平行方向光(SCNLightTypeDirectional):只有照射的方向,没有位置,不会衰减
  • 聚焦光源(SNCLightTypeSpot):光有固定位置,也有方向,也有照射区域,可以衰减
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示例:
let ambientLightNode = SCNNode()
ambientLightNode.light = SCNLight()
ambientLightNode.light?.type = .ambient
ambientLightNode.light?.color = UIColor.white
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SCNCamera:

这个类似我们现实中的相机,它也有焦距、视角等。图形渲染到模型后,要添加相机我们才能看见。

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示例:
let camera = SCNCamera()
camera.automaticallyAdjustsZRange = true
camera.zNear = 45
camera.zFar = 100
        
let cameranode = SCNNode()
cameranode.camera = camera
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常用属性:
  • fieldOfView 视角,默认60°【值越小,看到的物体细节越在前面,即被放大】
  • focalLength 焦距,默认50mm【值越小,看到的物体越远】
  • zNear 相机能照到的最近距离,默认1m
  • zFar 相机能照到的最远的距离,默认100m
  • focusDistance 焦距 默认2.5 焦距越大,视角越小
  • focalBlurSampleCount 设置聚焦时,模糊物体模糊度 默认0

SCNGeometry:

SCeneKit 游戏框架中的几何对象.将几何对象绑定到节点上,显示到view

系统包含的:
  • 正方体,
  • 平面(SCNPlane),
  • 金字塔,
  • 球体,
  • 圆柱体,
  • 圆锥体,
  • 管道,
  • 环面,
  • 地板(SCNFloor),
  • 立体字,
  • 自定义形状(通过贝塞尔曲线)创建SCNShape 然后赋值给Node 节点
    图片 1.png
示例:
// 1. 球体
SCNSphere *sphere = [SCNSphere sphereWithRadius:0.5];
sphere.firstMaterial.diffuse.contents = @"earth.jpg";
SCNNode *earthNode = [SCNNode nodeWithGeometry:sphere];
//2. 字体
SCNText *scntext = [SCNText textWithString:@"xco" extrusionDepth:0.3];
scntext.font = [UIFont systemFontOfSize:0.3];
SCNNode *textnode = [SCNNode nodeWithGeometry:scntext];
textnode.position = SCNVector3Make(-1, 0, -2);
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讲一下在SceneKit中的骨骼动画

苹果官方给的定义

骨骼动画是一种简化复杂几何形状的动画的技术,比如游戏中人的特征,动画骨架是一个简单的控制节点的层次结构,本身没有可见的几何对象,将骨头和几何对象进行结合,当你移动这个骨头控制的节点时允许SceneKit 去自动使几何对象变形。

如图:

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怎么使用骨骼动画

  1. 一般情况下,游戏设计师使用3D工具创建一个皮肤模型,包含了骨骼的动画,保存在一个场景文件中,你从场景文件中导入这个骨骼模型,然后让他们运动起来
  2. 另外你也可以直接从场景文件中导入动画对象直接操作骨头节点
  3. 你还可以单独创建一个自定义的几何和骨架数据的皮肤模型

分析一下在Xcode中加入带有骨骼动画的3D模型的结构

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完整的骨骼动画效果

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