【AR开发示例】实现AR管线巡检

写在前面的话

这是一篇旧文档，代码仓库见 https://gitee.com/tanyunxiu/AR-pipe

本文档是基于超图移动端SDK的AR模块开发的示例，仅供参考，SDK在持续迭代中，相关描述可能有变化。

示例介绍

这是一个使用AR查看墙内管线的基础示例程序。

涉及的关键词：SuperMap iMobile for Android、深度遮挡、ARCore、AREngine

数据准备

数据格式

本示例所使用到的管线模型格式为：gltf2.0 、gltf2.0介绍

示例数据

示例数据位于ar_occlusion\sampledata\PipeData.zip中

数据制作

使用blender制作模型（或在blender中导入模型）

为了防止在模型批量导出的过程中出现错误，请参考下图的场景集合的层级结构。

由于示例程序中采用OBB有向包围盒（它是包含该对象且相对于坐标轴方向任意的最小的长方体）的方式用于射线检测。为了在示例程序中能够准确点击模型，请通过将模型拆分成单个实体对象的方式，确保模型的冗余空间尽可能地小。

批量导出模型

在菜单栏->"Scripting"中新建脚本，内容如下：

python 复制代码

# exports each selected object into its own file
import bpy
import os

# export to blend file location
basedir = r"E:\3d\top_pipe\\"

if not basedir:
    raise Exception("Blend file is not saved")

view_layer = bpy.context.view_layer

obj_active = view_layer.objects.active
selection = bpy.context.selected_objects

bpy.ops.object.select_all(action='DESELECT')

for obj in selection:

    obj.select_set(True)

    # some exporters only use the active object
    view_layer.objects.active = obj

    name = bpy.path.clean_name(obj.name)
    fn = os.path.join(basedir, name)

    #bpy.ops.export_scene.fbx(filepath=fn + ".fbx", use_selection=True)
    bpy.ops.export_scene.gltf(filepath=fn, export_format="GLB", export_lights=False, use_selection=True)

    obj.select_set(False)

    print("written:", fn)

view_layer.objects.active = obj_active

for obj in selection:
    obj.select_set(True)

print("All save completed!")

选中场景集合中所有模型，执行脚本，导出模型。

查看模型文件夹。

至此，数据准备阶段已完成。

在后续构建的AR场景中，通过点击交互就可以查询出模型的名称。(Mesh2、Mesh3、Line...)。

若是需要通过点击交互，查询模型的其他属性信息（诸如规格、连接类型这些信息）。可通过创建一张属性表，建立模型名称与属性字段的一一对应的关系。通过查询模型名称，进而去查询对应的属性值。

运行流程

开发环境

IDE：Android Studio 2021
Android Gradle Plugin Version：4.1.2
Gradle Version：6.5

注意事项:

Gradle 7.0版本后，请参考Android官方对于Gradle版本与Gradle插件的配套关系，把Gradle插件版本也升级到7.0及以上。

iMobile SDK

使用SuperMap移动GIS的iMobile for Android 的SDK 下载链接

示例程序涉及SDK中的以下so 和 jar

libimb2d_1100.so
com.supermap.data_v1100.jar
com.supermap.ar_v1100.jar
scenefrom-sm-11.0.1.aar

在工程中导入iMboile的AR模块

模块的build.gradle配置如下

build.gradle 复制代码

plugins {
    id 'com.android.application'
}

android {
    compileSdk 28

    defaultConfig {
        applicationId "com.supermap.samplecode.occlusiondemo"
        minSdk 24
        targetSdk 28
        versionCode 1
        versionName "1.0"

        testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"

        ndk{
        	//注意使用的产品包是32位还是64位
            abiFilters 'armeabi-v7a'
        }
    }

    buildTypes {
        release {
            minifyEnabled true
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        }
    }
    compileOptions {
        sourceCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
        targetCompatibility JavaVersion.VERSION_1_8
    }
    sourceSets {
        main {
            jniLibs.srcDirs = ['libs']
        }
    }
}

dependencies {
    implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.3.0'
    implementation 'com.google.android.material:material:1.4.0'
    implementation 'androidx.constraintlayout:constraintlayout:2.0.4'

    //SuperMap Data模块
    implementation files('libs/com.supermap.data_v1100.jar')
    //SuperMap AR模块
    implementation files('libs/com.supermap.ar_v1100.jar')

    //渲染框架
    implementation files('libs/sceneform-sm-11.0.1.aar')
    //第三方工具类
    implementation files('libs/eqtool-1.3.0.jar')
}

运行示例

许可设置

此示例程序使用的是离线使用许可。

在src/main/assets/目录下，默认存放一个试用许可"SuperMapiMobileTrial.slm"。在程序初次启动时，会拷贝至手机对应文件夹（.../PipeData/license）下。

若许可过期或不可用，请先申请许可，然后拷贝至手机对应文件夹（.../PipeData/license）下，或在assets目录进行替换。

注意：

许可过期或不可用，会出现如下报错信息：

若许可可用，仍出现上述异常信息，请从以下方面进行自查。

使用的so与jar不是同一个产品包的产物
申请的许可与对应产品包的版本不一致
手机未开启存储读写权限

导入工程

方式一

打开工程

指定对应文件夹

方式二

在现有工程的settings.gradle中添加配置，实现模块导入

settings.gradle 复制代码

include ':ar_occlusion'
project(':ar_occlusion').projectDir=new File('D:\\OcclusionDemo')

导入模型数据

将模型数据拷贝至手机目录/SuperMap/PipeData。

具体路径配置，参考PathConfig.java

java 复制代码

public static final String SD_CARD = android.os.Environment.getExternalStorageDirectory().getAbsolutePath();

/**
* 数据文件夹根路径
* MI 9 Transparent Edition\内部存储设备\SuperMap\PipeData
*/
public static final String PIPE_DATA_PATH = SD_CARD + "/SuperMap/PipeData";

/**
* 屋顶通风管道模型组文件夹路径
*/
public static String TOP_PIPE_DATA = PIPE_DATA_PATH + "/Model/top_pipe";

/**
* 地下管线模型组
*/
public static String UNDERGROUND_PIPE_DATA = PIPE_DATA_PATH + "/Model/underground_pipe";

/**
* 垂直墙面内的管线数据
*/
public static String VERTICAL_PIPE_DATA = PIPE_DATA_PATH + "/Model/pipe_v";

运行示例

运行示例程序

程序运行成功后，会在手机SuperMap/PipeData生成以下内容

ImgData
license
Log
app.cfg

app.cfg(default.cfg)、ImgData(包含一张名为"mark.png"的图片)可在工程的assets目录下找到

示例程序使用流程

打印"mark.png"，将其布置在场景中
启动程序，进入主界面

点击 "定位"，扫描"mark.png",加载场景

点击 "视口模式"，行走浏览

可通过手势调节开挖参数，具体操作见程序演示
点击"卷帘模式"，行走浏览

可通过手势调节显示范围，具体操作见程序演示

代码定位

场景加载

实现通过扫码的方式加载场景。

见MarkerConfig，涉及Marker的初始位置、图片资源路径的相关信息。

见ScanLayout，涉及布局设置和图片识别相关的接口（ImageScanner）调用。

java 复制代码

/**
* 开启图片扫描功能
* @param arEffectView AR视图
* @param callback 扫描结果回调
*/
public void startImageScan(AREffectView arEffectView,ScanCallback callback){
    //...
}

/**
* 结束图片扫描
* @param arEffectView AR视图
*/
private void stopScan(AREffectView arEffectView) {
        //...
}

见DataManager，涉及数据的加载.

java 复制代码

/**
* 添加管线场景
* @param parent 父节点
* @param dataPath 数据路径
* @param enabled 启用点击交互
* @param type 数据类型
*/
public void addPipeScene(AREffectElement parent,String dataPath,boolean enabled,Type type){
	//...
}

/**
* 添加管线场景
* @param parent 父节点
* @param dataPath 数据路径
* @param enabled 启用点击交互
*/
public void addPipeScene(AREffectElement parent,String dataPath,boolean enabled) {
	//...
}

视口模式

实现在视口模式下，对墙内管线模型进行开挖显示。

见ViewportFuncLayout，涉及布局设置。

见ExcavatorManager，涉及开挖参数的计算、坑洞对象渲染和屏幕显示范围构成的点集的更新。

java 复制代码

private EffectView.OnUpdateListener onUpdateListener = new OnUpdateListener() {
    @Override
    public void onUpdate() {
        //开挖参数计算->坑洞对象渲染->更新屏幕显示范围构成的点集
    }

卷帘模式

实现类似卷帘的效果。

实现原理上，比视口模式更简单。直接根据分割线计算出屏幕显示范围构成的点集即可。

见RollingFuncLayout，涉及布局设置。

屏幕范围裁剪

见ScreenPointManager，统一管理屏幕显示范围构成的点集，当点集更新时，触发update回调。在回调事件里执行屏幕范围裁剪。

java 复制代码

//在PipeActivity中
ScreenPointManager.getInstance().setOnUpdatePointListener(new ScreenPointManager.OnUpdatePointListener() {
    @Override
    public void update(List<ArrayList<int[]>> screenPoint,List<ArrayList<int[]>> bottomScreenPoint) {
    	//...裁剪屏幕显示范围
    }
});

开挖参数调节

在视口模式中，涉及通过手势去修改开挖参数。

在最初的版本中，是通过SeekBar的方式去修改开挖参数。

当前版本修改为通过手势去修改开挖参数。

见CustomGesture，涉及单指、双指手势的定义。

见DigGestureManager，涉及开挖参数修改的手势管理。

见DynamicView，在布局上位于最顶部，用于接收MotionEvent，分发onTouch事件。

java 复制代码

@Override
public boolean onTouch(View v, MotionEvent event) {
	//...
}

程序演示

注: 以下内容非最终成果，仅是迭代过程中的录屏。且对应模型数据需要结合对应场景，才可正确地显示。

v1.0

示例程序的录屏

补充说明

实现方式

对每一帧显示的AR内容进行裁剪的方式来实现只显示坑洞范围内的AR内容。

在EffectView#OnUpdateListener的onUpdate事件中，重复执行以下步骤。

构建开挖参数ExcavationParameter
Excavator#generateHitPoint 生成碰撞点
Excavator#calculate 根据开挖参数进行计算
PitObject#updateMesh 更新坑洞对象的网格
OcclusionHelper#setUniquePointList 设置屏幕裁剪的范围
OcclusionHelper#refresh 刷新

简单示例

java 复制代码

//遮挡设置
occlusionHelper = arView.getOcclusionHelper();
occlusionHelper.init(0.36f)
    .setRenderMode(OcclusionHelper.RenderMode.NORMAL);
  
List  roomBounds = Arrays.asList(
    new Point3D(-1, -1, -2),
    new Point3D(-1, 6, -2),
    new Point3D(6, 6, -2),
    new Point3D(6, -1, -2),
    new Point3D(-1, -1, -2)
);

//采用ARGeoPrism，构建"检测墙"
ARGeoPrism geoVerticalRegion = new ARGeoPrism();
geoVerticalRegion.setParentNode(arView);
//仅用作射线检测，渲染状态设置为false
geoVerticalRegion.setRenderable(false);
geoVerticalRegion.addPart(roomBounds,6.0f);

//创建开挖工具,在这之前，需确认AREffectView开启了遮挡设置
//Excavator所有子类使用方法一致
excavatorWall = new WallExcavator(geoVerticalRegion);
//坑洞纹理
Bitmap bitmap=null;
Bitmap bitmap2=null;
try {
    InputStream is = getApplicationContext().getAssets()
        .open("brown_mud_dry2.png");
    bitmap= BitmapFactory.decodeStream(is);
    InputStream is2 = getApplicationContext().getAssets()
        .open("wall_texture.png");
    bitmap2= BitmapFactory.decodeStream(is2);
    is.close();
    is2.close();
} catch (IOException e) {
}

//创建坑洞渲染对象
pitWall = new PitObject(excavatorWall)
    .setTexture(bitmap,bitmap2);
  

//在每一帧刷新时调用（通常使用EffectView.addOnUpdateListener(EffectView.OnUpdateListener)添加帧监听事件）
arView.addOnUpdateListener(()->{
    //开挖计算墙面碰撞点 arView为AREffectView、screenPointX/Y为对应的屏幕坐标
    //以屏幕中心计算碰撞点
    Point3D hitPoint = excavatorWall
                .generateHitPoint(arView, screenPointX, screenPointY);
    if (hitPoint!=null){
        //desc-执行开挖的顶点计算(开挖参数)
        excavatorWall.calculate(ExcavationParameter.builder()
                                .setRadius(radius)
                                .setOffset(offset)
                                .setInnerMargin(0)
                                .setCenterPoint(hitPoint)
                                .build());
    }
    //渲染坑洞结果
    pitWall.updateMesh();
                                  
    if (occlusionHelper.isEnabled()){
        //desc-执行画面裁剪
        ArrayList  screenPoint = null;
        if (excavatorWall !=null){
            //计算屏幕坐标
            screenPoint = excavatorWall.getScreenPoint(null);
            if (screenPoint!=null){
                //根据屏幕坐标刷新裁剪范围
                occlusionHelper.setUniquePointList(screenPoint).refresh();
            }
        }
    }
})

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