概要
本章节通过AR Engine识别设备周围的平面,并允许用户在平面上放置虚拟物体,实现虚拟和现实的融合。AR物体摆放可用于虚拟家具、数字展厅等应用,给用户提供虚实结合的新体验。通过本示例,您可以学习并掌握如何使用AR Engine开发一款AR应用。
图1 AR物体摆放示意图
本章节涉及的AR Engine能力如下:
- 运动跟踪能力
- 环境跟踪能力(平面检测)
- 命中检测能力
业务流程
- 用户打开应用。
- 应用需要向用户申请相机权限,用户同意后继续后续步骤。
- 用户点击ArWorld。
- AR Engine初始化。
- 调用[HMS_AREngine_ARSession_Create]函数创建并返回[AREngine_ARSession]会话;同时调用[HMS_AREngine_ARFrame_Create]函数创建并返回[AREngine_ARFrame]对象。
- UI设置定时器,定时触发帧绘制。
- 调用[HMS_AREngine_ARSession_Update]函数更新当前帧的ARFrame对象,并返回该对象。
- 获取平面。首先,调用[HMS_AREngine_ARSession_GetAllTrackables]函数获取平面类型(ARENGINE_TRACKABLE_PLANE)的可跟踪对象列表。其次,调用[HMS_AREngine_ARTrackableList_AcquireItem]函数从可跟踪对象列表中获指定索引的平面。
- 绘制平面。
- 将绘制的平面显示在预览画面上。
- 用户点击屏幕。
- 获取屏幕点击坐标。
- 进行碰撞检测。调用[HMS_AREngine_ARFrame_HitTest]函数获取并返回碰撞检测结果。
- 根据碰撞检测结果,调用[HMS_AREngine_ARHitResult_AcquireNewAnchor]函数创建锚点,并返回锚点对象。
- 在锚点位置绘制虚拟物体。
- 将虚拟物体显示在预览画面上。
接口说明
以下接口为AR物体摆放相关接口。
接口名 | 描述 |
---|---|
HMS_AREngine_ARSession_Create | 创建一个新的AREngine_ARSession会话。 |
HMS_AREngine_ARSession_Update | 更新AREngine的计算结果。 |
HMS_AREngine_ARFrame_Create | 创建一个新的AREngine_ARFrame对象,将指针存储到中*outFrame。 |
HMS_AREngine_ARSession_SetDisplayGeometry | 设置显示的高和宽(以像素为单位)。该高和宽是显示view的高和宽,如果不一致,会导致显示相机预览出错。 |
HMS_AREngine_ARSession_SetCameraGLTexture | 设置可用于存储相机预览流数据的openGL纹理。 |
HMS_AREngine_ARSession_GetAllTrackables | 获取所有指定类型的可跟踪对像集合。 |
HMS_AREngine_ARTrackableList_AcquireItem | 从可跟踪列表中获取指定index的对象。 |
HMS_AREngine_ARPlane_GetCenterPose | 获取从平面的局部坐标系到世界坐标系转换的位姿信息。 |
HMS_AREngine_ARHitResultList_Create | 创建一个命中检测结果对象列表。 |
HMS_AREngine_ARFrame_HitTest | 根据屏幕上兴趣点位置获取命中检测结果。 |
HMS_AREngine_ARHitResultList_GetSize | 获取命中检测结果对象列表中包含的对象数。 |
HMS_AREngine_ARHitResultList_GetItem | 在命中检测结果列表中获取指定索引的命中检测结果对象。 |
HMS_AREngine_ARHitResult_Create | 创建一个空的命中检测结果对象。 |
HMS_AREngine_ARHitResult_AcquireNewAnchor | 在碰撞命中位置创建一个新的锚点。 |
HMS_AREngine_ARHitResult_AcquireTrackable | 获取被命中的可追踪对象。 |
HMS_AREngine_ARFrame_AcquireCamera | 获取当前帧的相机参数对象。 |
HMS_AREngine_ARPose_Create | 分配并初始化一个新的位姿对象。 |
HMS_AREngine_ARCamera_GetPose | 获取当前相机对象在AR世界空间中的位姿。 |
开发步骤
本章节给出了关键开发步骤,
创建Native C++工程
使用DevEco Studio创建一个Native C++工程。
申请权限
AR Engine需要使用相机、加速度传感器以及陀螺仪传感器权限,开发者可参考[声明权限]中的方式进行声明。其中相机权限需要用户手动进行授权。
权限名 | 说明 | 授权方式 |
---|---|---|
ohos.permission.CAMERA | 允许使用相机 | user_grant |
ohos.permission.ACCELEROMETER | 允许使用加速度传感器 | system_grant |
ohos.permission.GYROSCOPE | 允许使用陀螺仪传感器 | system_grant |
声明Native接口
ArkTs接口声明。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/types/libentry/index.d.ts。
import resourceManager from '@ohos.resourceManager';
export const start:(id:string)=>void;
export const show:(id:string)=>void;
export const hide:(id:string)=>void;
export const update:(id:string)=>number;
export const stop:(id:string)=>void;
export const init:(resmgr : resourceManager.ResourceManager)=>void;
建立ArkTs接口与C++接口之间的映射。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/module.cpp。
napi_property_descriptor desc[] = {
{ "init", nullptr, Global::Init, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr },
{ "start", nullptr, NapiManager::NapiOnPageAppear, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr },
{ "show", nullptr, NapiManager::NapiOnPageShow, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr },
{ "hide", nullptr, NapiManager::NapiOnPageHide, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr },
{ "update", nullptr, NapiManager::NapiOnPageUpdate, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr },
{ "stop", nullptr, NapiManager::NapiOnPageDisappear, nullptr, nullptr, nullptr, napi_default, nullptr }
};
创建UI界面
创建一个UI界面,用于显示相机预览画面,并定时触发每一帧绘制。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/ets/pages/ArWorld.ets。
import { Logger } from '../utils/Logger';
import arEngineDemo from 'libentry.so';
import { resourceManager } from '@kit.LocalizationKit';
import { display } from '@kit.ArkUI';
@Entry
@Component
struct ArWorld {
private xcomponentId = 'ArWorld';
private resMgr: resourceManager.ResourceManager = getContext(this).resourceManager;
private interval: number = -1;
private isUpdate: boolean = true;
aboutToAppear() {
Logger.debug('aboutToAppear ' + this.xcomponentId);
arEngineDemo.init(this.resMgr);
arEngineDemo.start(this.xcomponentId);
display.on("foldStatusChange", (foldStatus: display.FoldStatus) => {
Logger.info('foldStatusChange display on ' + foldStatus);
if (foldStatus === display.FoldStatus.FOLD_STATUS_EXPANDED
|| foldStatus === display.FoldStatus.FOLD_STATUS_FOLDED) {
arEngineDemo.stop(this.xcomponentId);
arEngineDemo.init(this.resMgr);
// 调用Native的start接口,创建ARSession。
arEngineDemo.start(this.xcomponentId);
arEngineDemo.show(this.xcomponentId);
}
})
}
aboutToDisappear() {
Logger.debug('aboutToDisappear ' + this.xcomponentId);
arEngineDemo.stop(this.xcomponentId);
}
onPageShow() {
this.isUpdate = true;
Logger.debug('onPageShow ' + this.xcomponentId);
arEngineDemo.show(this.xcomponentId);
}
onPageHide() {
Logger.debug('onPageHide ' + this.xcomponentId);
this.isUpdate = false;
arEngineDemo.hide(this.xcomponentId);
}
build() {
Column() {
XComponent({ id: this.xcomponentId, type: XComponentType.SURFACE, libraryname: 'entry' })
.onLoad(() => {
Logger.debug('XComponent onLoad ' + this.xcomponentId);
this.interval = setInterval(() => {
if (this.isUpdate) {
// 调用Native的update,更新AR Engine每一帧的计算结果
arEngineDemo.update(this.xcomponentId);
}
}, 33); // 控制帧率为30fps(每33毫秒刷新一帧)。
})
.width('100%')
.height('100%')
.onDestroy(() => {
Logger.debug('XComponent onDestroy ' + this.xcomponentId);
clearInterval(this.interval);
})
.backgroundColor(Color.White)
}
.justifyContent(FlexAlign.SpaceAround)
.alignItems(HorizontalAlign.Center)
.backgroundColor(Color.White)
.borderRadius(24)
.width('100%')
.height('100%')
}
}
引入AR Engine
-
引入头文件。
#include "ar/ar_engine_core.h"
-
编写CMakeLists.txt。
find_library(
# Sets the name of the path variable.
arengine-lib
# Specifies the name of the NDK library that
# you want CMake to locate.
libarengine_ndk.z.so
)target_link_libraries(entry PUBLIC
${arengine-lib}
)
创建AR场景
-
调用[HMS_AREngine_ARSession_Create]函数创建[AREngine_ARSession]会话。
-
配置AR会话及预览尺寸。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp
// 【可选】创建一个拥有合理默认配置的配置对象。
AREngine_ARConfig *arConfig = nullptr;
HMS_AREngine_ARConfig_Create(arSession, &arConfig);
// 【可选】配置AREngine_ARSession会话。
HMS_AREngine_ARSession_Configure(arSession, arConfig);
// 【可选】释放指定的配置对象的内存空间。
HMS_AREngine_ARConfig_Destroy(arConfig);// 创建一个新的AREngine_ARFrame对象。
AREngine_ARFrame *arFrame = nullptr;
HMS_AREngine_ARFrame_Create(arSession, &arFrame);
// 预览区域的实际宽高,如使用xcomponent组件显示,则该宽和高是xcomponent的宽和高,如果不一致,会导致显示相机预览出错。
int32_t width = 1440;
int32_t height = 1080;
// 显示旋转常量,值为AREngine_ARPoseType中定义的枚举值。
AREngine_ARPoseType displayRotation = ARENGINE_POSE_TYPE_IDENTITY;
// 设置显示的宽和高(以像素为单位)。
HMS_AREngine_ARSession_SetDisplayGeometry(arSession, displayRotation, width, height); -
通过openGL接口获取纹理ID
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_background_renderer.h。
//通过openGL接口获取纹理ID.
GLuint textureId = 0;
glGenTextures(1, &textureId); -
设置openGL纹理,存储相机预览流数据。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_render_manager.cpp。
// 设置可用于存储相机预览流数据的openGL纹理。
HMS_AREngine_ARSession_SetCameraGLTexture(arSession, textureId );
获取平面
-
调用[HMS_AREngine_ARSession_Update]函数更新当前[AREngine_ARFrame]对象。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_render_manager.cpp。
// 获取帧数据AREngine_ARFrame。
HMS_AREngine_ARSession_Update(arSession, arFrame); -
获取相机的视图矩阵和相机的投影矩阵,用于后续渲染。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_render_manager.cpp。
// 根据AREngine_ARFrame对象可以获取相机对象AREngine_ARCamera。
AREngine_ARCamera *arCamera = nullptr;
HMS_AREngine_ARFrame_AcquireCamera(arSession, arFrame, &arCamera);
// 获取最新帧中相机的视图矩阵。
HMS_AREngine_ARCamera_GetViewMatrix(arSession, arCamera, glm::value_ptr(*viewMat), 16);
// 获取用于在相机图像上层渲染虚拟内容的投影矩阵,可用于相机坐标系到裁剪坐标系转换。Near (0.1) Far (100)。
HMS_AREngine_ARCamera_GetProjectionMatrix(arSession, arCamera, {0.1f, 100.f}, glm::value_ptr(*projectionMat), 16);
说明
这里直接获取相机的视图矩阵和相机的投影矩阵,是为了便于渲染。获取相机运动中的位姿变化,还可以调用[HMS_AREngine_ARCamera_GetPose]函数配合[HMS_AREngine_ARPose_GetPoseRaw]函数进行获取。
-
调用[HMS_AREngine_ARSession_GetAllTrackables]函数获取平面列表。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_render_manager.cpp。
// 获取当前检测到的平面列表。
AREngine_ARTrackableList *planeList = nullptr;
// 创建一个可跟踪对象列表。
HMS_AREngine_ARTrackableList_Create(arSession, &planeList);
// 获取所有指定类型为ARENGINE_TRACKABLE_PLANE的可跟踪对像集合。
AREngine_ARTrackableType planeTrackedType = ARENGINE_TRACKABLE_PLANE;
HMS_AREngine_ARSession_GetAllTrackables(arSession, planeTrackedType, planeList);
int32_t planeListSize = 0;
// 获取此列表中的可跟踪对象的数量。
HMS_AREngine_ARTrackableList_GetSize(arSession, planeList, &planeListSize);
for (int i = 0; i < planeListSize; ++i) {
AREngine_ARTrackable *arTrackable = nullptr;
// 从可跟踪列表中获取指定index的对象。
HMS_AREngine_ARTrackableList_AcquireItem(arSession, planeList, i, &arTrackable);
AREngine_ARPlane arPlane = reinterpret_cast<AREngine_ARPlane>(arTrackable);
// 获取当前可跟踪对象的跟踪状态。如果状态为:ARENGINE_TRACKING_STATE_TRACKING(可跟踪状态)才进行绘制。
AREngine_ARTrackingState outTrackingState;
HMS_AREngine_ARTrackable_GetTrackingState(arSession, arTrackable, &outTrackingState);
AREngine_ARPlane subsumePlane = nullptr;
// 获取平面的父平面(一个平面被另一个平面合并时,会产生父平面),如果无父平面返回为NULL。
HMS_AREngine_ARPlane_AcquireSubsumedBy(arSession, arPlane, &subsumePlane);
if (subsumePlane != nullptr) {
HMS_AREngine_ARTrackable_Release(reinterpret_cast<AREngine_ARTrackable>(subsumePlane));
// 如果当前平面有父平面,则当前平面不进行展示。否则会出现双平面。
continue;
}
// 跟踪状态为:ARENGINE_TRACKING_STATE_TRACKING时才进行绘制。
if (AREngine_ARTrackingState::ARENGINE_TRACKING_STATE_TRACKING != outTrackingState) {
continue;
}
// 进行平面绘制。
}
HMS_AREngine_ARTrackableList_Destroy(planeList);
planeList = nullptr; -
调用[HMS_AREngine_ARPlane_GetPolygon]函数获取平面的二维顶点坐标数组,用于绘制平面边界。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_plane_renderer.cpp。
// 获取检测到平面的二维顶点数组大小。
int32_t polygonLength = 0;
HMS_AREngine_ARPlane_GetPolygonSize(arSession, arPlane, &polygonLength);// 获取检测到平面的二维顶点数组,格式为[x1,z1,x2,z2,...]。
const int32_t verticesSize = polygonLength / 2;
std::vectorglm::vec2 raw_vertices(verticesSize);
HMS_AREngine_ARPlane_GetPolygon(arSession, arPlane, glm::value_ptr(raw_vertices.front()), polygonLength);// 局部坐标系顶点坐标。
for (int32_t i = 0; i < verticesSize; ++i) {
vertices.emplace_back(raw_vertices[i].x, raw_vertices[i].y, 0.75f);
}
说明
调用[HMS_AREngine_ARPlane_GetPolygon]函数获取平面的二维顶点坐标数组格式为[x1,z1,x2,z2,...]。这些值均在平面局部坐标系的x-z平面中定义,须先调用[HMS_AREngine_ARPlane_GetCenterPose]函数获取从平面的局部坐标系到世界坐标系转换的位姿数据,然后调用[HMS_AREngine_ARPose_GetMatrix]函数将位姿数据转换成4X4的矩阵,该矩阵与局部坐标系的坐标点做乘法,可以得到局部坐标系到世界坐标系的转换。
-
将平面的二维顶点坐标转换到世界坐标系,并绘制平面。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_plane_renderer.cpp。
// 获取从平面的局部坐标系到世界坐标系转换的位姿信息。
AREngine_ARPose *scopedArPose = nullptr;
HMS_AREngine_ARPose_Create(arSession, nullptr, 0, &scopedArPose);
HMS_AREngine_ARPlane_GetCenterPose(arSession, arPlane, scopedArPose);// 将位姿数据转换成4X4的矩阵,outMatrixColMajor4x4为存放数组,其中的数据按照列优先存储.
// 该矩阵与局部坐标系的坐标点做乘法,可以得到局部坐标系到世界坐标系的转换。
HMS_AREngine_ARPose_GetMatrix(arSession, scopedArPose, glm::value_ptr(modelMat), 16);
HMS_AREngine_ARPose_Destroy(scopedArPose);// 构筑绘制渲染平面所需的数据。
// 生成三角形。
for (int i = 1; i < verticesSize - 1; ++i) {
triangles.push_back(0);
triangles.push_back(i);
triangles.push_back(i + 1);
}
// 生成平面包围线。
for (int i = 0; i < verticesSize; ++i) {
lines.push_back(i);
}
点击屏幕
- 用户点击屏幕后,基于点击事件获取屏幕坐标。
添加头文件:native_interface_xcomponent.h。
#include <ace/xcomponent/native_interface_xcomponent.h>
通过点击事件获取屏幕点击坐标。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp。
float pixeLX= 0.0f;
float pixeLY= 0.0f;
int32_t ret = OH_NativeXComponent_GetTouchEvent(component, window, &mTouchEvent);
if (ret == OH_NATIVEXCOMPONENT_RESULT_SUCCESS) {
if (mTouchEvent.type == OH_NATIVEXCOMPONENT_DOWN) {
pixeLX= mTouchEvent.touchPoints[0].x;
pixeLY= mTouchEvent.touchPoints[0].y;
} else {
return;
}
}
-
调用[HMS_AREngine_ARFrame_HitTest]函数进行碰撞检测,结果存放在碰撞检测结果列表中。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp。
// 创建一个命中检测结果对象列表,arSession为创建AR场景步骤中创建的会话对象。
AREngine_ARHitResultList *hitResultList = nullptr;
HMS_AREngine_ARHitResultList_Create(arSession, &hitResultList);// 获取命中检测结果对象列表,arFrame为创建AR场景步骤中创建的帧对象,pixeLX/pixeLY为屏幕点坐标。
HMS_AREngine_ARFrame_HitTest(arSession, arFrame, pixeLX, pixeLY, hitResultList);
说明
碰撞结果按照交点与设备的距离从近到远进行排序,存放在碰撞结果列表中。
放置虚拟物体
-
调用[HMS_AREngine_ARHitResultList_GetItem]函数遍历碰撞检测结果列表,获取命中的可跟踪对象。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp。
// 创建命中检测结果对象。
AREngine_ARHitResult *arHit = nullptr;
HMS_AREngine_ARHitResult_Create(arSession, &arHit);// 获取第一个命中检测结果对象。
HMS_AREngine_ARHitResultList_GetItem(arSession, hitResultList, 0, arHit);// 获取被命中的可追踪对象。
AREngine_ARTrackable *arHitTrackable = nullptr;
HMS_AREngine_ARHitResult_AcquireTrackable(arSession, arHit, &arHitTrackable); -
判断碰撞结果是否存在于平面内部。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp。
AREngine_ARTrackableType ar_trackable_type = ARENGINE_TRACKABLE_INVALID;
HMS_AREngine_ARTrackable_GetType(arSession, arTrackable, &ar_trackable_type);
if (ARENGINE_TRACKABLE_PLANE == ar_trackable_type) {
AREngine_ARPose *arPose = nullptr;
HMS_AREngine_ARPose_Create(arSession, nullptr, 0, &arPose);
HMS_AREngine_ARHitResult_GetHitPose(arSession, arHit, arPose);
// 判断位姿是否位于平面的多边形范围内。0表示不在范围内,非0表示在范围内。
HMS_AREngine_ARPlane_IsPoseInPolygon(arSession, arPlane, arPose, &inPolygon);
HMS_AREngine_ARPose_Destroy(arPose);
if (!inPolygon) {
// 不在平面内,就跳过当前平面。
continue;
}
} -
在碰撞结果位置创建一个新的锚点,并基于此锚点放置虚拟模型。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_ar_application.cpp。
// 在碰撞命中位置创建一个新的锚点。
AREngine_ARAnchor *anchor = nullptr;
HMS_AREngine_ARHitResult_AcquireNewAnchor(arSession, arHitResult, &anchor);// 判断锚点的可跟踪状态
AREngine_ARTrackingState trackingState = ARENGINE_TRACKING_STATE_STOPPED;
HMS_AREngine_ARAnchor_GetTrackingState(arSession, anchor, &trackingState);
if (trackingState != ARENGINE_TRACKING_STATE_TRACKING) {
HMS_AREngine_ARAnchor_Release(anchor);
return;
} -
绘制模型。
调用[HMS_AREngine_ARAnchor_GetPose]函数获取锚点位姿,并基于该位姿绘制虚拟模型。
// 此代码来源于示例代码:ArSample/entry/src/main/cpp/src/world/world_render_manager.cpp。
// 获取锚点的位姿。
AREngine_ARPose *pose = nullptr;
HMS_AREngine_ARPose_Create(arSession, nullptr, 0, &pose);
HMS_AREngine_ARAnchor_GetPose(arSession, anchor, pose);
// 将位姿数据转换成4X4的矩阵modelMat。
HMS_AREngine_ARPose_GetMatrix(arSession, pose, glm::value_ptr(modelMat), 16);
HMS_AREngine_ARPose_Destroy(pose);
// 绘制虚拟模型。
最后呢
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- 《鸿蒙开发基础》
- 《鸿蒙开发进阶》
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总结
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