ARKIT--灯光和纹理

为什么要使用灯光

AR就是在现实中插入新物体,一些时候，新物体看起来会不真实。如何能让物体看起来和现实的场景融为一体呢？一个很好的办法就是使用灯光。
举个例子，如果在一个全黑的房间放入一个明亮的物体，看起来的效果就特别不真实，如下图。

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灯光的类别

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Ambient(全景灯光): 灯光从每个方向过来，而且灯光的强度都是一致的，所以看起来没有阴影。
** directional（定向光）**:该灯光只有方向，没有光源，可以想象从无限远的地方发射出光源。
omni（泛光灯): 该灯光有方向，也有光源，灯光的强度和距离有关系，距离越近，强度越大。
spot（聚光灯）:和泛光灯一样，有方向也有光源，而且是以锥形的方式到平面上，就如同现实中的聚光灯一样。

ARKit灯光估计技术

ARKit使用灯光估计技术，根据场景进行分析估算出全景灯光的强度，返回值1000代表中间值，小于这个值则变暗，大于这个值则变亮，打开灯光估计技术，只需要在场景配置里设置lightEstimationEnabled 属性即可：

configuration.lightEstimationEnabled = YES;

在ARSCNViewDelegate里，就可以使用估计出来的灯光值进行一些工作，具体怎么做，下面的章节一一解释。

- (void)renderer:(id )renderer updateAtTime:(NSTimeInterval)time {
  ARLightEstimate *estimate = self.sceneView.session.currentFrame.lightEstimate;
  if (!estimate) {
    return;
  }
  // TODO: Put this on the screen
  NSLog(@"light estimate: %f", estimate.ambientIntensity);
  // Here you can now change the .intensity property of your lights
  // so they respond to the real world environment
}

添加场景灯光

有3种设置灯光的办法：
1：autoenablesDefaultLighting会加入一个Onmi (泛光灯),该灯光的位置是摄像头的位置，方向也是摄像头的拍摄方向。不过该默认灯光有下面几个特点：

• 灯光的强度一直都是1000（中性值）。
• 该灯光的方向可以随时改变，方向都是从摄像头方向出去，就好像是你拿着火炬时的感觉。

2：automaticallyUpdatesLighting会自动基于灯光估计技术加入灯光，听起来好像很完美，不过貌似没有生效。

3：在这里我们自定义灯光，把图片里面的灯光，利用灯光估计技术提取出来.

- (void)setupLights {
  // Turn off all the default lights SceneKit adds since we are handling it ourselves
  self.sceneView.autoenablesDefaultLighting = NO;
  self.sceneView.automaticallyUpdatesLighting = NO;
  
  UIImage *env = [UIImage imageNamed: @"./Assets.scnassets/Environment/spherical.jpg"];
  self.sceneView.scene.lightingEnvironment.contents = env;
  
  //TODO: wantsHdr
}

图片如下：

image.png

调节灯光的强度

在代理里面，利用灯光估计技术，获得实时的灯光强度，设置入场景。

- (void)renderer:(id )renderer updateAtTime:(NSTimeInterval)time {
  ARLightEstimate *estimate = self.sceneView.session.currentFrame.lightEstimate;
  if (!estimate) {
    return;
  }
  // TODO: Put this on the screen
  NSLog(@"light estimate: %f", estimate.ambientIntensity);
  // Here you can now change the .intensity property of your lights
  // so they respond to the real world environment
//估计出来的灯光设置进去
CGFloat intensity = estimate.ambientIntensity / 1000.0;
self.sceneView.scene.lightingEnvironment.intensity = intensity;
}

光线跟踪:基于物理的渲染(PBR)

先看几张渲染图，体会一下，PBR的细节比较复杂,具体参看PBR.

image.png

image.png

当你给物体加入纹理的时候，你需要提供以下信息：
Albedo（反照率）:这是模型的基本颜色。它映射到物质的漫反射部分，它是在光照或阴影信息中没有任何烘烤的物质纹理。
Roughness(粗糙度):描述材料的粗糙程度，粗糙的表面显示出暗淡的反射，平滑的材料显示明亮的镜面反射。
Metalness(金属度):相当于材料光泽的粗略方法。
比较难以理解，大家可以看看这里 PBR详细介绍

利用PBR技术添加物体纹理

从http://freepbr.com/ 抓取一些纹理的图片下来，设置成纹理：

mat = [SCNMaterial new];
mat.lightingModelName = SCNLightingModelPhysicallyBased;
mat.diffuse.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-albedo.png"];
mat.roughness.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-roughness.png"];
mat.metalness.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-metal.png"];
mat.normal.contents = [UIImage imageNamed:@"wood-normal.png"];

可以看到这里的灯光模式设置成了PBR.
具体可以参考demo：
demo