ARKit之路－RealityKit概述之二

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  RealityKit是一个全新的AR应用开发框架，有着独立的体系结构。

RealityKit体系结构

  RealityKit是一个高级的程序框架，提供了非常丰富的功能，但使用其进行AR应用开发却有着非常清晰的层次结构体系，如下图所示。

  从上图可以看到，RealityKit中包含四类实体：ARView、Scene、Anchor、Entity，由这四类实体可以构建出所有AR功能。利用RealityKit进行AR应用开发，所有的虚拟元素在场景中都以实体的形式存在，虚拟元素的功能则由该实体上挂载的组件共同决定。RealityKit中的实体可以有一个父实体和若干个子实体，众多的实体相互关联组成整个场景的层次结构。RealityKit这种层次结构设计能非常方便的进行对象组合，同时也非常有利于进行空间位置关系解算。

  ARView
  ARView在RealityKit中处于核心地位，是进入AR虚拟世界的入口，也是将渲染的场景呈现给用户的窗口，每一个ARView都包含一个Scene类实例。在开发中，我们通常只会设置一个ARView，RealityKit会自动创建并添加一个Scene实例到这个ARView上，通过Scene就可以添加各种各样的实体和Anchor了。

ARView除了作为AR应用层次结构的根节点，ARView还负责设置渲染特性、环境检测选项、摄像机渲染模式，ARView还处理各类输入交互，利用RealityKit的层次结构，我们也可以使用ARView来查询特定实体对象。

  Scene
  Scene中文直译为场景，顾名思义，Scene是放置所有实体对象的容器，所有需要渲染或者不需要渲染的实体对象最终都需要关联到Scene上。在RealityKit中，我们不需要手动去创建Scene类的实例，在创建ARView时会自动创建，因此，我们可以通过ARView的属性访问到与其关联的Scene实例。

  在Scene中添加虚拟元素，首先需要在Scene的anchors集合中添加一个或者多个AnchorEntity实例，AnchorEntity用于在现实空间与虚拟元素之间建立关联关系，将虚拟元素绑定到现实空间中的特定对象上（如平面、2D图像、3D物体、人脸等）；在添加AnchorEntity实例后再将实体对象添加到AnchorEntiy上形成层级关联关系。

  AnchorEntity
  只有AnchorEntity实例能添加到Scene的anchors集合中，AnchorEntity也是所有其他实体的根节点，通过AnchorEntity，RealityKit就能将所有虚拟元素正确的放置到现实世界中，形成正确的虚实关联关系。

从技术上说，AnchorEntity继承自Entity类，AnchorEntity因拥有AnchoringComponent组件而遵循HasAnchoring协议，因此AnchorEntity实例能添加进Scene的anchors集合的原因是因为遵循了HasAnchoring协议。在实际开发中，我们也可以自定义实体类，只要其遵循HasAnchoring协议就可以直接添加到Scene的anchors集合中，这并未破坏上图的层次结构，只是将Entity与Anchor进行了进一步的整合。

  在一个Scene中，可以添加一个或多个AnchorEntity对象，每一个AnchorEntity都可以有其独立的层次结构。如在桌面上放置一只水杯，可以为这只水杯设置一个AnchorEntity，然后在地板上放置一个足球，可以为这个足球设置另一个AnchorEntity。

  Entity
  Entity是Scene的重要组成部分，也是AR应用最基本的组成元素。可以把Entity想象成一个容器，这个容器原本没有任何外观和功能，通过挂载不同的组件而形成不同的外观表现和不同的行为特性。事实上，在RealityKit中，所有的Entity都默认挂载了Transform Component 和Synchronization Component两个组件，其中Transform Component用于描述实体的空间位置信息，而Synchronization Component则用于在不同的使用者设备之间同步数据。

  Entity包含components集合（Entity遵循Component协议）用于挂载各类组件，正是这些组件决定了Entity的外观表现和行为特性，如Transform Component组件包含了虚拟元素在现实空间中的位置、旋转、缩放等信息，Model Component组件使用材质、纹理渲染虚拟元素的外观，Collision Component组件则定义了虚拟元素与其他物体发生碰撞的细节。

  Entity包含的components集合可以挂载很多不同种类的组件，但每一类特定的组件只能挂载一次。在下图中，AnchorEntity是挂载了Anchoring Component组件的Entity实例，而ModelEntity则是同时挂载了Model Component、Collision Component、Physics Body Component、Physics Motion Component组件的Entity实例。

  Entity的层次结构可以保存到文件中，因此，可以从程序包（App Bundle）或者文件中加载Entity结构，这极大提高了模块的复用性，也是RealityKit与Reality Composer得以紧密交互的基础。当然，Entity层次结构可以在运行时通过程序的方式构建。

  利用Entity和Component的这种组合式开发模式，开发者可以快速构建出符合要求的有着独特外观表现和行为特性的Entity实例，同时，为方便开发人员使用，RealityKit也预定义了下图所示的八类Entity，可以直接使用。