ARKit-光影特效
本文主要介绍在AR中实现光照估计、环境光反射等相关知识，提高AR中虚拟物体渲染的真实性。
ARKit中的光照估计
ARKit支持对用户所处环境光照信息的估计，在ARConfiguration类中定义isLightEstimationEnabled布尔属性用于开启和关闭光照估计，该功能默认为启用状态。用于ARConfiguration是所有其他配置类的父类，因此ARKit所有的配置类都支持光照估计功能。
当设置isLightEstimationEnabled值为true时，ARKit每帧都会对从设备摄像头中采集的图像进行光照估计计算，并且将估计值保存在frame.lightEstimate属性中，frame.lightEstimate时ARLightEstimate类的实例，ARLightEstimate类只包含两个属性，如表6-2所示。
ARLightEstimate类属性
属性名描述ambientIntensity环境光强度值，取值范围[0,2000]，在光照条件良好的环境中，该值约为1000，0表示环境非常黑暗，2000表示环境非常明亮ambientColorTemperature环境光温度值，单位为开尔文(K),纯白光为6500，低于该值表示环境更温暖，更偏向于黄光或橘黄光，而高于该值表示环境更冷，更偏向于蓝光
在RealityKit中，一般情况下开发人员无须关注frame.lightEstimate中的值，当设置 isLightEstimationEnabled的值为true时，RealityKit会自动使用环境光照估计值渲染虚拟元素的光照。但在使用自定义渲染时，开发人员必须自行处理光照估计。
下面演示如何启用光照估计并获取实时的光照估计值。（我选错了材质，导致不是很明显）
代码
//
// ViewController.swift
// ARImage
//
// Created by mac on 2022/11/6.
//
import UIKit
import RealityKit
import ARKit
var isPlaced = false
var times: Int = 0
class ViewController: UIViewController {
lazy var arview:ARView = {
let arView = ARView(frame: CGRect(x: 0, y: 0, width: view.frame.width, height: view.frame.height))
return arView
}()
override func viewWillAppear(_ animated: Bool) {
super.viewWillAppear(animated)
view.addSubview(arview)
}
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
// Do any additional setup after loading the view.
let config = ARWorldTrackingConfiguration()
config.planeDetection = .horizontal
config.isLightEstimationEnabled = true
self.arview.session.run(config)
self.arview.session.delegate = arview
}
}
extension ARView: ARSessionDelegate{
public func session(_ session: ARSession, didAdd anchors: [ARAnchor]) {
guard let anchor = anchors.first as? ARPlaneAnchor,!isPlaced else{return}
do{
let planeAnchor = AnchorEntity(anchor: anchor)
let box: MeshResource = .generateBox(size: 0.1,cornerRadius: 0.003)
var boxMaterial = SimpleMaterial(color: .blue, isMetallic: false)
boxMaterial.baseColor = try .texture(.load(named: "Box_Texture.jpg"))
boxMaterial.roughness = 0.8
let boxEntity = ModelEntity(mesh: box, materials: [boxMaterial])
planeAnchor.addChild(boxEntity)
self.installGestures(for: boxEntity)
self.scene.addAnchor(planeAnchor)
isPlaced = true
}
catch{
print("无法加载纹理图片")
}
}
public func session(_ session: ARSession, didUpdate frame: ARFrame) {
guard let estimatLight = frame.lightEstimate, times < 10 else{return}
print("light intensity:\(estimatLight.ambientIntensity),light temperature:\(estimatLight.ambientColorTemperature)")
times += 1
}
}
除了通用的光照估计，在使用ARFaceTrackingConfiguration配置运行ARSession时，ARKit会提供更多关于环境光照的估计信息，在这里不多赘述。
环境反射（反光的实现）
在使用RealityKit渲染虚拟物体时，RealityKit默认使用了一个简单的天空盒（Skybox，即IBL环境资源贴图），所有带反射材质的物体默认会对天空盒产生反射，但在AR中，存在的一个大问题就是不真实，不能实时地反映用户使用时的真实环境。
因此，我们引入了环境探头，环境探头理论上能够实时反映动态的环境，在RealityKit中，使用，ARWorldTrackingConfiguration配置类的environmentTexturing属性设置生成环境探头的方式，支持三种方式：None、Manual、Automatic，我们一般使用自动属性，为进一步增强反射的真实性，ARKit还支持环境探头配合wantsHDREnvironmentTextures属性使用，该属性为布尔值，用于设置是否使用HDR反射，HDR图像能更真实地反射现实环境的亮度差，高保真还原真实环境信息。
使用方法：
config.environmentTexturing = .automatic
config.wantsHDREnvironmentTextures = true
在使用自动环境反射时：开发人员无需进行有关环境反射的任何操作，只需要设置自动环境反射即可，其余工作完全由RealityKit自动完成，这适用于基本的常见环境反射。但这种环境反射方案是一种普适性的反射，并没有专门针对某特定虚拟元素进行优化，在这种情况下效果并不精细，并且我们也无法进行干预调优，如一辆行驶的赛车对环境的反射就需要更精细的控制，这时就需要手动控制环境探头的生成及更新。
使用手动控制环境探头时，我们需要将配置中的environmentTexturing属性设置为manual，并决定在什么地方、什么时候设置与更新环境探头。通常而言，可以遵循以下流程：
（1）在场景中某个特定位置创建AREnvironmentProbeAnchor锚点
（2）将创建的AREnvironmentProbeAnchor锚点添加到ARSession中
（3）使用session(_:didUpdate:)代理方法根据需要更新环境探头
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