使用Unity AR Foundation在增强现实中查看模型

　　本文将分享麻省理工学院的教程－使用Unity AR Foundation在增强现实中查看模型。

　　在本教程中，我们将介绍如何把3D模型导入Unity，并使用Android设备或iOS设备在AR中查看模型的步骤。

　　过去，我们往往使用Vuforia增强现实系统来实现此目的，但现在Android和iOS都默认支持图像跟踪功能，因此我们不再需要使用第三方工具包了。

　　Unity支持Android的ARCore和iOS的ARKit，但是还有一个更好的选择：AR Foundation。

　　AR Foundation是一款跨平台开发套件，支持Android和iOS的系统。AR Foundation可以帮助我们更轻松开发在不同设备上使用的应用。但在部署应用到iOS或Android设备之前，我们仍需要完成一些额外步骤。

　　通过学习本教程，我们将学习在增强现实中放置模型的两种设置：图像跟踪和平面跟踪。

　　图像跟踪允许我们指定放置模型的目标图像。我们将打印出目标图像，应用程序将查找和放置模型到该图像上。

　　图像跟踪模式

　　平面跟踪模式下，我们将模型放置到现实平面中。我们可以在该模式下缩放和旋转模型。

　　平面跟踪模式

　　学习准备

　　首先，我们必须安装必要的软件及工具。

　　1、请下载并安装Unity Hub，此时会需要创建Unity用户账号。

　　2、启动Unity Hub，依次点击Install > Add，从列表选择Unity 2019.1.7f1版本。请不要安装结尾带有“a”或“b”的预览版本，因为我们无法确保它们的兼容性。

　　3、在安装界面勾选Android Build Support或iOS Build Support。

　　对于Android系统，要点开Android Build Support旁边的小箭头，勾选Android SDK and NDK Tools选项，这样可以跳过下一步。

　　4、Android系统的可选步骤：下载并安装Android Studio。如有必要，我们会使用Android Studio下载最新版Android SDK。

　　我们建议使用Unity安装Android SDK和NDK，过程将更简单。安装Android Studio可以在电脑上提供Android开发环境，方便实现高级用例。

　　下载Android Studio：

　　https://developer.android.com/studio

　　5、对于iOS系统，请访问App Store下载最新版XCode。

　　设置Unity项目

　　本教程将使用Unity AR Foundation示例项目中的两个示例场景。使用模板可以简化编辑操作，从而快速在场景放置和查看模型。

　　1、我们访问GitHub下载模版文件，下载完成后进行解压。

　　下载模版文件：

　　https://github.com/virtualxdesign/artemplate

　　2、启动Unity Hub，点击“Projects > ADD”选择解压的文件夹位置，将项目添加到Projects列表。在下拉菜单选择Unity版本，然后双击打开项目。

　　请注意，建议电脑安装的Unity版本和项目模版中使用版本一致，即Unity 2019.1.7f1。如果没有Unity 2019.1.7f1的版本，我们将在项目下方看到橙色的感叹号符号，只要使用的是更新的版本，所有功能都会正常工作。

　　为项目选择正确的Unity版本，打开项目

　　3、现在项目窗口打开了，项目中的AR Foundation应该已经是启用状态，如果没有启用的话，我们可以手动启用。

　　请点击“Window > Package Manager”，打开资源包管理器窗口。该窗口显示Unity项目的所有可用扩展资源包。我们将看到AR Foundation、ARCore XR Plugin、ARKit Face Tracking和ARKit XR插件已经安装。

　　这些资源包名称旁边可能会有一个向下的箭头，表示有更新的版本可以使用，但请不要进行更新。如果已经有下面版本号的资源包，表示所有内容都已设置完成。

　　如果这些资源包没有安装好，请单击选择这些资源包，并从下拉列表选择以下版本，然后单击进行安装。

　　AR Foundation -> preview.3 - 2.1.0

　　ARCore XR Plugin -> preview.5 - 2.1.0

　　ARKit XR Plugin -> preview.5 - 2.1.0

　　ARKit Face Tracking -> preview.6 - 1.0.0

　　打开 Package Manager，确保已安装需要的资源包

　　4、将构建目标切换为Android或iOS。选择“File > Build Settings”，我们将为构建版本选择正确的环境。

　　从左侧列表中，选择Android或iOS，此时可以在底部看到“Switch Platform”按钮，单击该按钮。转换项目到对应平台需要一些时间，此时不要关闭该窗口。

　　单击左下角的“Player Settings”，将打开带有平台专用设置的窗口。模板应该已经有正确的设置，但我们仍要改变项目的资源包名称。

　　选择目标平台，然后单击“Switch Platform”，最后单击左下角的“Player Settings”

　　5、在Player Settings中，找到Identification部分。 我们可以修改资源包名称，名称的格式应该为“com.packagename.projectname”，

　　例如：模板设置的名称为com.virtualxdesign.artemplate，将其修改为com.virtualxdesign.yourprojectname，这将让应用拥有唯一的标识符。

　　修改资源包名称为com.virtualxdesign.yourproject

　　现在查看Unity项目文件。在打开场景时，如下图所示。

　　左侧是层级窗口，我们将使用该窗口把模型放置到场景中。我们可以把对象放到其它对象之中，当对象中包含子对象时，对象名称旁边会出现一个小箭头。

　　中间的视图是3D场景视图，我们可以在这个窗口中选择、移动、旋转和缩放对象。在图像跟踪示例中，我们不会使用该窗口。

　　右侧是检视窗口，我们可以在此查看和编辑游戏对象的细节。底部是项目窗口目录，这里列出了所有项目文件，我们会把模型文件放置到此处。

　　6、打开图像跟踪示例。在项目窗口中，打开“Scenes/ImageTracking/ImageTracking.Unity”。我们可以在该场景放置模型到目标图像上，例如：放到明信片或海报上。

　　我们使用默认设置在该场景测试了我们的设置内容。你不必修改任何内容，我们会构建应用，然后传输到设备，查看应用是否可以运行。此时，除了平台专用部分，所有内容都应该准备就绪。

　　下面，我们将介绍在Android设备和iOS设备上运行的准备步骤，请根据自己的设备执行相应的步骤。

　　构建过程（iOS）

　　为iOS系统构建Unity项目会有一些略微复杂的步骤，请参考Unity官方教程《构建为在iOS设备上进行测试的Unity项目》学习在iOS中构建和测试你的应用。

　　阅读Unity官方教程《构建为在iOS设备上进行测试的Unity项目》：

　　https://learn.unity.com/tutorial/building-for-mobile#

　　我们需要准备的内容：

　　安装iOS 11或更高版本系统的iOS设备

　　最新版XCode

　　Apple账号

　　温馨提示：由于本文教程使用了示例应用及模版，所以请忽略Unity官方教程中“Setting up the Simple Mobile Placeholder project”和“Preparing your Unity project for building to iOS”两部分的内容。

　　按照官方教程完成设置后，应用将会成功安装到设备上。启动应用，将摄像头对准“ImageTracking>Images”目录下的图像，我们将会看到，模板里的模型城堡出现在图像上。

　　我们可以从“Scenes/PlaneTracking.Unity”中打开平面跟踪示例项目，构建并运行该项目。当运行应用时，我们围绕水平面移动摄像头，此时将出现一个网格。 在网格上单击，模型会出现在网格上。我们可以使用滑块对模型进行移动，缩放和旋转。

　　构建过程(Android)

　　面向Android系统构建项目时，我们需要的Android设备至少要安装Android 7.0版本。

　　1、请在Android设备上启用开发者模式。

　　在设备上打开“Settings> About Phone”（设置 > 关于手机），找到“Build Number”（版本号）。点按7次版本号，将提示已经进入开发者模式，这样我们可以在手机上启用“Developer Options”（开发者选项）。

　　2、启用开发人员模式后，我们转到点击“Settings > System > Advanced > Developer Options“（设置 > 系统 > 高级 > 开发者选项），访问“Developer Options”（开发者选项）。根据设备不同，开发者选项的位置可能有所区别。如果无法找到设备的开发者选项，请在网络上搜索相关信息。

　　3、在开发者选项中，找到并启用“USB Debugging”（USB调试），这将允许我们从Unity把应用传输到Android设备。

　　4、我们将Android设备连接到电脑。我们的设备应该会提示“Trust this computer”（信任此电脑），点击“Always Trust”（总是信任），然后确认。如果不选择信任此电脑，电脑将无法把应用传输到手机上。

　　5、现在我们已经准备好构建应用。打开“Build Settings”构建设置，找到“Run Device”设置，单击“Refresh”按钮。在下拉列表中，找到并选中设备名称，这将使设备成为构建目标。

　　6、单击“Build and Run”（生成并运行）。Unity会请求在处理前把应用保存在电脑上。使用默认位置即可。命名应用的名称，然后保存，就开始构建过程了。

　　7、现在应用应已加载到手机上并且自动启动。我们把手机摄像头对准“Scenes/ImageTracking/Images”文件夹下的一幅图像，可以看到图像上出现了城堡模型。

　　8、我们可以从“Scenes/PlaneTracking.Unity”中打开平面跟踪示例场景。构建并运行应用。我们围绕水平面移动摄像头，此时将出现一个网格。 在网格上单击，模型会出现在网格上。我们可以使用滑块对模型进行移动，缩放和旋转。

　　在启动应用后，打开并设备对准目标图像，此时城堡模型应该会出现在目标上

　　导入和准备3D模型

　　我们可以使用摄影制图法获得OBJ文件或FBX文件，在导出模型时，我们应该把轴心点设为(0,0,0)，把上方向设为Y轴。这样在3D建模软件中进行模型准备，比在之后导入Unity再进行设置要方便得多。如果模型的轴心点或朝向设置不正确，我们需要在Unity中进行调整。

　　3D摄影制图法模型有逼真的纹理和自然的环境光照。因此，我们不要对它们应用额外的光照，而是使用Unlit材质。请按照下列步骤，导入和应用Unlit着色器。

　　1、我们将OBJ，MTL和JPG文件拖入Unity的项目窗口目录中。我们可以在3DModels文件夹下创建新文件夹，把模型文件放到该文件夹中。

　　将文件拖放到Unity项目窗口

　　2、单击OBJ文件，在检视窗口中，单击“Extract Materials”（提取材质），使用已选中的文件夹，这样可让Unity在同一目录下生成可以编辑的材质资源。

　　3.、单击新建的材质资源。在检视窗口中，单击“Shader”下拉菜单，输入“Unlit”，单击选择“Unlit (Mobile/Unlit) shader”。

　　4、现在，我们要将模型放入模板场景中。为了方便正确地放置和缩放模型，我们提供了模板预制件。

　　在项目窗口中，打开3DModels文件夹，里面一个名为TrackedModel.prefab预制件，双击打开该预制件。

　　5、TrackedModel预制件已经放入图像跟踪和平面跟踪的示例场景中。在修改该预制件时，两个示例场景都会进行更新。因此，我们只需要把模型放到该预制件中即可。

　　6、把模型拖到该预制件中，请把模型添加为TrackedModel预制件的子对象。

　　7、此时，我们在同一预制件中有城堡参考模型和自己的模型。我们需要确保自己的模型有正确的位置和朝向。在放置自己的模型时，请使用城堡模型作为参考。

　　8、我们将自己的模型放到Tracked Model预制件之下，我们可能会不小心把它错放到Castle子对象下。

　　如果发生这种情况，模型可能会使用错误的缩放，位置和角度参数，从而完全离开屏幕外。我们可以使用检视窗口和3D工具来找到模型，把它移动到原来的位置。

　　在编辑Transform组件时，请确保选中的是自己的模型，而不是TrackedModel预制件。如果移动或缩放TrackedModel预制件会破坏示例场景。在单击TrackedModel即根对象时，我们会看到下图上的参数。

　　9、移动，缩放和旋转模型，使模型处在城堡模型中间。它们应该在底部对齐。最后删除城堡模型，单击返回箭头返回主场景。

　　10、我们的模型已经准备好了。现在可以打开示例场景，单击“Build and Run”来体验自己的应用。

　　使用图像跟踪模板

　　我们提供了一组图像目标的示例文件，你也可以创建和使用自己的图像目标。

　　1、找到合适的目标图像。通常我们应该使用带有鲜明特征的复杂图像，而带有少量或重复特征的图像并不适合使用。

　　2、在项目窗口中，打开“Scenes/ImageTraking/Images”文件夹，把格式为.jpg或.png的目标图像文件拖到该目录中。

　　3、单击“ReferenceImagesLibrary.asset”，在检视窗口中，我们会看到一组图像添加到目标图像列表。该列表中的所有图像都可以在运行时捕捉到，在列表下单击“Add Image”。

　　4、我们添加新的参考图像，将自己的图像拖到新的参考图像上，它会把图像添加到该列表中。

　　5、在“Specify Size”部分下，输入目标图像在现实世界中的大小，以米为单位。

　　给目标图像列表添加新图像

　　现在大功告成 ！构建Image Tracking示例场景时，我们将看到应用能够识别目标图像，并在图像上方放置模型，我们也可以尝试不同的图像和大小。

　　使用平面检测模板

　　我们也可以使用Plane Tracking平面跟踪示例场景。平面跟踪示例场景拥有UI，你可以将模型放置到任何水平面上，并且使用滑块移动，缩放和旋转模型。

　　在项目窗口中，打开Scenes文件夹。点击Plane Tracking，所有内容应该都已经设置好了。根据Android设备或iOS设备特定步骤，构建并运行应用。

　　别忘了点按平面来放置模型。在手机识别到平面时，我们会看到平面上出现网格。我们可以把模型放到识别到的网格上。

　　小结

　　麻省理工学院的教程《使用Unity AR Foundation在增强现实中查看模型》为大家介绍到这里，对AR感兴趣的开发者，赶紧按照教程中的内容，动手进行操作吧。