ARFoundation之路－ARSession & ARSessionOrigin

  在之前的工程裏，我們首先在Hierarchy窗口中添加了ARSession和ARSessionOrigin兩個對象，這兩個對象構建起了AR應用的最基礎的框架，所有其他工作都在這基礎之上展開，那麼，這兩個對象在整個AR應用中起什麼作用？

（一）ARSession

  ARSession對象主要包括兩個組件，一個就是ARSession，管理Session，另一個是AR Input Manager，管理輸入相關信息，如下圖所示。AR中Session（中文翻譯爲會話）用來管理 AR 應用的狀態、處理 AR 應用生命週期，是 AR API的主要入口，由其控制在目標平臺上啓用或禁用AR。在Unity 對應的生命週期方法中需要處理 Session 的生命週期，這樣 AR 應用會根據需要開始或暫停相機幀的採集，初始化或釋放相關的資源。AR場景必須包括ARSession組件，但ARSession可以掛在任何場景對象上，一般爲便於管理，我們將其掛載在ARSession對象上。

  AR Input Manager組件是啓用世界跟蹤所必需的組件，不啓用此組件，Tracked Pose Driver（跟蹤姿態驅動）將無法獲取設備的姿態。

  如果在應用運行期間禁用ARSession，系統將不再跟蹤其環境中的特徵點及相關功能，但如果稍後再啓用，系統將嘗試恢復以前檢測到的特徵點信息。選擇“Attempt Update”，設備將在可能的情況下嘗試安裝AR軟件，此功能的支持依賴於平臺，在Andriod平臺上，將嘗試安裝最新版的ARCore，在iOS平臺上，將嘗試安裝最新版的ARKit。

  特別需要注意的是，在任何一個AR應用中，有且僅允許有一個Session，因此Unity將Session設成一個全局組件，因此如果場景中有多個ARSession，那這些ARSession組件都將嘗試管理同一個Session。同樣，AR Input Manager組件也只能有且僅有一個。

  移動手機平臺設備各類繁多，不是每一個平臺都支持ARFoundation，因此我們需要一些Session狀態來表示平臺的可用性，以便根據Session狀態進行下步操作或者在設備不支持AR時可以提供替代的應用方案。

  要確定當前的Session狀態（例如設備是否支持、是否正在安裝AR軟件以及Session是否工作），可以使用ARSessionState枚舉類型，還可以在Session狀態更改時訂閱ARSession.stateChanged事件。ARSessionState枚舉包括以下類型：

ARSessionState	說明
CheckingAvailability	應用正在檢測設備可用性。
Installing	AR軟件正在安裝（這裏指手機端的ARCore或者ARKit）。
NeedsInstall	設備支持AR，但需要安裝相應軟件（這裏指手機端的ARCore或者ARKit）。
None	應用還未完成初始化，設備可用性未知。
Ready	AR可用並已經準備好。
SessionInitializing	AR Session正在初始化，通常指AR在設備上可用，但AR應用目前還未收集到足夠的環境信息。
SessionTracking	Session正常運行並且處於正常跟蹤狀態。
Unsupported	設備不支持AR。

  因此， 我們可以通過以下代碼來檢測AR應用當前狀態：

        if (ARSession.state == ARSessionState.None || ARSession.state == ARSessionState.CheckingAvailability)
        {
            //設備狀態未知
        }
        if (ARSession.state == ARSessionState.Unsupported)
        {
            // 設備不支持AR
        }
        else
        {
            // 設備支持AR
        }

（二）ARSessionOrigin

  AR Session Origin對象默認有一個Transfrom組件和一個AR Session Origin組件，如下圖所示。

  AR Session Origin組件的作用是將可跟蹤對象（如平面和特徵點）姿態信息轉換爲Unity場景中的最終位置、方向和比例。因爲AR設備由Session管理，因此其獲取的姿態信息在“session space（會話空間）”中，這是一個相對於AR Session開始的非標度空間，因此AR Session Origin執行一次座標空間變換，將其變換到Unity座標空間，這個類似於從模型局部空間到世界空間的變換，例如，在我們製作模型時，我們通常都會有模型自己的座標系，模型的所有部件都相對於其自身的座標系構建，模型自己的座標系我們叫做“模型空間”或“局部空間”，當將這些模型導入到Unity中時，模型的所有頂點位置信息都要變換到以Unity座標原點爲參考的世界空間中。同樣，由AR設備產生的可跟蹤設備姿態在“Session Space”中，因此也要做一次座標變換將其變換到Unity世界座標空間中。

  AR Session Origin還接受一個攝像機參數，這個攝像機就是AR攝像機，AR攝像機與用戶設備攝像機通過Tracked Pose Driver組件可以進行對齊，同時與AR session space對齊，這樣纔可以以正確的視角在特定位置渲染虛擬物體。

  爲更方便的渲染虛擬物體，AR Session Origin還允許縮放虛擬物體和相對攝像機的偏移。如果要使用縮放或偏移功能，則攝像機必須要是AR Session Origin的子對象（默認就是子對象），攝像機由Session驅動，因此設置AR Session Origin的縮放與偏移，則攝像機和檢測到的可跟蹤對象也一起縮放與偏移。

  要將縮放應用於AR Session Origin，只需設置其Transform 中的Scale值，將偏移應用於AR Session Origin，只需設置其Transform 中的Position值，這裏設置的縮放與偏移會影響所有虛擬物體的渲染，較大的Scale值將會使AR虛擬內容顯示得更小，例如，10倍的Scale將使虛擬對象顯示小10倍，而0.1將使虛擬對象顯示大10倍。在需要整體縮放虛擬物體時可以考慮調整該值。

  AR Session Origin對象還有一個子對象AR Camera，AR Camera默認掛載Tracked Pose Driver 、AR Camera Manager、AR Camera Background，如下圖所示。

  Tracked Pose Driver 組件主要作用是將Unity中的場景攝像機與設備的真實攝像機對齊，即是根據設備真實攝像機的位置與方向來調整Unity中的場景攝像機姿態，通過與真實攝像機對齊匹配，Unity中場景攝像機與設備真實攝像機所有參數均一致（即擁有相同的投影矩陣），這樣設置後真實攝像機與AR Session Space也是匹配的，由此來保證從Unity中渲染的虛擬物體在真實世界中的位置與姿態正確。反而言之，如果沒有該組件，Unity渲染的虛擬物體將會在真實世界中雜亂無章。Tracked Pose Driver 組件還有一些控制參數，可以根據工程需要進行選擇，甚至可以自己寫姿態控制腳本。

  AR Camera Manage組件負責處理控制攝像機的一些細節參數，如表示紋理和控制光照估計模式。其有兩個參數Focus Mode 和 Light Estimation Mode，相關意義如下表所示：

參數	選項
Focus Mode	攝像機對焦模式，可以爲“Auto”或“Fixed”，Auto即允許攝像機自動對焦，一般我們會選擇此模式，Fixed即爲固定焦距，固定焦距不會改變設備攝像機焦距，因此，與被拍攝物體距離不合適時就是出現模糊的現象。
Light Estimation Mode	光照估計模式，可以爲“Disable”或“Ambient Intesity”，選擇Ambient Intesity將啓用光照估計功能，ARFoundation將根據真實世界中的光照信息來評估當前環境中的光照強度、光照顏色、光照方向等信息，這個評估每一幀都要進行，所以如果不需要光照估計功能時選擇Disable可以節約資源。

  在AR中，我們以真實環境做爲背景，因此我們需要將攝像機捕捉到的圖像渲染成背景，使用AR Camera Background組件就可以輕鬆實現這個功能。AR Camera Background組件還有兩個參數Use Custom Material和Use Custom Render Asset ，這兩個參數均爲可選項。Use Custom Material、Use Custom Material一般情況下我們都不用勾選，這個默認會由Unity根據平臺來進行背景渲染，但如果勾選，我們就要提供背景渲染的材質、Shader，利用這兩個選項可以實現一些高級功能，如背景模糊、描邊等。

  如果在場景中只有一個AR Session Origin，我們可以簡單的爲其添加一個AR Camera Background就可以將攝像機的圖像渲染成背景，但如果有多個AR Session Origin，有多個攝像機（例如在不同的縮放尺度上渲染場景），那麼這時我們就要爲每一個AR Session Origin、每一個攝像機指定一個AR Camera Background組件並進行相應設置。

  ARSession與ARSessionOrigin負責AR應用整個生命週期管理、AR攝像機頭處理及背景渲染相關工作，這些工作是每一個AR應用都需要的，但這些工作需要與設備硬件交互，通常也會非常繁雜。這兩個功能模塊對此進行了良好封裝處理，用戶不用再擔心具體的細節，這大大的簡化了AR應用開發的難度。

參考文獻

  About AR Foundation About AR Foundation