前段时间公司有一个AR涂涂乐的项目,虽然之前接触过AR也写过小Demo,但是没有完整开发过AR项目.不过经过1个多星期的学习,现在已经把项目相关的技术都学会了,在此向互联网上那些乐于分享的程序员前辈们致敬.学习的过程中我发现好多博客只有代码没有讲解,在这里我就写一个详细一点的涂涂乐教程吧.

一.AR涂涂乐原理

目前市场上所有的AR产品中,涂涂乐是一个做的比较成功的产品,因为其形象 生动 新奇的特点,在早教行业内很受欢迎.其实AR涂涂乐的原理非常简单,就是把被当作画画工具的识别图上的颜色材质渲染到空白的模型上.

二.制作流程

我大概总结了下从模型到AR应用涉及到的具体流程,如下:

  1. 美术制作AR应用中需要用到的模型和动画
  2. 模型制作好之后,对照识别图上的模型外形匹配好UV
  3. UV匹配好之后把模型和识别图交付程序,程序登录Vuforia官网添加证书和目标数据
  4. 程序把Vuforia插件和目标数据分别下好并导入工程
  5. 删除默认场景中的摄像机,添加ARCamera和ImageTarget到场景并配置好参数
  6. 把涂涂乐需要用到的模型放入场景,把模型的动画切好
  7. 求识别图4个顶点的位置,获取一帧图像,把这些参数传给Shader,Shader处理过后,识别图上的颜色就渲染到模型上了
  8. 导出的手机,我这里是安卓平台

三.图文教程

这里以我最近写的项目为例:

1.美术不是自己亲自做的,就写下我当时做项目时对美术的要求吧:

  • UV要展好,和识别图匹配好
  • 带动画的模型要保持独立,不能和其他模型在一起
  • 模型动画要有周期性2遍为一个周期
  • 识别图要对比强烈
  • 命名规范要有意义同一模型的不同组件要分组
  • 单位M
  • 格式FBX

交付:

  • 模型:

  • 识别图:

这个模型只有花是用来画画的,因此识别图是一个空白的花.

2.Vuforia准备工作(许可证 和 识别图数据)

  • 没有注册过的先注册下,Vuforia注册时要注意的一点是密码要包含大小写和特殊符号
  • 注册后点击Develop --->Add License Key

  • 正常测试选Development就行了,然后取个名字点Next

  • 然后确认就好了

  • 这里的License Key是待会项目中要用到的 先用记事本保存下来备用

  • 到了添加识别图的时候了,先创建一个Target Database

  • 然后点击刚才创建的Target Database

  • 添加识别图

  • 静静等待 不要关闭

  • 下载识别图数据备用

  • 下载Vuforia插件备用

3.Unity配置阶段

  • 配置安卓开发环境(之前写过的博客,很具体)电梯

  • 转换开发平台(不提前转换导出时有可能会报错)

  • 依次导入Vuforia插件包,识别图数据包,美术资源

  • 删除场景中的Camera,在场景中添加AR Camera和Image Target

  • 配置AR Camera

  • 配置Image Target

  • 把模型拖入Image Target并调整好位置

4.编程阶段

总体思想:编程阶段做的主要工作是把识别图上的材质信息经过计算赋给模型,这里因为动画的原因,每个模型可能涉及很多单个小模块,每个单个的模块都要经过这个计算,在这里,花的7个花瓣是独立的,也就需要7次运算.

  • 核心代码
using UnityEngine;
using Vuforia;
using System.Collections;public class ARRender : MonoBehaviour
{public GameObject Scene;private Animator flowerAnimator;//七色花的七个花瓣public GameObject flower1;public GameObject flower2;public GameObject flower3;public GameObject flower4;public GameObject flower5;public GameObject flower6;public GameObject flower7;private Texture2D texture;//申请Texture2D变量储存屏幕截图private int screenWidth;//保存屏幕宽度private int screenHeight;//保存屏幕高度//拾取真正贴图的四个点的坐标Vector3 targetAnglePoint1;//左上角坐标Vector3 targetAnglePoint2;//左下角坐标Vector3 targetAnglePoint3;//右上角坐标Vector3 targetAnglePoint4;//右下角坐标public GameObject plane;//储存确定贴图大小的面片物体Vector2 halfSize;//记录plane宽高的一半值void Start(){screenWidth = Screen.width;//屏幕宽screenHeight = Screen.height;//屏幕高texture = new Texture2D(screenWidth, screenHeight, TextureFormat.RGB24, false);//实例化空纹理flowerAnimator = this.GetComponent<Animator>();}//截屏函数public void ScreenShot(){Scene.SetActive(true);flowerAnimator.SetTrigger("FlowerRainbow");texture.ReadPixels(new Rect(0, 0, screenWidth, screenHeight), 0, 0);//读取屏幕像素信息texture.Apply();//存储为纹理数据halfSize = new Vector2(plane.GetComponent<MeshFilter>().mesh.bounds.size.x, plane.GetComponent<MeshFilter>().mesh.bounds.size.z) * 50.0f*0.5f;//获取Plane的长宽的一半值//确定真实贴图的世界坐标targetAnglePoint1 = transform.parent.position + new Vector3(-halfSize.x, 0, halfSize.y);targetAnglePoint2 = transform.parent.position + new Vector3(-halfSize.x, 0, -halfSize.y);targetAnglePoint3 = transform.parent.position + new Vector3(halfSize.x, 0, halfSize.y);targetAnglePoint4 = transform.parent.position + new Vector3(halfSize.x, 0, -halfSize.y);//获取VP值Matrix4x4 P = GL.GetGPUProjectionMatrix(Camera.main.projectionMatrix, false);Matrix4x4 V = Camera.main.worldToCameraMatrix;Matrix4x4 VP = P * V;//给地球的Shader传递贴图四个点的世界坐标,VP,以及贴图flower1.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower1.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower1.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower1.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower1.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower1.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower2.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower2.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower2.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower2.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower2.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower2.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower3.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower3.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower3.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower3.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower3.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower3.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower4.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower4.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower4.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower4.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower4.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower4.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower5.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower5.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower5.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower5.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower5.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower5.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower6.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower6.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower6.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower6.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower6.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower6.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;flower7.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint1", new Vector4(targetAnglePoint1.x, targetAnglePoint1.y, targetAnglePoint1.z, 1f));flower7.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint2", new Vector4(targetAnglePoint2.x, targetAnglePoint2.y, targetAnglePoint2.z, 1f));flower7.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint3", new Vector4(targetAnglePoint3.x, targetAnglePoint3.y, targetAnglePoint3.z, 1f));flower7.GetComponent<Renderer>().material.SetVector("_Uvpoint4", new Vector4(targetAnglePoint4.x, targetAnglePoint4.y, targetAnglePoint4.z, 1f));flower7.GetComponent<Renderer>().material.SetMatrix("_VP", VP);flower7.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = texture;        }
}
  • Shader
Shader "AR paint/ToMaterial" {Properties {_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}_Uvpoint1("point1", Vector) = (0 , 0 , 0 , 0)_Uvpoint2("point2", Vector) = (0 , 0 , 0 , 0)_Uvpoint3("point3", Vector) = (0 , 0 , 0 , 0)_Uvpoint4("point4", Vector) = (0 , 0 , 0 , 0)}SubShader {Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" }LOD 200Pass{Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlphaCGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment frag#include "UnityCG.cginc"sampler2D _MainTex;float4 _MainTex_ST;float4 _Uvpoint1;float4 _Uvpoint2;float4 _Uvpoint3;float4 _Uvpoint4;float4x4 _VP;struct v2f {float4  pos : SV_POSITION;float2  uv : TEXCOORD0;float4  fixedPos : TEXCOORD2;} ;v2f vert (appdata_base v){v2f o;o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP,v.vertex);o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord,_MainTex);float4 top = lerp(_Uvpoint1, _Uvpoint3, o.uv.x);float4 bottom = lerp(_Uvpoint2, _Uvpoint4, o.uv.x);float4 fixedPos = lerp(bottom, top, o.uv.y);o.fixedPos = ComputeScreenPos(mul(UNITY_MATRIX_VP, fixedPos));return o;}float4 frag (v2f i) : COLOR{float4 top = lerp(_Uvpoint1, _Uvpoint3, i.uv.x);float4 bottom = lerp(_Uvpoint2, _Uvpoint4, i.uv.x);float4 fixedPos = lerp(bottom, top, i.uv.y);fixedPos = ComputeScreenPos(mul(_VP, fixedPos));return tex2D(_MainTex, fixedPos.xy / fixedPos.w);}ENDCG}}//FallBack "Diffuse"
}
  • 首先在ImageTarget下新建一个Plane和识别图大小一致,核心代码的功能就是把场景中Plane(也就是识别图)的世界坐标转换到屏幕坐标,然后截图形成纹理,最后把这些数据传给Shader处理.

  • 把模型拖入ImageTarget,装饰场景也拖进去先隐藏,然后把需要渲染的模块拖入ARRender的代码参数,然后新建一个材质,Shader选择ARpaint/ToMaterial,把这个材质赋给所有要涂色渲染的模块,也就是7个花瓣.
  • 新建一个Button,添加事件拖入Flower,方法选择ScreenShot
  • 导出安装包到手机,测试,这是我的测试结果:

  • 关于动画

  • 动画拿到之后根据需要进行切割并Apply

  • 新建一个动画控制器,把刚才切好的动画拖到动画状态机里面,右键建立Transition,Parameters选项卡中创建Trigger,这样就可以在程序中控制动画了

  • 关于音效

  • 新建一个空物体,起名Audio

  • 添加AudioSource组件

  • 拖入ImageTarget

  • 找到ImageTarget下的 DefaultTrackableEventHandler 脚本 声明AudioSource变量然后分别在 OnTrackingFound() 和 OnTrackingLost()这两个方法里添加声音暂停和开始方法

public class DefaultTrackableEventHandler : MonoBehaviour,ITrackableEventHandler{public AudioSource clothesAudioSource;#region PRIVATE_MEMBER_VARIABLESprivate TrackableBehaviour mTrackableBehaviour;#endregion // PRIVATE_MEMBER_VARIABLES#region UNTIY_MONOBEHAVIOUR_METHODSvoid Start(){mTrackableBehaviour = GetComponent<TrackableBehaviour>();if (mTrackableBehaviour){mTrackableBehaviour.RegisterTrackableEventHandler(this);}}#endregion // UNTIY_MONOBEHAVIOUR_METHODS#region PUBLIC_METHODS/// <summary>/// Implementation of the ITrackableEventHandler function called when the/// tracking state changes./// </summary>public void OnTrackableStateChanged(TrackableBehaviour.Status previousStatus,TrackableBehaviour.Status newStatus){if (newStatus == TrackableBehaviour.Status.DETECTED ||newStatus == TrackableBehaviour.Status.TRACKED ||newStatus == TrackableBehaviour.Status.EXTENDED_TRACKED){OnTrackingFound();}else{OnTrackingLost();}}#endregion // PUBLIC_METHODS#region PRIVATE_METHODSprivate void OnTrackingFound(){//gameObject.transform.FindChild ("Earth").gameObject.SetActive (true);Renderer[] rendererComponents = GetComponentsInChildren<Renderer>(true);Collider[] colliderComponents = GetComponentsInChildren<Collider>(true);// Enable rendering:foreach (Renderer component in rendererComponents){component.enabled = true;}// Enable colliders:foreach (Collider component in colliderComponents){component.enabled = true;}if (!clothesAudioSource.isPlaying){clothesAudioSource.Play(); }Debug.Log("Trackable " + mTrackableBehaviour.TrackableName + " found");}private void OnTrackingLost(){Renderer[] rendererComponents = GetComponentsInChildren<Renderer>(true);Collider[] colliderComponents = GetComponentsInChildren<Collider>(true);// Disable rendering:foreach (Renderer component in rendererComponents){component.enabled = false;}// Disable colliders:foreach (Collider component in colliderComponents){component.enabled = false;}clothesAudioSource.Pause();Debug.Log("Trackable " + mTrackableBehaviour.TrackableName + " lost");}#endregion // PRIVATE_METHODS}
}
  • 关于对焦

Vuforia默认不会自动对焦,新建一个脚本,把下面代码复制进去,把脚本拖到ARCamera上面就好了

using UnityEngine;
using System.Collections;public class Duijiao : MonoBehaviour
{// Use this for initializationvoid Start(){GameObject ARCamera = GameObject.Find("ARCamera");Vuforia.CameraDevice.Instance.SetFocusMode(Vuforia.CameraDevice.FocusMode.FOCUS_MODE_CONTINUOUSAUTO);}// Update is called once per framevoid Update(){Vuforia.CameraDevice.Instance.SetFocusMode(Vuforia.CameraDevice.FocusMode.FOCUS_MODE_CONTINUOUSAUTO);}
}
  • 关于多图识别

  • 设置目标上限

  • 拖入更多的ImageTarget,每个ImageTarget下配置不同的识别图和模型就能多图识别了

  • 测试结果

由于还没有重构,代码比较丑陋,不过好处是适合新手,很好理解

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