简介
增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR），是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像、视频、3D模型的技术，这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。
ARKit是2017年6月6日苹果发布iOS11系统所新增框架，它能够帮助我们以最简单快捷的方式实现AR技术功能。ARKit框架提供了两种AR技术，一种是基于3D场景(SceneKit)实现的增强现实，一种是基于2D场景(SpriktKit)实现的增强现实。
核心功能
ARKit主要由三部分组成：追踪，场景理解和渲染。
追踪是ARKit的核心功能也就是可以实时追踪设备。
世界追踪（world tracking）可以提供设备在物理环境中的相对位置。借助视觉惯性里程计Visual–Inertial Odometry(VIO)，可以提供设备所在位置的精确视图以及设备朝向，视觉惯性里程计使用了相机图像和设备的运动数据。更重要的是不需要外设，不需要提前了解所处的环境，也不需要另外的传感器。
场景理解，即确定设备周围环境的属性或特征。
它会提供诸如平面检测（plane detection）等功能。平面检测能够确定物理环境中的表面或平面。例如地板或桌子。为了放置虚拟物体，Apple 还提供了命中测试功能。此功能可获得与真实世界拓扑的相交点，以便在物理世界中放置虚拟物体。最后，场景理解可以进行光线估算。光线估算用于正确光照你的虚拟几何体，使其与物理世界相匹配。结合使用上述功能，可以将虚拟内容无缝整合进物理环境。
Apple 让我们可以轻易整合任意渲染程序。
他们提供的持续相机图像流、追踪信息以及场景理解都可以被导入任意渲染程序中。对于使用SceneKit或 SpriteKit的人，Apple 提供了自定义AR view，替你完成了大部分的渲染。所以真的很容易上手。同时对于做自定义渲染的人，Apple通过Xcode提供了一个metal模板，可以把ARKit整合进你的自定义渲染器。
ARKit与SceneKit的关系
ARKit与SceneKit的关系如下图：
ARKit框架中中显示3D虚拟增强现实的视图ARSCNView继承于SceneKit框架中的SCNView，而SCNView又继承于UIKit框架中的UIView。UIView的作用是将视图显示在iOS设备的window中，SCNView的作用是显示一个3D场景，ARScnView的作用也是显示一个3D场景，只不过这个3D场景是由摄像头捕捉到的现实世界图像构成的。
ARSCNView只是一个视图容器，它的作用是管理一个ARSession。
在一个完整的虚拟增强现实体验中，ARKit框架只负责将真实世界画面转变为一个3D场景，这一个转变的过程主要分为两个环节：由ARCamera负责捕捉摄像头画面，由ARSession负责搭建3D场景。
在一个完整的虚拟增强现实体验中，将虚拟物体显示在3D场景中是由SceneKit框架来完成：每一个虚拟的物体都是一个节点SCNNode，每一个节点构成了一个场景SCNScene，无数个场景构成了3D世界。
ARSCNView与ARCamera两者之间并没有直接的关系，它们之间是通过AR会话，也就是ARKit框架中非常重量级的一个类ARSession来搭建沟通桥梁的。要想运行一个ARSession会话，你必须要指定一个称之为会话追踪配置的对象:ARSessionConfiguration，ARSessionConfiguration的主要目的就是负责追踪相机在3D世界中的位置以及一些特征场景的捕捉（例如平面捕捉），这个类本身比较简单却作用巨大。
ARSessionConfiguration是一个父类，为了更好的看到增强现实的效果，苹果官方建议我们使用它的子类ARWorldTrackingSessionConfiguration。ARWorldTrackingConfiguration的作用是跟踪设备的方向和位置，以及检测设备摄像头看到的现实世界的表面。它的内部实现了一系列非常庞大的算法计算以及调用了你的 iPhone 必要的传感器来检测手机的移动及旋转甚至是翻滚。
当 ARWorldTrackingConfiguration 计算出相机在 3D 世界中的位置时，它本身并不持有这个位置数据，而是将其计算出的位置数据交给 ARSession 去管理，而相机的位置数据对应的类就是ARFrame。ARSession类有一个属性叫做 currentFrame ，维护的就是 ARFrame 这个对象。
ARCamera只负责捕捉图像，不参与数据的处理。它属于3D场景中的一个环节，每一个3D Scene都会有一个Camera，它决定了我们看物体的视野。他们三者之间的关系看起来如下图：
ARKit工作流程
ARKit大概的工作流程是这样的：
- 打开应用，开启摄像头，通过ARSCNView来加载AR 3D场景SCNScene。
- SCNScene通过ARCamera捕捉场景。
- 捕捉场景后，ARCamera会将视频帧传到ARSession，然后再传到ARSCNView展示场景。
- ARSCNView将场景数据交给ARSession。
- ARSession通过管理ARConfiguration实现场景的追踪并返回一个ARFrame。
- 在ARSCNView的场景中添加3D模型（即ARSCNNode）。
设备追踪
设备追踪确保了虚拟物体的位置不受设备移动的影响。在启动ARSession时需要传入一个ARSessionConfiguration的子类对象，以区别三种追踪模式：ARFaceTrackingConfiguration、ARWorldTrackingConfiguration和AROrientationTrackingConfiguration。
ARSession的底层如何进行世界追踪的呢？首先，ARSession底层使用了 AVCaputreSession来获取摄像机拍摄的视频(一帧一帧的图像序列)。其次，ARSession 底层使用了CMMotionManager 来获取设备的运动信息(比如旋转角度、移动距离等)。最后，ARSession根据获取的图像序列以及设备的运动信息进行分析，最后输出ARFrame，ARFrame中就包含有渲染虚拟世界所需的所有信息。
AR-World 的坐标系如下，当我们运行ARSession时设备所在的位置就是 AR-World的坐标系原点。
在这个 AR-World 坐标系中，ARKit 会追踪以下几个信息：
- 追踪设备的位置以及旋转，这里的两个信息均是相对于设备起始时的信息。
- 追踪物理距离(以“米”为单位)，例如 ARKit 检测到一个平面，我们希望知道这个平面有多大。
- 追踪我们手动添加的希望追踪的点，例如我们手动添加的一个虚拟物体。
ARWorldTrackingConfiguration 提供6DoF（Six Degree of Freedom）的设备追踪。包括三个姿态角 Yaw（偏航角）、Pitch（俯仰角）和 Roll（翻滚角），以及沿笛卡尔坐标系中 X、Y 和 Z 三轴的偏移量。
不仅如此，ARKit还使用了视觉惯性里程计Visual–Inertial Odometry(VIO)来提高设备运动追踪的精度。在使用惯性测量单元(IMU)检测运动轨迹的同时，对运动过程中摄像头拍摄到的图片进行图像处理。将图像中的一些特征点的变化轨迹与传感器的结果进行比对后，输出最终的高精度结果。
