为 visionOS 创建 Environment / 虚拟环境
学习如何使用全景图片或 360° 图片，为 visionOS 创建沉浸式的虚拟环境。
对于开发 visionOS 平台的应用，创建一个逼真且具有沉浸感的 Environment 是至关重要的。
这篇文章将向你介绍，如何使用 RealityKit 结合全景图片或 360° 图片创建一个栩栩如生的虚拟环境，打造出令人惊叹的视觉效果。
使用 RealityKit 创建虚拟环境
创建沉浸式的虚拟环境有多种方法，例如使用Blender等建模软件进行详细的3D建模，或通过 Skybox 技术创建背景和环境效果，还可以利用 Unity 等其他技术栈。
使用 Skybox 技术创建虚拟环境的优势是，你只需要使用 RealityKit 通过编程的方式来实现，这非常的简单和高效，特别适用于快速开发和原型设计。
可以实现什么效果？
可以创建一个 360 度环绕的沉浸式虚拟环境，可以通过加载不同的图片资源，快速切换不同的环境效果：
什么是 Skybox 技术
Skybox 技术是一种在 3D 图形和游戏中经常使用的背景渲染方法，广泛应用于各种图形和游戏引擎中（例如 Unity、Unreal Engine），用于创建逼真的背景和环境效果。
想象一下，你站在一个立方体的中央，立方体的每个面都贴着一个大图像，这些图像连接在一起形成一个完整的全景画面。无论你往哪个方向看，看到的都是连续的背景图像，没有边界或空隙。
Skybox 是通过将场景包围在一个立方体内，并在其六个面上贴上预渲染的图像，从而模拟出一个无缝的背景环境，这就是 Skybox 技术的工作原理。
在游戏或虚拟现实中，Skybox 技术常用于创造逼真的天空或远景效果，让你感觉自己处在一个真实的环境中，而不是一个空荡荡的虚拟空间。
在 RealityKit 中使用 Skybox
截止 2024 年 6 月，苹果并未在 RealityKit 中直接提供用于实现 Skybox 的官方 API。因此，我们需要自己实现一个 createSkyBox 方法，好在这并不复杂。
注意：RealityKit 虽然提供了 skybox(_:) 方法，但目前并不适用于 visionOS：
创建 createSkyBox() 方法，该方法返回一个 Entity 对象，它的工作流程如下：
- 使用 MeshResource 创建一个球体形状
- 使用 SimpleMaterial 添加材质
- 最后，通过 Entity 的 .components.set() 方法，将 Mesh 和 Material 组合创建一个 Entity 对象。
首先，你需要理解 RealityKit 中的基本概念：
在 RealityKit 中，Entity 是一个抽象的容器。它本身不具备任何属性，但可以包含各种组件（Component）。这些组件定义了 Entity 的外观、行为以及其他特性。
其中一个组件是 ModelComponent，这个组件定义了 Entity 的几何形状（Mesh）和材质（Material）。为了创建 ModelComponent 组件并添加到 Entity 中，我们首先需要定义 Mesh 和 Material。
我们一起来看看如何实现这个方法。
- 创建 Mesh 几何图形
//Mesh
let skyBoxMesh = MeshResource.generateSphere(radius: 1000)MeshResource 是 RealityKit 提供用于生成几何形状的类，.generateSphere(radius:) 是这个类的方法之一，用于生成一个球体网格。最符合我们创建 skybox 的需求。
为了创建一个尽可能大的空间，因此我们通过 radius: 1000 指定了生成球体的半径为 1000 米。
- 创建 Material 材质
//Material
let skyBoxMaterial = SimpleMaterial(color: .systemPink, isMetallic: false)RealityKit 提供了几种用于创建 Material 的方法，最常用的是 SimpleMaterial() 和 UnlitMaterial()。
上述代码使用 SimpleMaterial() 创建了一个简单的材质，color: .systemPink 指定了材质的颜色为系统粉红色 (systemPink)，isMetallic: false 指定材质不具有金属光泽。
- 创建 ModelComponent 组件
//ModelComponent
let modelComponent = ModelComponent(
mesh: skyBoxMesh,
materials: [skyBoxMaterial]
)ModelComponent 是 RealityKit 中的一个组件类，负责定义实体的几何形状和外观。它包含网格（Mesh）和材质（Materials）等属性。通过 mesh 和 materials 参数，我们直接调用了刚才创建的 skyBoxMesh 和 skyBoxMaterial。
注意： materials 参数是一个数组，因此你必须使用 [] 来赋值。
- 添加 ModelComponent 到 Entity
//Entity
let skyBoxEntity = Entity()
skyBoxEntity.components.set(modelComponent)首先创建一个 skyBoxEntity，这个 Entity 默认不具有任何内容。然后使用.components.set() 方法将 modelComponent 添加到 skyBoxEntity。
完整代码如下：
// create a createSkyBox function which return a Entity object
func createSkyBox() -> Entity? {
//Mesh
let skyBoxMesh = MeshResource.generateSphere(radius: 1000)
//Material
let skyBoxMaterial = SimpleMaterial(color: .systemPink, isMetallic: false)
//ModelComponent
let modelComponent = ModelComponent(
mesh: skyBoxMesh,
materials: [skyBoxMaterial]
)
//Entity
let skyBoxEntity = Entity()
skyBoxEntity.components.set(modelComponent)
//reverse texture surface
skyBoxEntity.scale *= .init(x: -1, y: 1, z: 1)
return skyBox
}我们还额外添加了一段代码来反转球体的材质表面，使其从内部显示正确的图像：
//reverse texture surface
skyBoxEntity.scale *= .init(x: -1, y: 1, z: 1)这段代码将 skyBoxEntity 球体的材质内外反转。由于创建的 Skybox 球体默认情况下材质显示在外部，所以需要反转纹理表面，以确保图像从内部看起来正确。通过这种方式，我们成功创建了一个简单的球体，作为环绕虚拟环境的 Skybox。
在之前的示例中，我们使用 SimpleMaterial 方法将材质设置为简单的粉红色：
let skyBoxMaterial = SimpleMaterial(color: .systemPink, isMetallic: false)
因此，您会看到整个空间都是粉红色的：
下一步，我们将通过使用 UnlitMaterial 和加载实际的纹理图像，创建出更为真实和吸引人的虚拟环境。
使用图片为 Skybox 添加纹理
在上一步的演示代码中，我们通过使用 SimpleMaterial() 创建了一个简单的材质，这个材质仅包含简单的颜色：
let skyBoxMaterial = SimpleMaterial(color: .systemPink, isMetallic: false)这显然并不如何吸引人，我们可以使用 UnlitMaterial() 来添加更加丰富的 Texture 纹理，从而创建出更加真实的空间场景：
在 RealityKit 中，实体（Entity）的外观由包含网格（Mesh）和材质（Material）的模型组件（ModelComponent）定义。材质可以包含纹理，从而增强视觉效果。
接下来，我们将之前使用的 SimpleMaterial 修改为 UnlitMaterial 实例，UnlitMaterial 支持自定义纹理效果：
// 创建 UnlitMaterial
var skyBoxMaterial = UnlitMaterial()然后，我们需要创建一个 Texture 资源，并将它添加到 skyBoxMaterial 中。
在 Xcode 项目的 Assets 中，创建一个新的 Image Set，并添加一张全景照片或 360° 照片，这将作为纹理来加载：
如果你还没有全景照片或 360° 照片资源，可以查看我的下面这篇文章，详细介绍了如何获取免费的高清全景照片和 360° 照片：
使用 RealityKit 提供了 TextureResource 类来创建纹理资源，TextureResource.load(named:) 方法可以加载一个静态资源（例如图片）来创建纹理，下面代码将加载一个名为 shybox04-360 的 Image Set 作为纹理：
// 加载纹理
let skyBoxTexture = try TextureResource.load(named: "skybox04-360")
skyBoxMaterial.color = .init(texture: .init(skyBoxTexture))由于 TextureResource.load(named:) 是同步加载，因此需要放在 do-catch 语句中以处理可能的错误：
// 加载纹理
do {
let skyBoxTexture = try TextureResource.load(named: "skybox04-360")
skyBoxMaterial.color = .init(texture: .init(skyBoxTexture))
} catch {
print("Failed to load skybox texture: \(error)")
return nil
}最终的完整代码：
可以通过导入不同的纹理图片，创建出不同的环境效果：
在模拟器或 Vision Pro 上运行代码，体验您亲手创建的沉浸式环境效果吧！
图片资源
免费下载高清全景图片/360° 图片
如果你还没有全景照片或 360° 照片资源，可以查看我的下面这篇文章，详细介绍了如何获取免费的高清全景照片和 360° 照片：
图片分辨率应当小于 8192
由于硬件性能的限制，Apple 目前允许加载的最大分辨率为 8192 x 8192，所以你在选择图片的时候需要注意这一点。
否则会出现虚拟环境无法加载或闪退，并在 Xcode 会出现 failed assertion `Texture Descriptor Validation 的错误：
参考资源
