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使用 Anchor Entity 在 visionOS 中锚定现实世界对象

廖林

Aug 14, 2024 • 14 min read

为何需要 Anchor Entity

在 RealityKit 中，可以使用 Entity 和 RealityView 来加载和渲染 3D 对象，并为他们添加动画，从而创建虚拟现实体验，你可以参考下面的文章了解如何实现。

但是，如果你想将虚拟内容添加到周围的环境，来创建更加具有吸引力的增强现实（AR）体验，这种做法就会有一些限制。想象一下这些应用场景：

家具购物应用

假设你要开发一个家具购物的 AR 应用，该应用允许用户在自己的客厅里虚拟放置沙发来预览效果。如果沙发的虚拟图像不能准确锚定到地面，那么当你移动手机或头部时，沙发可能会看起来漂浮在空中或部分埋入地下，这会破坏真实感和购买决策过程。

历史遗迹增强导览

在历史遗迹的增强现实导览中，游客通过 AR 眼镜看到古代建筑的复原状态。如果这些复原图像不能准确地锚定在真实的遗迹位置上，可能导致虚拟内容与实际遗迹错位，影响教育效果和用户体验。

FSP 游戏场景

类似下面这样的 FPS 游戏场景，需要保持在观察者的前方

AnchorEntity 的引入是为了解决上述这些挑战，确保虚拟对象可以准确、稳定地固定在现实世界的具体位置上。

Anchor Entity 基本概念

什么是 Anchor Entity

AnchorEntity 是 RealityKit 框架中的一个核心概念，用于在 AR 体验中将虚拟内容锚定到现实世界的特定物理位置。通过使用 AnchorEntity，开发者可以定义一个虚拟对象应该出现的精确位置和方向，确保当设备移动或环境变化时，虚拟内容仍然正确地放置和定向。这种锚定使得虚拟内容能够与现实世界的物理元素（如墙面、桌面等）无缝融合。

与 Entity 有什么异同

在 RealityKit 中，AnchorEntity 是 Entity 的一个子类，它专门用于在 AR 环境中创建稳定的参考点。普通的 Entity 可以表示场景中的任何对象，不一定与现实世界的位置关联。

相反，AnchorEntity 通过与现实世界的特定物理特征（如平面、图像标记等）相关联，为其他 Entity 提供了一个稳定的基准。这意味着 AnchorEntity 通常是场景中位置固定的实体，而其他非锚定的 Entity 可以更自由地在虚拟环境中移动或变化。

与 ARAnchor 的异同

ARKit 中的 ARAnchor 和 RealityKit 中的 AnchorEntity ，都是为了将三维模型与现实世界中的对象绑定在一起。AnchorEntity 晚于 ARAnchor 推出，他们之间最重要的区别在于—— AnchorEntity 使用更加简单。

使用 ARAnchor 需要手动配置 Session 会话，并通过代理方法处理更新，而创建 AnchorEntities 不需要手动管理会话，更为自动化，你可以基于特定标准（如平面或图像）定义一个AnchorEntity，RealityKit 会作为其场景管理的一部分处理放置和更新。

使用 AnchorEntity

基本用法

下面这个代码为垂直平面创建了锚点：

let wallAnchor = AnchorEntity(.plane(.vertical, classification: .wall, minimumBounds: SIMD2<Float>(0.6, 0.6)))

.plane 表示创建的锚点类型是平面。其他类型可在【锚点类型】中查看。
.vertical 表示锚点应该附着到垂直平面，通常是墙面。
.classification 这个参数进一步细化锚点的类型。.wall 表示这个锚点专门用于墙面。这是 RealityKit 用于提高锚点定位精度和相关性的分类。
.minimumBounds 这是一个 SIMD2<Float> 类型，定义了锚点有效依附的最小平面尺寸，这里设置为至少 0.6 米 x 0.6 米。这个参数确保 AR 系统只在检测到足够大的平面时才创建锚点，有助于提高应用的稳定性和实用性。

然后使用 Entity 加载一个 3D 模型，并将这个 Entity 作为 wallAnchor 的 Child：

var body: some View {
    RealityView { content in
        let wallAnchor = AnchorEntity(
            .plane(
                .vertical, classification: .wall,
                minimumBounds: SIMD2<Float>(0.6, 0.6)))
        if let entity = try? await Entity(
            named: "Shahed-131_special_edition_white")
        {
            wallAnchor.addChild(entity)
            content.add(wallAnchor)
        }

    }
}

这样我们就实现了将 3D 模型“贴”到墙上的效果：

💡

AnchorEntity 只能工作在 ImmersiveSpace 模式下，Windows 和 Volumes 模式下无法接收带有锚点的空间跟踪信息。

锚点类型

AnchorEntity 支持多种锚点，目前支持以下几种锚点类型：

注意：RealityKit 在不同的平台支持的锚点类型会有一些区别，以上列表仅表示在 visionOS 中支持的锚点类型，通常 iOS 平台会更多，而 macOS 平台则会更少。

由于支持的锚点类型是持续更新的，你可以查看这个官方文档，获取最完整的类型列表：

Classification 可选类型

classification 参数主要与 .plane 类型的 AnchorEntity 一起使用，用于指定锚点依附的具体平面类型。通过预先指定正确的平面类型，可以提升锚定精度。

目前支持的几种平面分类：

.wall：表示锚点应该依附到垂直的墙面上。
.floor：用于指定锚点依附到地面。
.ceiling：表示锚点依附到天花板。
.table：指定锚点依附到表面，如餐桌或办公桌。
.seat：适用于锚定到座位，比如椅子或沙发等。
.any：不具体指定平面类型，允许锚点依附到任何检测到的平面。

💡

这些分类选项只适用于 .plane 类型的锚点。

由于分类类型也在持续更新，你可以访问 Apple 官方文档获取最新平面类型列表：

锚定到指定平面（示例）

在之前的示例中，我们已经学会如何将一个 3D 模型锚定到目标平面。这个部分我们来实现，将一张图片锚定到平面（例如墙上），例如下面这样：