如何将视觉框架坐标系转化为ARKit？

Question

我正在使用 ARKit（与 SceneKit）添加虚拟对象（例如球）。我正在使用 Vision 框架跟踪真实世界的对象（例如脚），并在视觉请求完成处理程序方法中接收其更新的位置。

let request = VNTrackObjectRequest(detectedObjectObservation: lastObservation, completionHandler: self.handleVisionRequestUpdate)

我想用虚拟替换跟踪的真实世界对象（例如用立方体替换脚）但我不确定如何将 boundingBox 矩形（我们在视觉请求完成中收到）替换为场景工具包节点作为坐标系统不同。

下面是视觉请求完成处理程序的代码：

 private func handleVisionRequestUpdate(_ request: VNRequest, error: Error?) {
    // Dispatch to the main queue because we are touching non-atomic, non-thread safe properties of the view controller
    DispatchQueue.main.async {
      // make sure we have an actual result
      guard let newObservation = request.results?.first as? VNDetectedObjectObservation else { return }

      // prepare for next loop
      self.lastObservation = newObservation

      // check the confidence level before updating the UI
      guard newObservation.confidence >= 0.3 else {
        return
      }

      // calculate view rect
      var transformedRect = newObservation.boundingBox

     //How to convert transformedRect into AR Coordinate
  self.node.position = SCNVector3Make(?.worldTransform.columns.3.x,
    ?.worldTransform.columns.3.y,

    }
  }

请指导我转移坐标系。

Answer 1

主要考虑的是边界矩形在2D图像中，而ARKit的场景是3D。这意味着在您选择深度之前，它不会在 3D 中定义边界矩形的位置。

你应该做的是运行对场景进行命中测试以从 2D 坐标到 3D:

let box = newObservation.boundingBox
let rectCenter = CGPoint(x: box.midX, y: box.midY)
let hitTestResults = sceneView.hitTest(rectCenter, types: [.existingPlaneUsingExtent, .featurePoint])
// Pick the hitTestResult you need (nearest?), get position via worldTransform

Answer 2

假设矩形在水平面上，您可以对场景的所有 4 个角执行命中测试，并使用其中的 3 个角来计算矩形的宽度、高度、中心和方向。

我在 GitHub 上有一个演示应用程序可以做到这一点： https://github.com/mludowise/ARKitRectangleDetection

VNRectangleObservation 中矩形角的坐标将与图像的大小相关，并且在不同的坐标中取决于 phone 的旋转。您需要将它们乘以视图大小并根据 phone 的旋转将它们反转：

func convertFromCamera(_ point: CGPoint, view sceneView: ARSCNView) -> CGPoint {
    let orientation = UIApplication.shared.statusBarOrientation

    switch orientation {
    case .portrait, .unknown:
        return CGPoint(x: point.y * sceneView.frame.width, y: point.x * sceneView.frame.height)
    case .landscapeLeft:
        return CGPoint(x: (1 - point.x) * sceneView.frame.width, y: point.y * sceneView.frame.height)
    case .landscapeRight:
        return CGPoint(x: point.x * sceneView.frame.width, y: (1 - point.y) * sceneView.frame.height)
    case .portraitUpsideDown:
        return CGPoint(x: (1 - point.y) * sceneView.frame.width, y: (1 - point.x) * sceneView.frame.height)
    }
}

然后您可以对所有 4 个角进行命中测试。在执行命中测试时使用类型 .existingPlaneUsingExtent 很重要，以便 ARKit returns 命中水平面。

let tl = sceneView.hitTest(convertFromCamera(rectangle.topLeft, view: sceneView), types: .existingPlaneUsingExtent)
let tr = sceneView.hitTest(convertFromCamera(rectangle.topRight, view: sceneView), types: .existingPlaneUsingExtent)
let bl = sceneView.hitTest(convertFromCamera(rectangle.bottomLeft, view: sceneView), types: .existingPlaneUsingExtent)
let br = sceneView.hitTest(convertFromCamera(rectangle.bottomRight, view: sceneView), types: .existingPlaneUsingExtent)

然后就有点复杂了...

因为每个命中测试可能 return 有 0 到 n 个结果，所以您需要过滤掉包含在不同平面上的任何命中测试。您可以通过比较每个 ARHitTestResult:

的锚点来做到这一点

hit1.anchor == hit2.anchor

此外，您只需要 4 个角中的 3 个角来识别矩形的尺寸、位置和方向，因此如果一个角没有 return 任何命中测试结果也没关系。看看 here 我是怎么做到的。

您可以根据左右角（顶部或底部）之间的距离计算矩形的宽度。同样，您可以根据顶角和底角之间的距离（左或右）计算矩形的高度。

func distance(_ a: SCNVector3, from b: SCNVector3) -> CGFloat {
    let deltaX = a.x - b.x
    let deltaY = a.y - b.y
    let deltaZ = a.z - b.z

    return CGFloat(sqrt(deltaX * deltaX + deltaY * deltaY + deltaZ * deltaZ))
}

let width = distance(right, from: left)
let height = distance(top, from: bottom)

您可以通过从矩形的对角（topLeft & bottomRight 或 topRight & bottomLeft）获取中点来计算它的位置：

let midX = (c1.x + c2.x) / 2
let midY = (c1.y + c2.y) / 2
let midZ = (c1.z + c2.z) / 2
let center = SCNVector3Make(midX, midY, midZ)

您还可以从左角和右角（顶部或底部）计算矩形的方向（沿 y 轴旋转）：

let distX = right.x - left.x
let distZ = right.z - left.z
let orientation = -atan(distZ / distX)

然后将它们放在一起并在 AR 中显示一些东西覆盖在矩形上。下面是一个通过继承 SCNNode:

来显示虚拟矩形的例子

class RectangleNode: SCNNode {

    init(center: SCNVector3, width: CGFloat, height: CGFloat, orientation: Float) {
        super.init()

        // Create the 3D plane geometry with the dimensions calculated from corners
        let planeGeometry = SCNPlane(width: width, height: height)
        let rectNode = SCNNode(geometry: planeGeometry)

        // Planes in SceneKit are vertical by default so we need to rotate
        // 90 degrees to match planes in ARKit
        var transform = SCNMatrix4MakeRotation(-Float.pi / 2.0, 1.0, 0.0, 0.0)

        // Set rotation to the corner of the rectangle
        transform = SCNMatrix4Rotate(transform, orientation, 0, 1, 0)

        rectNode.transform = transform

        // We add the new node to ourself since we inherited from SCNNode
        self.addChildNode(rectNode)

        // Set position to the center of rectangle
        self.position = center
    }
}

如何将视觉框架坐标系转化为ARKit？

How to transform vision framework coordinate system into ARKit?

avfoundation

ios

ios11

arkit

coreml