在 ARKit 中获取相机的向上向量

Posted 2023-03-23

【中文标题】在 ARKit 中获取相机的向上向量

【英文标题】：Get the up vector of the camera in ARKit

【发布时间】：2018-05-23 00:01:35

【问题描述】：

我正在尝试在ARKit中获取构成截锥体边界的四个向量，我想出的解决方案如下：

找出相机的视野角度 然后找到相机的方向和向上向量 使用这些信息，使用叉积和旋转找到四个向量

这可能是一种草率的做法，但它是迄今为止我得到的最好的方法。

我能够从ARCamera.intrinsics 和ARCamera.transform 属性中获取FOV 角度和方向矢量。但是，我现在不知道如何获取相机的向上向量。

下面是我用来查找 FOV 角度和方向矢量的一段代码：

func session(_ session: ARSession, didUpdate frame: ARFrame) 
  if xFovDegrees == nil || yFovDegrees == nil 
    let imageResolution = frame.camera.imageResolution
    let intrinsics = frame.camera.intrinsics
    xFovDegrees = 2 * atan(Float(imageResolution.width) / (2 * intrinsics[0,0])) * 180 / Float.pi
    yFovDegrees = 2 * atan(Float(imageResolution.height) / (2 * intrinsics[1,1])) * 180 / Float.pi
  

  let cameraTransform = SCNMatrix4(frame.camera.transform)
  let cameraDirection = SCNVector3(-1 * cameraTransform.m31,
                                   -1 * cameraTransform.m32,
                                   -1 * cameraTransform.m33)

我也愿意接受有关如何找到我想要获得的四个向量的建议。

【参考方案1】：

我不明白这条线是如何工作的：

let cameraDirection = SCNVector3(-1 * cameraTransform.m31,
                                 -1 * cameraTransform.m32,
                                 -1 * cameraTransform.m33)

这给出了相机的方向向量，因为变换矩阵的第 3 行给出了变换后的相机的新 z 方向指向的位置。我们将它乘以 -1，因为相机的默认方向是负 z 轴。

考虑到这些信息以及相机的默认向上向量是正 y 轴这一事实，变换矩阵的第 2 行为我们提供了相机的向上向量。下面的代码给了我我想要的：

let cameraUp = SCNVector3(cameraTransform.m21,
                          cameraTransform.m22,
                          cameraTransform.m23)

【参考方案2】：

可能是我误解了您要执行的操作，但我想提供一个替代解决方案（方法和结果与您的答案不同）。

出于我的目的，当手机指向上方时，我将向上向量定义为 (0, 1, 0) - 基本上我想要直接指向手机顶部的单位向量。当手机向左水平时，ARKit 将向上向量定义为 (0, 1, 0) - 因此 y 轴指向手机的右侧 - 据说是因为他们希望 AR 应用程序更喜欢水平方向。

camera.transform 返回相机在 AR 会话开始时相对于其初始方向的方向。它是一个 4x4 矩阵——前 3x3 是旋转矩阵——所以当你写 cameraTransform.m21 等时，你引用的是旋转矩阵的一部分，它与向上向量不同（不管你如何定义它）。

因此，如果我将向上向量定义为 y 轴指向手机顶部的单位 y 向量，我必须在 ARKit 空间中将其写为 (-1, 0, 0)。然后简单地将这个向量（稍微修改......见下文）乘以相机的变换将给我我正在寻找的“向上向量”。下面是在 ARSessionDelegate 回调中使用此计算的示例。

func session(_ session: ARSession, didUpdate frame: ARFrame) 
    // the unit y vector is appended with an extra element
    // for multiplying with the 4x4 transform matrix
    let unitYVector = float4(-1, 0, 0, 1)
    let upVectorH = frame.camera.transform * unitYVector
    // drop the 4th element
    let upVector = SCNVector3(upVectorH.x, upVectorH.y, upVectorH.z)

如果您使用 ARKit 的水平方向，您可以使用let unitYVector = float4(0, 1, 0, 1)。

您还可以通过将单位向量 (0, 0, 1, 1) 乘以相机变换来执行相同类型的计算，以获得“方向向量”（指向手机正面）。