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[資訊] 蘋果MR頭顯背后的秘密武器，ARKit演進曆程一覽

苹果MR头显背后的秘密武器，ARKit演进历程一览


苹果MR头显可以说是板上钉钉了，看了这么多的预测，几乎没有从ARKit的角度来看苹果头显的，因此本文我们将回顾ARKit近7年来的发展历程。

实际上，ARKit 3.5开始支持LiDAR（首个搭载的设备是iPad Pro 2020）就是为AR/VR头显筹备的重要一步，因为LiDAR可以实现更快距离探测实现即时AR交互，虚拟物体定位更精准，也带来了比如更逼真的遮挡效果提升沉浸感，还有更好的场景几何理解能力，为结合现实环境的MR交互提供基础。同时还有更重要的多物体AR交互能力，可以实现复杂AR场景。这些让苹果的AR体验实现了房间级的AR交互（实际上，这个概念至今没有多少媒体引用）。相关阅读：《iPad Pro新使命：开启房间级AR体验，iPhone、AR头显紧随其后》。

去年发布的ARKit 6基本就印证了苹果VST设备的策略，比如：支持4K分辨率显示、支持相机曝光调节、支持HDR录制等。以相机曝光调节为例，结合“数码旋钮”可以实现在VR和AR��缝切换能力，这个功能也是近半年被爆出苹果MR的一个重磅功能。其它功能也基本围绕“视频透视”的能力展开，非常容易联想到VST模式。相关阅读：《WWDC22：ARKit 6低调发布，新功能瞄准VST MR头显》

虽然说ARKit在iPhone和iPad并没有激起波澜，但将在苹果AR/MR头显上发挥重要作用。而且因苹果具备极强的软硬件整合能力，这些AR能力至今都是业内一流。



从2017年开始，苹果每年都会在WWDC活动上发布新版ARKit，截止去年已经更新迭代至ARKit 6，今年WWDC不出意外苹果MR头显即将发布。那么在此之前，也许我们可以通过ARKit的技术演变，来看看苹果的AR/VR策略，甚至猜猜未来哪些可能会体现在头显硬件上。



ARKit重要功能一览

ARKit 1（iOS 11）
第一个版本的ARKit支持的功能不多，但在当时是开创性的，它用法简单、性能优秀，允许开发者iPhone、iPad打造AR应用。ARKit 1使用视觉惯性里程计（VIO，一种融合相机和IMU数据实现SLAM的算法）来追踪周围物理场景，�蚖�额外校准，就能可靠提取基于初始点的位置和方向变化。



此外还支持光照估计和渲染（由来优化AR外观），以及场景理解功能，比如检测水平面，并使用iPhone X的前置摄像头追踪人脸。通过ARKit 1，开发者可以将虚拟家具放置在真实场景中，或是允许用户在餐厅中踢AR足球。而面部追踪功能，则让Snapchat等AR滤镜更容易实现。

ARKit 1在A9和A10处理器上运行，支持Metal、SceneKit、Unity、Unreal等3D渲染引擎。

ARKit 1.5（iOS 11.3）
此前，ARKit 1只能识别桌面、椅子等水平表面，而ARKit 1.5则加入对墙体、房门等垂直表面的识别支持，允许开发者在垂直表面上固定AR内容。此外借助计算机视觉技术，对圆形家具等不规则表面的检测效果更准确，也能识别空间内的标志、海报、插图、二维码等2D图像，并调出对应的AR内容。



本次更新还改进了AR整体的质量，比如图像分辨率提升50%，支持自动对焦，更准确的房间测绘，让AR内容看起来更真实。

ARKit 2（iOS 12）
在WWDC 2018上，推出ARKit 2，还推出了一个与皮克斯合作开发的AR格式：USDZ，以及AR快速预览功能（AR Quick Look）。



ARKit 2性能升级部分：1，改进的人脸追踪效果；2，更逼真的渲染处理能力；3，3D控件检测能力；4，对象持久保持的能力；5，可共享的多人AR能力（基于本地设备到设备的数据传输，非云端。现场演示了乐高多人AR游戏）。



据了解，皮克斯此前曾开发可扩展的开源3D说明文件格式：USD，而USDZ则是针对AR的文件格式，特点是采用嵌入式设计，可快速预，目的是为了简化AR文件的访问和共享流程，而通过嵌入到app或网页中，可以很好的打通苹果全家桶生态。

苹果还推出了AR测量app《Measure》，可使用相机视觉预测物体尺寸、体积等数据，比如相框中相片的大小。

ARKit 3（iOS 13）
在WWDC 2019上，苹果不仅推出ARKit 3，还发布两个新的AR开发工具：RealityKit和Reality Composer，目的是补充ARKit，简化3D场景创建，提高AR交互场景的开发速度和效率。



ARKit 3更新包括：同时使用前置和后置相机来定位、动作捕捉、人体遮挡、更快的参考图像载入、自动识别图像尺寸、视觉连贯性、更稳定的3D物体识别、多人面部追踪、多人实时协作、识别高达100张图像、HDR环境纹理、AR Coaching UI，以及AR快速预览支持更多机型，并支持录制视频、启动Apple Pay、空间音频等功能



RealityKit可以在真实场景中以AR形式展示3D控件，从而快速实现AR场景融合。该工具主要有5大亮点：1，照片级渲染效果；2，支持环境和相机特效；3，支持动画、物理、音频等特效；4，整合ARKit；5，原生支持Swift API。

而Reality Composer则是一个3D场景创建工具，特点是通过拖拽、点击等简单操作，即可生成交互式AR场景。该工具内置大量3D内容数据库，还可与Xcode和iOS应用配合使用，从而实现AR场景快速预览、微调，大幅提升效率。

ARKit 3.5（iOS 13.4）
随着搭载LiDAR传感器的iPad Pro在2020年发售，苹果也推出了ARKit 3.5，其中包含了多个功能：场景几何（Scene Geometry）API、即时AR体验，此外还改进了动作捕捉和人体遮挡功能。这些功能和特性基于LiDAR硬件来实现，因此仅支持搭载LiDAR的iPad或iPhone型号。



场景几何API：可实时捕捉场景中的3D物体（地板、墙壁、天花板、窗户、门、桌椅），并构建3D场景模型，提升整个场景的3D识别能力。

即时AR体验：在开启AR模式时，�蚖搘炙k扫描场景即可快速、实时放置AR对象。

ARKit 4（iOS 14）
从ARKit 3.5开始，ARKit的新功能主要围绕LiDAR等硬件技术展开，在此基础上，ARKit 4小幅更新，主要带来以下功能：深度API、位置锚定、AR视频纹理，同时面部追踪支持更多设备。



深度API：通过LiDAR对每个像素的深度信息进行分析，并与场景几何的3D网格数据结合使用，让虚拟物体与现实物体的融合更逼真、自然。同时，还可进一步提升AR测距应用的准确性；



位置锚定：基于Apple Maps数据，可将高分辨率AR内容（LBS AR）持续固定在现实场景/位置，例如一个著名景区，通过位置锚定即可为AR虚拟物体加上经纬度、海拔等信息，从而与地理位置永久性的融合。

此前，ARKit 2已经支持持久性AR，与位置锚定不同的是，持久性AR基于保存与加载地图特性，利用了视觉定位，而没有结合地图GPS数据。

视频纹理：可将视频纹理添加到RealityKit场景中任意部分，让物理对象、表面、人物看起来更生动。

面部追踪扩展：支持使用A12 Bionic及更新芯片的设备，但在特定的设备上，面部识别功能依然受限，比如iPhone SE仅支持单用户追踪，而具备原深感相机TureDepth的设备可同时识别追踪三个人脸信息。

ARKit 5（iOS 15）
在WWDC 2021期间，苹果低调更新了ARKit 5，同时也推出了RealityKit 2。



ARKit 5新功能主要有四点：1，位置锚定支持更多地区；2，人脸追踪功能升级（支持更多A12芯片设备，在配备深感相机设备中，支持3人面部追踪）；3，改进运动追踪；4，AR绑定App Clip Code二维码。

而RealityKit 2新功能则包括：1，3D扫描（Object Capture API）；2，自定义着色器；3，动态加载方式；4，系统模块定制；5，虚拟角色控制器。



Object Capture API是RealityKit 2的一大亮点，该功能旨在统一、简化3D扫描和建模的流程，同时更加充分利用LiDAR能力。据称，该API可在几分钟内输出USDZ格式的高质量3D模型，支持AR快速预览，也可以导入Reality Composer等其他工具。

ARKit 6（iOS 16）
在WWDC 2022期间，苹果依旧低调更新ARKit 6，本次更新的重磅功能包括：4K分辨率，HDR录制，实时调节相机曝光、白平衡等参数，这些功能对VST透视AR体验相当重要，未来能否应用于苹果MR头显则令人期待。此外，还加入了前摄+后摄融合玩法，可通过前摄捕捉人脸，然后基于后摄拍摄背景，实现一些另类的玩法和交互。

现有的功能也得到优化：改进了运动追踪，现支持识别左右耳朵，优化了姿态检测功能，可以自动估算好拍摄场景中物体的大小，并实现稳定的追踪效果，提高3D物体检测的鲁棒性。

ARKit 6依然只是小幅更新，一方面是因为该技术本身已经领先竞争对手，另一方面，按照苹果的设计思路，软件方面新功能大概率需更强大的硬件做支撑。



4K分辨率、HDR录制可为视频拍摄和分享、电影制作等场景带来价值，与此同时，也可以实现更好的VST混合现实效果。以往在谈到移动AR时，更多关注的是3D AR内容的清晰度、逼真度，以及与物理场景的自然交互/融合。而实际上，移动ARden视频背景清晰度也同样重要，对于VST头显来讲更是如此，清晰的视频透视可减少长时间体验的视觉疲劳。此外，ARKit 6带来的实时调节相机曝光、白平衡、对焦功能，对于沉浸式AR体验也很重要，比如可以把现实场景调暗等等操作。

甚至，如果还可以设置不同的焦点切换（这一点暂时没有明确），还能基于此实现引导注意力转移等玩法，对MR游戏的虚实融合类交互帮助很大，想象空间很大。



苹果还发布了新的AR工具：RoomPlan API，特点是基于ARKit和Swift API，硬件基于LiDAR设备，可通过扫描房屋场景进行3D规划，适用于房地产、建筑、室内设计、电子商务、酒店管理等行业。扫描后可导出USD或USDZ格式文件，文件中信息包括：房间中识别到的组件尺寸，家具类型等，并可在C4D、AutoCAD、Shapr3D等进一步编辑。

至此，苹果AR生态由5大套件组成：ARKit、RealityKit、RoomPlan、AR创作工具（Reality Composer、Reality Converter、Xcode和USDZ工具）和AR Quick Look。

在LBS AR、VPS领域，苹果也有布局，但全新设计的苹果地图在全球覆盖率上不如谷歌地图。比如此前苹果曾推出类似谷歌街景的Look Around功能，可实现基于VPS原理的AR导航等功能，但AR导航仅支持十几个城市。

此外，苹果在WWDC 2022上还推出了MapKit，允许开发者在AR应用中调用原生地图能力，推动LBS AR应用。

从ARKit的一次次更新中，一个重点是打通3D内容格式（USDZ），另一方面则是利用LiDAR模组优化AR性能。如�虓N外，苹果未来的AR/VR头显也将支持大量的LiDAR功能和应用。比如可以预见的是，图像识别、文字语言翻译、单位转换、价格识别等基于摄像头的玩法，未来很可能会作为MR/AR头戴设备的基础功能。

由此可见，ARKit打磨6-7年时间，苹果借助现有硬件已经支持相机动态调焦，以及曝光、白平衡等参数调节。而且，在相机、视频录制上有明显优势，显然苹果的VST方案上限可能会很高，就像是早年间的安卓手机和iPhone拍照的差别。接下来，苹果要做的就是AR/VR头显端的内容生态，这也直接影响着用户对这款产品的关注程度。

     

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