如何编写和精灵宝可梦一样的 app（） _编写

人生处万类,知识最为贤。这篇文章主要讲述如何编写和精灵宝可梦一样的 app？相关的知识，希望能为你提供帮助。

原文： How To Make An App Like Pokemon Go
作者： Jean-Pierre Distler
译者： kmyhy

如今最流行的一个手机游戏就是精灵宝可梦。它使用增强现实技术将游戏带入到“真实世界”，让玩家做一些对健康有益的事情。
在本教程中，我们将编写自己的增强现实精灵捕获游戏。这个游戏会显示一张包含有你的位置和敌人的位置的地图，用一个 3D SceneKit 视图呈现后置摄像头中拍摄的图像和敌人的 3D 模型。
如果你第一次接触增强现实，你可以先看一下我们的基于地理位置的 RA 教程。对于要介绍如何编写精灵宝可梦 app 的本教程来说，它不是必须的，但它里面包含了大量本教程未涉及的关于数学和 RA 的有用知识。
开始本教程的开始项目在此处下载。项目包含了两个 view controller 和一个 art.scnassets 文件夹，这个文件夹中包括了必须的 3D 模型和贴图。
ViewController.swift 是一个 UIViewController 子类，用于显示 app 的 AR 内容。MapViewController 用于显示一张地图，地图上会包含你的当前位置以及附近敌人的位置。一些基本的东西，比如约束和出口，都是已经建好的了，你只需要关注本教程的核心内容，即怎样让 app 长得像精灵宝可梦。
在地图上添加敌人在你能够和敌人战斗之前，需要知道敌人在哪。新建一个 Swift 文件，叫做 ARItem.swift。
在文件的 ARItem.swift 的 import Foundation 一行后添加：

import CoreLocationstruct ARItem { let itemDescription: String let location: CLLocation }

ARItem 有一个描述字段和一个坐标。这样我们就能够知道是什么样的敌人，以及它在哪里。
打开 MapViewController.swift 添加一个 impor CoreLocation 语句以及一个属性:

var targets = [ARItem]()

添加如下方法：

func setupLocations() { let firstTarget = ARItem(itemDescription: " wolf" , location: CLLocation(latitude: 0, longitude: 0)) targets.append(firstTarget)let secondTarget = ARItem(itemDescription: " wolf" , location: CLLocation(latitude: 0, longitude: 0)) targets.append(secondTarget)let thirdTarget = ARItem(itemDescription: " dragon" , location: CLLocation(latitude: 0, longitude: 0)) targets.append(thirdTarget) }

我们通过硬编码的方式创建了 3 个敌人。我们会将坐标(0,0) 替换成靠近你物理坐标附近的坐标。
有许多查找坐标的方法。比如，可以在你当前位置附近创建一些随机的坐标，使用我们在上一篇教程的 PlacesLoader 或者 Xcode 模拟当前位置。当然，我们不想让随机坐标出现在你邻居的卧室里。那就尴尬了。
简单点的方法，就是使用 Google 地图。打开 https://www.google.com/maps/ 查找你当前的位置。当你点击地图，会显示一个大头钉，底部弹出一个气泡。
在气泡中会显示你的经纬度。我建议你从你的位置或你所在的街道附近创建出一些硬编码的位置，这样你就没有必要去敲邻居家门，告诉他你需要去他的卧室抓一条龙。
选择 3 个位置，将上面代码中的 0 替换成你选择的坐标。

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在地图上标出敌人我们已经设定了敌人的坐标，应该在地图上将它们显示出来。新增一个 Swift 文件，取名为 MapAnnotation.swift。在这个文件中编写如下代码：

import MapKitclass MapAnnotation: NSObject, MKAnnotation { //1 let coordinate: CLLocationCoordinate2D let title: String? //2 let item: ARItem //3 init(location: CLLocationCoordinate2D, item: ARItem) { self.coordinate = location self.item = item self.title = item.itemDescriptionsuper.init() } }

我们创建了一个 MapAnnotation 类并实现了 MKAnnotation 协议。

这个协议需要实现一个 coordinate 属性和 title 属性。
item 属性保存了和大头钉相关的 ARItem。
实现一个便利初始化方法，在方法中对所有属性进行赋值。

回到 MapViewController.swift 在 setupLocations() 方法最后一句添加:

for item in targets { let annotation = MapAnnotation(location: item.location.coordinate, item: item) self.mapView.addAnnotation(annotation) }

循环遍历 targets 数组，每个 target 都会添加一个大头钉到地图上。
在 viewDidLoad() 方法最后调用 setupLocations():

override func viewDidLoad() { super.viewDidLoad()mapView.userTrackingMode = MKUserTrackingMode.followWithHeading setupLocations() }

在定位之前，我们必须获得权限。
在 MapViewController 中添加一个新属性:

let locationManager = CLLocationManager()

在 viewDidLoad() 最后一句，添加请求权限的代码：

if CLLocationManager.authorizationStatus() = = .notDetermined { locationManager.requestWhenInUseAuthorization() }

注意：如果不进行权限请求， map view 无法加载用户位置。而且不会提示任何错误信息。每当你调用位置服务时，你都无法获得位置信息，要排除错误请首先从这个地方开始。

运行 app，等一会地图将缩放到你的当前位置并显示出一些红色的大头钉，它们表示了敌人的位置。

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添加增强现实效果我们有一个看起来不错的 app，但我们还需要添加一些 AR 元素。在下一节，我们将添加一个摄像窗口并添加一个简单的方块来代表敌人。
首先我们需要跟踪用户位置。在 MapViewController 声明属性：

var userLocation: CLLocation?

然后添加一个扩展：

extension MapViewController: MKMapViewDelegate { func mapView(_ mapView: MKMapView, didUpdate userLocation: MKUserLocation) { self.userLocation = userLocation.location } }

每次设备的位置发生改变，这个方法会被调用。这个方法中，我们简单地保存了用户位置，以便在另一个方法中使用。
在扩展中添加委托方法：

func mapView(_ mapView: MKMapView, didSelect view: MKAnnotationView) { //1 let coordinate = view.annotation!.coordinate //2 if let userCoordinate = userLocation { //3 if userCoordinate.distance(from: CLLocation(latitude: coordinate.latitude, longitude: coordinate.longitude)) < 50 { //4 let storyboard = UIStoryboard(name: " Main" , bundle: nil)if let viewController = storyboard.instantiateViewController(withIdentifier: " ARViewController" ) as? ViewController { // more code later //5 if let mapAnnotation = view.annotation as? MapAnnotation { //6 self.present(viewController, animated: true, completion: nil) } } } } }

当用户点击到一个距离你不超过 50 米的敌人时，显示一个摄像画面：

获取所选中的大头钉的坐标。
去报 uerLocation 不为空。
确认所点的大头钉在用户位置 50 米范围内。
从故事版中实例化一个 ARViewController 实例。
检查被点击到的大头钉类型是 MapAnnotation。
显示 viewController。

运行 app,点击你位置附近的任意大头钉，会显示一个空白的 view controller：

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添加摄像画面打开 ViewController.swift，在 import SceneKit 后面添加 import AVFoundation：

import UIKit import SceneKit import AVFoundationclass ViewController: UIViewController { ...

添加两个属性用于保存一个 AVCaptureSession 对象和一个 AVCaptureVideoPreviewLayer 对象:

var cameraSession: AVCaptureSession? var cameraLayer: AVCaptureVideoPreviewLayer?

我们会用 capture session 来访问视频输入（比如镜头）和输出（比如取景框）。
添加一个方法：

func createCaptureSession() -> (session: AVCaptureSession?, error: NSError?) { //1 var error: NSError? var captureSession: AVCaptureSession?//2 let backVideoDevice = AVCaptureDevice.defaultDevice(withDeviceType: .builtInWideAngleCamera, mediaType: AVMediaTypeVideo, position: .back)//3 if backVideoDevice != nil { var videoInput: AVCaptureDeviceInput! do { videoInput = try AVCaptureDeviceInput(device: backVideoDevice) } catch let error1 as NSError { error = error1 videoInput = nil }//4 if error = = nil { captureSession = AVCaptureSession()//5 if captureSession!.canAddInput(videoInput) { captureSession!.addInput(videoInput) } else { error = NSError(domain: " " , code: 0, userInfo: [" description" : " Error adding video input." ]) } } else { error = NSError(domain: " " , code: 1, userInfo: [" description" : " Error creating capture device input." ]) } } else { error = NSError(domain: " " , code: 2, userInfo: [" description" : " Back video device not found." ]) }//6 return (session: captureSession, error: error) }

这个方法负责这些事情：

创建一些变量，用于返回一些值。
获得后置摄像头。
如果摄像头有效，获取它的输入。
创建 AVCaptureSession 对象。
将后置摄像头输入添加到 capture session。
返回一个元组，包含 captureSession 和 error。

现在我们已经从摄像头拿到输入了，就可以把它添加到视图中：

func loadCamera() { //1 let captureSessionResult = createCaptureSession()//2 guard captureSessionResult.error = = nil, let session = captureSessionResult.session else { print(" Error creating capture session." ) return }//3 self.cameraSession = session//4 if let cameraLayer = AVCaptureVideoPreviewLayer(session: self.cameraSession) { cameraLayer.videoGravity = AVLayerVideoGravityResizeAspectFill cameraLayer.frame = self.view.bounds //5 self.view.layer.insertSublayer(cameraLayer, at: 0) self.cameraLayer = cameraLayer } }

代码解释如下:

首先调用前面的方法获得一个 capture session。
判断是否有错误发生，或者 capture session 为空，如果是立即 return，和 AR 说 bye-bye 吧！
否则，将 capture session 保存到 cameraSession 变量。
创建摄像预览图层，如果创建成功，设置它的 videoGravity 属性和 frame 属性，让它占据整个屏幕。
将摄像预览图层（取景框）添加到 sublayers 中并保存到 cameraLayer 变量。

然后，在 viewDidLoad() 加入:

loadCamera() self.cameraSession?.startRunning()

这里只做了两件事情：首先调用前面编写的方法，然后打开镜头取景框。这个取景框立马会显示到预览图层上。
运行 app，点击你身边的任何一个位置，你会看到一个全新的镜头预览界面：

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添加方块干得不错，但这还不算真正的 RA。在这一节，我们将添加一个简单的方块来表示敌人，并根据用户的位置和朝向来移动它。
这个游戏会有两种敌人：狼和龙。
因此，我们需要知道敌人的种类以及应该在哪里显示它们。
在 ViewController 中添加如下属性（用于保存敌人的信息）：

var target: ARItem!

打开 MapViewController.swift, 找到 mapView(_:, didSelect:) 将最后一个 if 语句修改为:

if let mapAnnotation = view.annotation as? MapAnnotation { //1 viewController.target = mapAnnotation.itemself.present(viewController, animated: true, completion: nil) }

在显示 viewController 之前，将一个 ARItem(它是被点击的大头钉的 item 属性)赋给它。这样， viewController 就能够知道当前敌人的种类。
现在 ViewController 已经获得了 target 的信息了。
打开 ARItem.swift 导入 SceneKit。

import Foundation import SceneKitstruct ARItem { ... }

添加一个属性，用于保存一个 SCNNode 对象：

var itemNode: SCNNode?

确保这个属性声明在 ARItem 结构的其它属性之后，因为在隐式的初始化方法将使用相同的顺序来定义参数。
Xcode 会提示 MapViewController.swift 中有一个错误。要解决这个错误，请打开这个文件，找到 setupLocations() 方法。
我们需要修改在编辑器左边标有一个红点的代码。

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对于这些代码，我们都需要将缺少的 itemNode 参数用 nil 来补上。
例如，这一行：

let firstTarget = ARItem(itemDescription: " wolf" , location: CLLocation(latitude: 50.5184, longitude: 8.3902))

应当改为：

let firstTarget = ARItem(itemDescription: " wolf" , location: CLLocation(latitude: 50.5184, longitude: 8.3902), itemNode: nil)

我们知道了敌人的种类，以及它们的位置，但我们还需要知道设备当前朝向。
打开 ViewController.swift ，导入 CoreLocation：

import UIKit import SceneKit import AVFoundation import CoreLocation

然后，增加属性声明：

//1 var locationManager = CLLocationManager() var heading: Double = 0 var userLocation = CLLocation() //2 let scene = SCNScene() let cameraNode = SCNNode() let targetNode = SCNNode(geometry: SCNBox(width: 1, height: 1, length: 1, chamferRadius: 0))

代码解释如下:

我们用一个 CLLocationManager 去监听设备的朝向。heading 的单位为度，表示正北方或者磁北极偏转角度。
创建一个 SCNode() 和一个 SCNode 对象。targetNode 将用来放入一个立方体。

在 viewDidLoad() 最后一句添加：

//1 self.locationManager.delegate = self //2 self.locationManager.startUpdatingHeading()//3 sceneView.scene = scene cameraNode.camera = SCNCamera() cameraNode.position = SCNVector3(x: 0, y: 0, z: 10) scene.rootNode.addChildNode(cameraNode)

代码解释如下：

将 ViewController 设置为 CLLocationManager 委托。
通过调用 startUpdatingHeading 方法，我们可以接收方向通知。默认，当方向改变超过 1 度时，委托方法会被调用。
This sets ViewController as the delegate for the CLLocationManager.
设置 SCNView。首先创建了一个空的 scene，然后将相机添加到其中。

添加一个扩展，实现 CLLocationManagerDelegate 协议：

extension ViewController: CLLocationManagerDelegate { func locationManager(_ manager: CLLocationManager, didUpdateHeading newHeading: CLHeading) { //1 self.heading = fmod(newHeading.trueHeading, 360.0) repositionTarget() } }

当收到新的方向通知， CLLocationManager 会调用这个委托方法。fmod 对 double 进行取模运算，确保方向的取值位于 0-359 之间。
在 ViewController.swift 中添加一个 repostionTarget()方法，注意是放在类实现而不是 CLLocationManagerDelegate 扩展中:

func repositionTarget() { //1 let heading = getHeadingForDirectionFromCoordinate(from: userLocation, to: target.location)//2 let delta = heading - self.headingif delta < -15.0 { leftIndicator.isHidden = false rightIndicator.isHidden = true } else if delta > 15 { leftIndicator.isHidden = true rightIndicator.isHidden = false } else { leftIndicator.isHidden = true rightIndicator.isHidden = true }//3 let distance = userLocation.distance(from: target.location)//4 if let node = target.itemNode {//5 if node.parent = = nil { node.position = SCNVector3(x: Float(delta), y: 0, z: Float(-distance)) scene.rootNode.addChildNode(node) } else { //6 node.removeAllActions() node.runAction(SCNAction.move(to: SCNVector3(x: Float(delta), y: 0, z: Float(-distance)), duration: 0.2)) } } }

代码解释如下：

getHeadingForDirectionFromCoordinate 这个方法用于计算从当前位置到目标的方向，具体实现后面介绍。
计算设备当前方向和目标方向之间的偏转角度(即 delta)。如果 delta 小于 -15，显示左箭头。如果大于 15，显示右箭头。如果在 -15 到 15 之间，两个箭头都隐藏，表示敌人就在屏幕中。
计算从设备位置到敌人之间的距离。
如果 itemNode 不为空……
同时 node 没有父节点，将 itemNode 的位置设置为 distance 并将 node 放到屏幕上。
否则，删除所有 action 并创建一个新的 action。

如果你懂 SceneKit 或者 SpriteKit，则最后一句代码你懂的。否则，这里会进行更详细的介绍。
SCNAction.move(to:, duration:) 方法创建一个 action，将节点以指定时间移动到指定的位置。runAction(_:) 也是 SCNNode 方法，用于执行一个 action。我们还可以创建 action 组/序列。要了解更多内容，请阅读我们的这本书3D Apple Games by Tutorials。
继续实现前面未实现的方法。在 ViewController.swift 中添加这几个方法：

func radiansToDegrees(_ radians: Double) -> Double { return (radians) * (180.0 / M_PI) }func degreesToRadians(_ degrees: Double) -> Double { return (degrees) * (M_PI / 180.0) }func getHeadingForDirectionFromCoordinate(from: CLLocation, to: CLLocation) -> Double { //1 let fLat = degreesToRadians(from.coordinate.latitude) let fLng = degreesToRadians(from.coordinate.longitude) let tLat = degreesToRadians(to.coordinate.latitude) let tLng = degreesToRadians(to.coordinate.longitude)//2 let degree = radiansToDegrees(atan2(sin(tLng-fLng)*cos(tLat), cos(fLat)*sin(tLat)-sin(fLat)*cos(tLat)*cos(tLng-fLng)))//3 if degree > = 0 { return degree } else { return degree + 360 } }

radiansToDegrees(_:) 和 degreesToRadians(_:) 方法用于将弧度和角度互转。
getHeadingForDirectionFromCoordinate(from:to:) 方法代码解释如下:

首先，将角度转换为弧度。
然后用转换后的弧度计算出方向在转成角度。
如果 degree 是负数，将之加上 360 度让数据更一致。这是可以的，因为 -90 度就等于 270 度。

还需要几个步骤才能运行你的 app。
首先，必须将用户的坐标传递给 viewController。打开 MapViewController.swift 找到 mapView(_:, didSelect:) 的最后一个 if 语句，在显示 view controller 之前加上这句：

viewController.userLocation = mapView.userLocation.location!

然后在 ViewController.swift 中添加这个方法：

func setupTarget() { targetNode.name = " enemy" self.target.itemNode = targetNode }

这个方法为 targetNode 设置一个名字，然后将它赋给 target。
现在可以在 viewDidLoad() 方法最后来调用这个方法了。在添加完摄像头之后添加：

scene.rootNode.addChildNode(cameraNode) setupTarget()

运行 app，可以看到方块在移动：

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美化我们的 app 在开发 app 初期用方块或者圆球是一种简单的处理方法，因为这样省去了大量 3D 建模的时间——但 3D 模型看起来毕竟要漂亮得多。在这一节，我们将继续美化我们的 app ，为敌人加入 3D 模型，以及赋予玩家扔出火球的能力。
打开 art.scnassets 文件夹，里面有两个 .dae 文件。它们包含了敌人的模型：狼和龙。
接下来修改 ViewController.swift 中的 setupTarget() 方法，在其中加载这些 3D 模型并赋给目标的 itemNode 属性。
将 setupTarget() 方法修改为：

func setupTarget() { //1 let scene = SCNScene(named: " art.scnassets/\\(target.itemDescription).dae" ) //2 let enemy = scene?.rootNode.childNode(withName: target.itemDescription, recursively: true) //3 if target.itemDescription = = " dragon" { enemy?.position = SCNVector3(x: 0, y: -15, z: 0) } else { enemy?.position = SCNVector3(x: 0, y: 0, z: 0) }//4 let node = SCNNode() node.addChildNode(enemy!) node.name = " enemy" self.target.itemNode = node }

代码解释如下：

首先将模型加载到场景中。目标的 itemDescription 属性名和 .dae 文件名对应。
然后遍历场景，查找其中和 itemDescription 名字相同的节点。这只会有一个节点，即模型的根节点。
调整模型放置的位置，以便两个模型都会在同一地方出现。如果两个模型都出自同一个设计师之手，可能这一步是不必要的。但是我的这两个模型分别来自不同的设计师：狼来自于 3dwarehouse.sketchup.com ，龙来自于 https://clara.io。
将模型添加到空节点，然后将节点赋给当前目标的 itemNode 属性。还剩下一个小问题，即触摸的处理，放在后面介绍。

运行 app，你会看到一只立体的狼，这可比一个便宜的方块要吓人多了！
事实上，这只狼足以让你吓得远远抛开了，但作为勇敢主角的你，逃跑从来不是你的选择！接下来你应该加上几个火球，这样你就能在成为狼的点心之前战胜它了。
抛出火球的最好时机是用户的触摸结束事件，因此在 ViewController.swift 中实现这个方法:

override func touchesEnded(_ touches: Set< UITouch> , with event: UIEvent?) { //1 let touch = touches.first! let location = touch.location(in: sceneView)//2 let hitResult = sceneView.hitTest(location, options: nil) //3 let fireBall = SCNParticleSystem(named: " Fireball.scnp" , inDirectory: nil) //4 let emitterNode = SCNNode() emitterNode.position = SCNVector3(x: 0, y: -5, z: 10) emitterNode.addParticleSystem(fireBall!) scene.rootNode.addChildNode(emitterNode)//5 if hitResult.first != nil { //6 target.itemNode?.runAction(SCNAction.sequence([SCNAction.wait(duration: 0.5), SCNAction.removeFromParentNode(), SCNAction.hide()])) let moveAction = SCNAction.move(to: target.itemNode!.position, duration: 0.5) emitterNode.runAction(moveAction) } else { //7 emitterNode.runAction(SCNAction.move(to: SCNVector3(x: 0, y: 0, z: -30), duration: 0.5)) } }

代码解释如下：

将触摸转换成场景坐标。
hitTest(_, options:) 方法向指定的位置发射射线，返回一个 SCNHitTestResult 数组，表示该射线所穿过的所有节点。
从 SceneKit 粒子文件中加载粒子系统，用于发射火球。
将粒子系统加到一个空节点身上，然后将它放到屏幕下方以外。这使得火球看起来是从玩家位置发射的。
判断是否有碰撞发生……
等待 0.5 秒，然后移除敌人所对应的 itemNode。同时将粒子发射器节点移动到敌人的位置。
如果没有碰撞发生，火球移动到一个固定的位置。

运行 app，让恶饿狼在火焰中焚烧吧！

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收尾工作要完成 app，我们还需要将敌人从列表中删除，关闭 AR 视图并回到地图，以便找到下一个敌人。
移除敌人应当在 MapViewController 中进行，因为敌人列表就在那里。我们可以说明只有一个方法的委托协议，当目标被击中后调用这个方法。
在 ViewController.swift 的类声明之前，添加如下协议：

protocol ARControllerDelegate { func viewController(controller: ViewController, tappedTarget: ARItem) }

同时为 ViewController 声明一个属性：

var delegate: ARControllerDelegate?

委托方法会告诉委托对象说明时候发生了碰撞事件，然后委托对象就可以进行下一步的处理。
在 ViewController.swift 中找到 touchesEnded(_:with:) 方法，将if 语句中的代码块修改为：

if hitResult.first != nil { target.itemNode?.runAction(SCNAction.sequence([SCNAction.wait(duration: 0.5), SCNAction.removeFromParentNode(), SCNAction.hide()])) //1 let sequence = SCNAction.sequence( [SCNAction.move(to: target.itemNode!.position, duration: 0.5), //2 SCNAction.wait(duration: 3.5), //3 SCNAction.run({_ in self.delegate?.viewController(controller: self, tappedTarget: self.target) })]) emitterNode.runAction(sequence) } else { ... }

解释如下：

将粒子发射器节点的 action 改成一个 action 序列，其中 move 动作仍然保留。
move 动作之后，暂停 3.5 秒。
通知委托对象， target 被击中。

打开 MapViewController.swift 声明一个属性，用于保存选中的大头钉：

var selectedAnnotation: MKAnnotation?

这个属性用于待会将它从地图上移出。修改它的 viewController 的初始化和条件绑定（ if let）部分的代码：

if let viewController = storyboard.instantiateViewController(withIdentifier: " ARViewController" ) as? ViewController { //1 viewController.delegate = selfif let mapAnnotation = view.annotation as? MapAnnotation { viewController.target = mapAnnotation.item viewController.userLocation = mapView.userLocation.location!//2 selectedAnnotation = view.annotation self.present(viewController, animated: true, completion: nil) } }

非常简单：

将 viewController 的委托设置为 MapViewController。
保存用户点中的大头钉对象。

在 MKMapViewDelegate 扩展下面添加：

extension MapViewController: ARControllerDelegate { func viewController(controller: ViewController, tappedTarget: ARItem) { //1 self.dismiss(animated: true, completion: nil) //2 let index = self.targets.index(where: {$0.itemDescription = = tappedTarget.itemDescription}) self.targets.remove(at: index!)if selectedAnnotation != nil { //3 mapView.removeAnnotation(selectedAnnotation!) } } }

代码解释如下：