如何使用 SceneKit 查找可见的 SCNNode 并删除受阻的 SCNNode

如何使用 SceneKit 查找可见的 SCNNode 并删除受阻的 SCNNode
Mia Chevalier
2025年1月1日星期三 下午2:07:40
SCNNode

掌握 SceneKit 中的可见性检查

想象一下，使用充满活力的玩具节点构建 3D 场景，并小心地放置在容器中。当用户触摸屏幕时，您希望确定他们可以与哪些玩具进行视觉交互。然而，并非所有玩具都是可见的，因为有些玩具隐藏在场景中其他玩具的后面。这给您的应用程序增加了一层额外的复杂性。

使用基本的命中测试可能会为您提供触摸位置处的节点列表，但它不会告诉您这些节点是否实际上可见。被其他节点遮挡的节点仍然包含在命中测试结果中，导致交互不准确。这可能会让希望在您的应用程序中进行精确控制的用户感到沮丧。 🙄

为了解决这个问题，我们需要一种方法来过滤掉被阻挡的节点，确保只检测到可见的节点。此过程涉及考虑 SceneKit 的渲染行为并合并逻辑以有效测试可见性。通过了解深度和遮挡，您可以使您的应用程序更加直观和用户友好。

在本指南中，我们将探讨确定节点在屏幕上是否真正可见的方法。使用这些技术，您将能够创建引人入胜且响应灵敏的触摸交互，从而增强您的 SceneKit 项目！ 🚀

命令 使用示例
sceneView.projectPoint 将 SceneKit 世界中的 3D 点投影到其 2D 屏幕空间坐标。此处用于确定节点是否在相机视图内。
hitTestWithSegment 从起点到终点执行射线相交测试，返回与射线相交的节点。帮助识别阻挡目标节点可见性的节点。
SCNNode.worldPosition 提供 SceneKit 世界空间中节点的全局位置。这对于准确计算距离和执行能见度检查至关重要。
SCNView.hitTest 在 2D 屏幕坐标上进行点击测试，以识别特定触摸位置处可见的节点。对于确定节点是否被其他节点阻塞很有用。
SCNGeometry 定义节点的形状，例如球体或立方体。在示例中用于创建具有特定几何形状的测试节点。
XCTest.XCTAssertTrue 作为 XCTest 的一部分，此断言检查单元测试期间条件是否为真。此处用于验证可见性检测逻辑是否正常工作。
SCNVector3 表示 SceneKit 中位置或方向的 3D 矢量结构。用于射线方向计算和空间变换。
SCNNode.addChildNode 将子节点添加到 SceneKit 层次结构中的另一个节点。用于在单元测试和示例期间将测试节点放置在场景中。
XCTMain 运行 XCTestCase 类的数组。这将初始化并执行单元测试以验证可见性逻辑的功能。
SCNNode.hitTestWithSegment 一种专门的 SceneKit 方法，用于确定光线与特定节点的相交。它确保确定节点是否被遮挡的准确性。

了解 SceneKit 中 SCNNode 的可见性和阻碍

SceneKit 是 iOS 上强大的 3D 渲染框架，但它在处理节点可见性时也面临着一些挑战。关键问题之一是确定节点在屏幕上是否可见或被其他节点遮挡。我们之前讨论的脚本通过组合来解决这个问题 和深度信息。使用 方法，我们可以将节点的 3D 位置映射到 2D 屏幕坐标，从而让我们深入了解该节点是否位于相机的视野内。这是确定可见性的第一步。

接下来，使用光线测试方法实现 ，检查相机和目标节点之间是否存在节点。此方法将虚拟射线从相机发送到节点的位置，识别它相交的任何对象。在现实世界的例子中，想象一堆彩色块；有些可能是完全可见的，而另一些则隐藏在顶部块后面。光线测试逻辑确保当用户与屏幕交互时仅考虑可见块。 🌟

除了检测阻塞之外，第二个脚本还利用 方法来识别哪个节点最接近触摸点。这确保了如果屏幕上有多个节点重叠，则仅选择前面的一个。此过程在游戏或教育工具等交互式应用中至关重要，因为精度至关重要。例如，如果用户选择虚拟容器中的玩具，他们期望只有可见的玩具做出响应，而不是隐藏在其后面的玩具。 🧸

最后，单元测试在验证这些解决方案方面发挥着关键作用。这些测试确保相机后面的节点或被其他节点遮挡的节点被正确过滤掉。通过使用 XCTest 自动执行检查，开发人员可以自信地集成功能，而不必担心回归。这种方法不仅简化了调试，还确保了良好的用户体验。这些脚本和方法共同提供了一个强大的解决方案，用于管理 SceneKit 中的可见性，从而增强 3D 应用程序的可用性和可靠性。

无阻碍地确定 SCNNode 可见性

使用 Swift 和 SceneKit 渲染功能的解决方案，重点关注命中测试和可见性。

// Import SceneKit framework
import SceneKit
// Function to check if a node is visible on screen
func isNodeVisible(node: SCNNode, sceneView: SCNView) -> Bool {
    // Get the node's projected position in screen space
    let projectedPoint = sceneView.projectPoint(node.worldPosition)

    // Check if the projected point is within the view's bounds
    guard projectedPoint.z > 0 else {
        return false // Behind the camera
    }

    // Perform a ray test from the camera to the node
    let cameraPosition = sceneView.pointOfView?.worldPosition ?? SCNVector3Zero
    let rayDirection = node.worldPosition - cameraPosition

    let hitResults = sceneView.scene?.rootNode.hitTestWithSegment(from: cameraPosition, to: node.worldPosition, options: nil) ?? []
    if let firstHit = hitResults.first {
        return firstHit.node == node // Node is visible if it is the first hit
    }

    return false
}

// Example usage
let visibleNodes = nodes.filter { isNodeVisible(node: $0, sceneView: sceneView) }

使用 SceneKit 的深度信息进行可见性检查

此方法使用 Swift 中的 SceneKit 深度缓冲区来确定可见性。

// Function to check node visibility with depth information
func isNodeVisibleUsingDepth(node: SCNNode, sceneView: SCNView) -> Bool {
    // Get the projected position of the node
    let projectedPoint = sceneView.projectPoint(node.worldPosition)

    // Check if within screen bounds
    guard projectedPoint.z > 0 else {
        return false // Behind the camera
    }

    // Convert projected point to screen coordinates
    let screenX = CGFloat(projectedPoint.x) * sceneView.frame.size.width
    let screenY = CGFloat(projectedPoint.y) * sceneView.frame.size.height

    // Perform a depth test
    if let hitTestResult = sceneView.hitTest(CGPoint(x: screenX, y: screenY), options: nil).first {
        return hitTestResult.node == node
    }

    return false
}

// Example: Collect all visible nodes
let visibleNodes = nodes.filter { isNodeVisibleUsingDepth(node: $0, sceneView: sceneView) }

单元测试可见性检测

使用 XCTest 测试 Swift 中的 SCNNode 可见性逻辑。

import XCTest
import SceneKit
class NodeVisibilityTests: XCTestCase {
    var sceneView: SCNView!
    var testNode: SCNNode!

    override func setUp() {
        super.setUp()
        sceneView = SCNView() // Create a mock SceneKit view
        testNode = SCNNode(geometry: SCNSphere(radius: 1.0))
        sceneView.scene?.rootNode.addChildNode(testNode)
    }

    func testNodeIsVisible() {
        let isVisible = isNodeVisible(node: testNode, sceneView: sceneView)
        XCTAssertTrue(isVisible, "Test node should be visible.")
    }
}

// Run tests
XCTMain([NodeVisibilityTests()])

SceneKit 中节点可见性的高级技术

使用 SceneKit 时，了解可见性不仅仅是检测障碍物；还包括检测障碍物。它还涉及管理节点的视觉优先级。一个重要的概念是渲染管道中的分层。 SceneKit 以深度优先的方式渲染节点，这意味着较近的节点会绘制在较远的节点上。通过调整属性，如 ，您可以显式控制特定节点的绘制顺序，确保关键对象始终出现在顶部。

另一个需要考虑的方面是相机的视角。 视野 (FOV) 影响屏幕内可见的节点。窄视场将注意力集中在远处的物体上，而宽视场包含场景中的更多元素，但会使可见性检查更加复杂。例如，在交互式博物馆应用程序中，狭窄的视场可能会突出显示特定的展览，而较宽的视场可以让用户探索更多的环境。 🎥

最后，利用遮挡剔除可以优化渲染并增强可见性检查。遮挡剔除是一种在渲染节点被其他节点遮挡时完全跳过渲染节点的技术，从而提高性能和准确性。 SceneKit 本身并不支持实时遮挡剔除，但开发人员可以通过将边界框检查与深度数据相结合来实现。例如，在 3D 玩具整理器中，剔除可确保只有前排的玩具可交互，从而使应用程序对用户来说更加直观。 🚀

  1. 目的是什么 在场景工具包中？
  2. 这 属性决定节点渲染的顺序。较低的值会较早渲染，从而允许较高的值出现在顶部。
  3. 怎么样 影响节点可见性？
  4. 视野会影响相机的视角，从而影响哪些节点适合屏幕空间。调整视场可以增强焦点或扩大探索范围。
  5. 的作用是什么 在场景工具包中？
  6. 遮挡剔除会跳过完全遮挡的渲染节点，从而提高性能并使可见性检测更加高效。
  7. 我可以优先考虑某些节点以始终显示可见吗？
  8. 是的，通过设置更高的 ，您可以确保关键节点保持可见，无论深度或障碍物如何。
  9. 命中测试如何解释重叠节点？
  10. 命中测试如 返回深度上最接近的节点，确保重叠的节点被适当过滤。

在 SceneKit 中，可见性管理确保了良好的用户体验，仅允许与可见节点进行交互。命中测试和光线测试等技术简化了过程，提供了动态场景的精度。

通过结合深度分析和优化渲染技术，开发人员可以解决复杂的可见性挑战。这可以提高应用程序性能并确保直观的交互，从而提高 3D 项目的价值。 🚀

  1. 有关 SceneKit 命中测试和渲染的详细信息： 苹果开发者文档 - SCNNode
  2. 有关高级 SceneKit 渲染技术的信息： Apple 开发者文档 - SCNView
  3. 在 SceneKit 中使用光线相交和深度测试的指南： Stack Overflow - SceneKit 深度测试