Unity3DからiOS SDKおよびSceneKitへのアプリケーションの移植の経験

本日、 SceneKitフレームワークを使用してアプリケーションに第二の生命を与える方法について、パートナーであるTry Sports Nowの経験を共有しています。



「長い間不明瞭な状態で植生していたアプリケーションが、突然ユーザーの間で人気を獲得し、利益を上げるようになります。 言うまでもなく、このような状況では、それを開発および更新することをお勧めします。 1つ悪いのは、製品のソースコードが需要のない時期に道徳的に陳腐化しており、その更新に費やされる時間は、新しいソースをゼロから開発するリソースに匹敵することが判明する場合があることです。 Human Anatomy 3Dプロジェクトで作業しているときに、同様の問題に直面しました。 この記事では、Unity3Dソースからネイティブバージョンへのアプリケーションの新しいバージョンの移行がどのように行われたかを説明し、プロセスで発生した問題のいくつかを強調します。



このアプリケーションは、数年前にクロスプラットフォームのUnity3Dで作成されました。 しばらくして、クロスプラットフォームは無関係になり、App Storeのバージョンはユーザーのデバイス上で多くのスペースを占有し続けました。 また、Unity3Dエンジンの機能は、機能の実装に対して冗長でした。3Dオブジェクトを表示するために必要なのは、それらとの基本的な相互作用およびアニメーションの表示だけでした。 上記を考慮して、ネイティブiOSおよびmacOSソースでバージョンを更新し、SceneKitを使用して3Dオブジェクトを操作するためのモジュールを実装することにしました。 この決定は、主にこのツールに精通しているという事実によって決定されました。

SceneKitショートレビュー

SceneKitは、3次元オブジェクトを操作するために設計された高レベルのフレームワークです。 物理エンジン、パーティクルジェネレータ、および便利なAPIが含まれています。 SceneKitはシーングラフに基づいています。 このアプローチは、3Dエディター（Blender、Lightwaveなど）と同様に、ゲームエンジン（Unity、Cocosなど）で広く使用されています。 シーングラフの詳細については、 こちらをご覧ください 。 典型的な構造を考えてみましょう。











この構造の主な要素はノード（SCNNode）で、位置、回転角度、スケールに関する情報が含まれています。 子ノードの位置、回転、およびスケールは、親ノードを基準にして決定されます。

• SCNGeometryは、オブジェクトの形状と一連のマテリアルを介した表示を定義します。
• SCNCameraは、シーンを見るポイントを担当します（映画を撮影するときのカメラに似ています）。
• SCNLightは照明を担当します。 その位置は、シーン内のすべてのオブジェクトに影響します。

構造からわかるように、ルートオブジェクトはSCNSceneであり、ルートノードへのリンクが含まれています。 シーンの構造全体が構築されるのは、このノードに関してです。



次に、プロジェクトでどのように使用されたかを見てみましょう。 最初に、シーンオブジェクト（SCNScene）が作成され、完成したシーンとモデルがロードされました。 シーンとテクスチャを保存するために、推奨される.scnassetsフォルダーが使用されました。 この場合、Xcodeはそれらを最適化し、デバイスで最大のパフォーマンスを実現するためです。 COLLADA形式（* .dae）でエディターからシーンをインポートしました。 .scnassetsからシーンをロードする例を次に示します。



Objective-C：

SCNScene *scene = [SCNScene sceneNamed:@"    "];
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

スイフト：

 let scene = SCNScene(named: "    ")
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

その結果、ロードされたシーンのオブジェクトの階層全体がシーンのルートノード（rootNode）に追加されます。 その後、ステージ上でモデルを見つけて、テクスチャを含むマテリアルを追加するとよいと判断しました。これは、イメージであり、同じ.scnassetsに保存されています。



Objective-C iOS：

 SCNNode *meshNode = [scene.rootNode childNodeWithName:@"   " recursively:true]; meshNode.geometry.materials.firstObject.diffuse.contents = [UIImage imageNamed:@"   "];
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Swift macOS：

  let meshNode: SCNNode? = mydae.rootNode.childNode(withName: "   ", recursively: true) meshNode?.geometry?.materials.first?.diffuse.contents = NSImage(named: "   ")
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ご覧のとおり、目的のノードの検索は名前だけで実行されます。 再帰的パラメーターは、シーングラフをさらに深く検索するか、現在のノードの子ノードに限定するのに十分かどうかを決定します。 必要なノードを見つけたら、その上にある最初のマテリアルを選択し、選択したテクスチャを割り当てます。



次に、カメラを入力する必要があります。 これを行うには、2つのノードを作成してシーン階層に追加します。cameraNodeはカメラになり、cameraRootはカメラがアタッチされ、カメラが移動する相対位置になります。



Objective-C iOS：

 SCNNode *cameraNode = [SCNNode node]; cameraNode.camera = [SCNCamera camera]; SCNNode * cameraRoot = [SCNNode node]; cameraNode.position = SCNVector3Make(0, 0, 3); [cameraRoot addChildNode:cameraNode]; [scene.rootNode addChildNode:cameraRoot];
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Swift macOS：

  let cameraNode = SCNNode() cameraNode.camera = SCNCamera() let cameraRoot = SCNNode() cameraNode.position = SCNVector3Make(0, 0, 3) cameraRoot.addChildNode(cameraNode) scene.rootNode.addChildNode(cameraRoot)
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

これは、カメラでの作業の利便性のために行われます。この場合、すべての移動は固定点を基準にして実行されるためです。これは、たとえばカメラがオブジェクトの周りを飛行する必要がある場合により便利です。



シーンを表示するには、SceneKit Viewインターフェイス要素を使用します。これは、アプリケーション画面に追加されます。









プロジェクト内に特定の照明は必要ないので、ステージに光源を追加しません。 代わりに、デフォルトの照明を使用してください。 SCNViewのautoenablesDefaultLightingパラメーターが責任を負います。 あとは、SCNViewコンポーネントにシーンを伝えるだけです。

 _sceneView.scene = scene;
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

SceneKitにはカメラ制御メカニズムが組み込まれており、allowsCameraControlパラメーターが責任を負います。 ただし、この場合、オブジェクトの周りのカメラの回転の振幅を制限する必要があるため、オフにする必要がありました。

オブジェクトの使用例

シーンオブジェクトを操作する例として、モデルの周りのズームとカメラの回転の実装を検討します。



近似/除去の実装から始めましょう。これは、基本的に、親オブジェクトのノードに対してカメラノードをZ軸に沿って移動することになります。 SceneKitのすべての移動、回転、ズームは、CoreGraphicsと同じ方法で実行されます。 これは、SceneKitがCoreGraphicsを使用してアニメーションを実装しているためです。



Objective-C iOS：

 - (void)zoomCamera:(CGFloat) zoom{ CGFloat speedZ = 0,245; if (zoom< 1) zoom= speedZ; else if (zoom> 1) zoom= -speedZ; if (zoom< 0){ if (cameraNode.position.z < 2.5) return; } else{ if (cameraNode.position.z > 6) return; } cameraNode.transform = SCNMatrix4Translate(cameraNode.transform, 0, 0, zoom); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Swift macOS：

 var allZoom: CGFloat = 0 func zoomCamera(zoom: CGFloat) { if allScrollX < 1 { let cam = ViewController.cameraRoot.childNodes[0] allZoom = zoom let speedZ = CGFloat(7) if allZoom < -speedZ { allZoom = -speedZ } else if allZoom > speedZ { allZoom = speedZ } if allZoom < 0 { if cam.position.z < 3 { return } } else { if cam.position.z > 5 { return } } cam.transform = SCNMatrix4Translate(cam.transform, 0, 0, allZoom * 0.035) } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

この関数では、何が起こっているのかを正確に判断します-接近または遠ざかり-カメラの現在の位置が設定された制限内に収まる場合、SCNMatrix4Translateを使用してカメラを移動します。 残りのパラメーターは、それぞれX、Y、Z軸に沿った変位です。 macOSでズームを実装する場合、Apple MouseとTouchPadのスクロール速度は標準のインジケーターよりも速いことに注意してください。これにより、ズームの極端な境界の制限に違反する可能性があります。



モデルの周りのカメラの回転の実装は、近似の実装とほぼ同様ですが、回転の場合、もちろん2つの軸を同時に処理します：モデルの周りを飛行するY軸と、モデルを上/下から見るためのX軸：



Objective-C iOS：

 - (void)rotateCamera:(CGPoint) rotation{ allScrollX = rotation.x / 2; for (SCNNode *item in _sceneView.scene.rootNode.childNodes) { if (item != cameraRoot && item != cameraNode) item.transform = SCNMatrix4Rotate(item.transform, rotation.x * M_PI/180.0, 0, 0.1, 0); } if (cameraRoot.eulerAngles.x* 180.0/M_PI > 45 && rotation.y < 0){ return; } if (cameraRoot.eulerAngles.x* 180.0/M_PI < -45 && rotation.y > 0){ return; } cameraRoot.transform = SCNMatrix4Rotate(cameraRoot.transform, rotation.y * M_PI/180.0, -0.1, 0, 0); }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

Swift macOS：

 func anglCamera(x: CGFloat, y: CGFloat) { if allZoom < 1 { allScrollX = x / 2 let cam = ViewController.cameraRoot let rootNode = ViewController.sceneRoot let dX = x * CGFloat(Double.pi / 180) for item in rootNode.childNodes { if item.name != "camera" { item.transform = SCNMatrix4Rotate(item.transform, -dX, 0, 0.1, 0) } } let angle = cam.eulerAngles let dY = y * CGFloat(Double.pi / 180) if dY < 0 { if angle.x < -1 { return } } else { if angle.x > 1 { return } } cam.transform = SCNMatrix4Rotate(cam.transform, dY, 0.1, 0, 0) } }
      
      

        
        
        
      

    
        
        
        
      
      

        
        
        
      

    
     

ここでは、各軸の回転が独立して実行されるように、モデル自体をY軸に沿って回転します。 回転自体は、SCNMatrix4Rotateによって実装されます。 その最初のパラメーターは変換であり、これに関して回転が実行され、2番目のパラメーターは回転角度であり、他の3つはそれぞれX、Y、Z軸に沿った回転成分です。

問題

アプリケーションの新しいiOSバージョンに問題はなかったため、iOSの最小必要バージョンを10.0に下げることができました。 同様のアプリケーションをmacOSに実装する必要があったときに、問題が始まりました。 10.12より前のmacOSバージョンでは、モデルを操作するときに、グローバルな問題に遭遇しました。

• アニメーションは無視されました。
• アニメーションの座標がシフトしました。
• モデルを操作しているときにXCode IDEがクラッシュする可能性が高くなりました。

これらの問題はまだ解決されていません。 macOS 10.12の最低限必要なバージョンを一時的に残す必要がありました。

おわりに

Unity3DからiOS SDKおよびSceneKitにアプリケーションを移植することにより、アプリケーションインターフェイスの開発、ジェスチャーコントロールの実装を簡素化および高速化できました。 不必要な努力なしに、iOSおよびmacOSアプリケーションのインターフェースはユーザーに最も馴染みやすくなり、アーカイブファイルのサイズは2〜2.5倍減少しました。 一般に、表示要件と基本的な相互作用に関しては、SceneKitを使用すると、3Dオブジェクトをアニメーションと最新のバージョンのmacOSおよびiOSに統合し、グローバルな複雑さをなくし、カメラとの最も単純な相互作用を実装できました。