如何构建一个简单的增强现实Android应用程序？

增强现实（Augmented Reality，AR）是一种将实时虚拟信息叠加到真实环境中的技术。随着移动设备的普及，AR技术被广泛地应用到各个领域。本文将介绍如何构建一个简单的增强现实Android应用程序。

前提条件

在开始之前，需要确保以下前提条件已经具备：

• 一台Android手机或平板电脑
• Android Studio集成开发环境
• Vuforia AR引擎

程序设计步骤

步骤一：创建一个新的Android项目

运行Android Studio，点击“File -> New -> New Project”创建一个新的Android项目。

步骤二：下载Vuforia SDK

在Vuforia官网上注册一个免费账户，下载最新版本的Vuforia SDK。将下载后的Vuforia SDK解压到本地目录中。

步骤三：将Vuforia SDK导入Android项目中

右键单击Android项目中的app目录，选择“New -> Folder -> JNI Folder”创建一个新的JNI目录。将Vuforia SDK中的所有文件复制到该目录中。将Vuforia SDK中的“build.xml”文件拷贝到项目文件夹中，并执行以下命令：

$ cd <path-to-project>
$ ant -Dvuforia.src.path=<path-to-Vuforia-SDK>/src -f build.xml

步骤四：在项目中引入Vuforia库文件

在Android项目的build.gradle文件中，增加以下代码：

android {
    ...

    defaultConfig {
        ...
        ndk {
            abiFilters "armeabi-v7a", "x86"
        }
    }

    sourceSets {
        main {
            jniLibs.srcDirs = ['src/main/jniLibs']
        }
    }

    ...
}

步骤五：创建Vuforia活动

在Android Studio中，创建一个新的Java类，继承自Activity。此类将用于启动Vuforia引擎并渲染AR视图：

public class VuforiaActivity extends Activity implements VuforiaUpdateCallback {

    private static final float NEAR_CLIP_DISTANCE = 10.0f;
    private static final float FAR_CLIP_DISTANCE = 1000.0f;

    private VuforiaSession mVuforiaSession;
    private VuforiaRenderer mRenderer;

    private Camera mCamera;
    private boolean mHasSurface;
    private int mViewWidth;
    private int mViewHeight;
    private boolean mIsPortrait;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        getWindow().setFlags(
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON,
                WindowManager.LayoutParams.FLAG_KEEP_SCREEN_ON);

        mCamera = Camera.open();
        mHasSurface = false;
        mViewWidth = 0;
        mViewHeight = 0;
        mIsPortrait = false;
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        if (mHasSurface) {
            mVuforiaSession.onResume();
            mRenderer.onSurfaceCreated(mCamera);
        }
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        
        if (mHasSurface) {
            mVuforiaSession.onPause();
            mRenderer.onSurfaceDestroyed();
        }
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        
        mRenderer.destroy();
        mVuforiaSession.destroy();
    }

    @Override
    public void onVuforiaUpdate(VuforiaState state) {
        if (mHasSurface) {
            if (mIsPortrait) {
                state.setProjectionMatrix(Matrix44FTool
                        .createProjectionMatrixForLandscapeLeft(FAR_CLIP_DISTANCE, NEAR_CLIP_DISTANCE));
            } else {
                state.setProjectionMatrix(Matrix44FTool
                        .createProjectionMatrixForLandscapeLeft(FAR_CLIP_DISTANCE, NEAR_CLIP_DISTANCE));
            }

            mRenderer.onUpdate(state, mCamera);
        }
    }
}

步骤六：创建Vuforia渲染器

创建一个新的Java类VuforiaRenderer，它将继承自Renderer，并实现VuforiaUpdateCallback接口：

public class VuforiaRenderer extends Renderer implements VuforiaUpdateCallback {

    private static final String LOG_TAG = VuforiaRenderer.class.getSimpleName();

    private Mesh mQuadMesh;
    private ShaderProgram mShaderProgram;
    private Texture2D mTexture;
    private boolean mHasShaderProgram;

    public VuforiaRenderer() {
        mQuadMesh = new QuadMesh(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
    }

    @Override
    public void onUpdate(VuforiaState state, Camera camera) {
        if (!mHasShaderProgram) {
            initShaderProgram();
        }

        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        GLES20.glClear(GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        Matrix44F modelMatrix = Matrix44FTool.createIdentity();
        Matrix44F viewMatrix = Matrix44FTool.createLookAt(camera.getPosition(), camera.getTarget(), camera.getUp());
        Matrix44F projectionMatrix = state.getProjectionMatrix();

        mShaderProgram.use();
        mShaderProgram.setUniform("modelViewProjectionMatrix",
                projectionMatrix.multiply(viewMatrix).multiply(modelMatrix));
        mTexture.bind();
        mQuadMesh.draw(mShaderProgram);
        mTexture.unbind();
        mShaderProgram.unuse();
    }

    private void initShaderProgram() {
        mShaderProgram = new ShaderProgram(R.raw.vertex_shader, R.raw.fragment_shader);

        if (!mShaderProgram.compileAndLink()) {
            Log.e(LOG_TAG, "Failed to compile and link shader program.");
            return;
        }

        mShaderProgram.use();
        mShaderProgram.setUniform("texture", 0);
        mHasShaderProgram = true;
    }

    public void onSurfaceCreated(Camera camera) {
        mTexture = new Texture2D(BitmapTool.fromResource(R.drawable.model));

        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        GLES20.glEnable(GLES20.GL_DEPTH_TEST);
        GLES20.glDepthFunc(GLES20.GL_LESS);

        camera.setNearClipDistance(NEAR_CLIP_DISTANCE);
        camera.setFarClipDistance(FAR_CLIP_DISTANCE);
    }

    public void onSurfaceDestroyed() {
        GLES20.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        GLES20.glDisable(GLES20.GL_DEPTH_TEST);
        GLES20.glDepthFunc(GLES20.GL_LESS);
    }

    public void destroy() {
        if (mTexture != null) {
            mTexture.dispose();
        }

        if (mShaderProgram != null) {
            mShaderProgram.dispose();
        }

        if (mQuadMesh != null) {
            mQuadMesh.dispose();
        }
    }
}

步骤七：引入模型

将模型文件（.obj或.3ds格式）拷贝到“app/src/main/assets”目录下。使用Android Studio的Asset Manager工具来加载模型文件：

private void loadModel() {
    InputStream in = null;

    try {
        AssetManager assets = getAssets();
        in = assets.open("model.obj");
        ObjParser parser = new ObjParser();
        parser.parse(in);

        mModel = parser.getResult();
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if (in != null) {
            try {
                in.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

步骤八：运行程序

将Android设备连接到电脑，运行应用程序。摄像头会自动启动并开始检测已注册的图像。如果检测到匹配的图像，AR视图将显示出增强现实场景。

总结

本文介绍了如何构建一个简单的增强现实Android应用程序。通过Vuforia AR引擎，我们可以轻松地实现增强现实技术并将其应用到各个领域。希望本文能够对您有所帮助。