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iOS加速计和陀螺仪 [复制链接]

2019-1-22 10:38
Torr 阅读:223 评论:0 赞:0
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前言

最近因为工作需要对加速计和陀螺仪进行学习和了解,过程中有所收获。

正文

一、加速计

iPhone在静止时会受到地球引力,以屏幕中心为坐标原点,建立一个三维坐标系(如右图),此时iPhone收到的地球引力会分布到三个轴上。

iOS开发者可以通过CoreMotion框架获取分布到三个轴的值。如果iPhone是如图放置,则分布情况为x=0,y=-1.0,z=0。

在CoreMotion中地球引力(重力)的表示为1.0。

手机如果屏幕朝上的放在水平桌面上,此时的(x,y,z)分布是什么?

image.png

上面答案是(0,0, -1.0);

如何检测手机的运动?

CoreMotion框架中有CMDeviceMotion类,其中的gravity属性用来描述前面介绍的重力;另外的userAcceleration是用来描述手机的运动。

当手机不动时,userAcceleration的(x, y, z)为(0, 0, 0);

当手机运动,比如在屏幕水平朝上的自由落体时,检测到的(x, y, z)将为(0, 0, 1);

当手机屏幕水平朝上,往屏幕左边以9.8m/s2的加速度运动时,检测到的(x, y, z)将为(1, 0, 0);

1、gravity是固定不变,因为地球引力的不变;但是xyz的分布会变化,收到手机朝向的影响;

2、userAcceleration是手机的运动相关属性,但是检测到的值为运动加速度相反的方向;

3、一种理解加速计的方式:在水平的路上有一辆车,车上有一个人;当车加速向右运动时,人会向左倾斜;此时可以人不需要知道外面的环境如何,根据事先在车里建立好的方向坐标系,可以知道车在向右加速运动。

二、加速计的简单应用

图片悬浮

手机旋转,但是图片始终保持水平。

1049769-29dee1948ce8ea44.gif

实现流程

1、加载图片,创建CMMotionManager;

2、监听地球重力的变化,根据x和y轴的重力变化计算出来手机与水平面的夹角;

3、将图片逆着旋转相同的角度;

x、y轴和UIKit坐标系相反,原点在屏幕中心,向上为y轴正方向,向右为x轴正方向,屏幕朝外是z轴正方向;

在处理图片旋转角度时需要注意。

三、陀螺仪

如图,建立三维坐标系;

陀螺仪描述的是iPhone关于x、y、z轴的旋转速率;

静止时(x, y, z)为(0, 0, 0);

当右图手机绕Y轴正方向旋转,速率为每秒180°,则(x, y, z)为(0, 0, 3.14);

image.png

陀螺仪和加速计是同样的坐标系,但是新增了旋转的概念,可以用右手法则来辅助记忆;

陀螺仪回调结构体的单位是以弧度为单位,这个不是加速度而是速率;

四、CoreMotion的使用

CoreMotion的使用有两种方式 :

1、Push方式:设置间隔,由manager不断回调;

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self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 0.2;
[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue]
                                                withHandler:^(CMDeviceMotion * _Nullable motion, NSError * _Nullable error) {
}];

2、Pull方式:启动监听,自定义定时器,不断读取manager的值;

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self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 0.2;
[self.motionManager startDeviceMotionUpdates];
// self.motionManager.deviceMotion 后续通过这个属性可以直接读取结果

iOS系统在监听到运动信息的时候,需要把信息回调给开发者,方式就有push和pull两种;

push 是系统在规定的时间间隔,不断的回调;

pull 是由开发则自己去读取结果值,但同样需要设定一个更新频率;

两种方式的本质并无太大区别,都需要设置回调间隔,只是读取方式的不同;

在不使用之后(比如说切后台)要关闭更新,这是非常耗电量的操作。

五、demo实践

基于加速计,做了一个小游戏,逻辑不复杂详见具体代码,分享几个处理逻辑:

1、圆球的边界处理;(以球和右边界的碰撞为例)

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if (self.ballView.right > self.gameContainerView.width) {
        self.ballView.right = self.gameContainerView.width;
        self.ballSpeedX /= -1;
    }

2、圆球是否触碰目标的检测;

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- (BOOL)checkTarget {
    CGFloat disX = (self.ballView.centerX - self.targetView.centerX);
    CGFloat disY = (self.ballView.centerY - self.targetView.centerY);
    return sqrt(disX * disX + disY * disY) <= (kConstBallLength / 2 + kConstTargetLength / 2);
}

3、速度的平滑处理;

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static CGFloat lySlowLowPassFilter(NSTimeInterval elapsed,
                            GLfloat target,
                            GLfloat current) {
    return current + (4.0 * elapsed * (target - current));
}

1049769-eb8085eb81f3e2d8.gif

总结

加速计和陀螺仪的原理复杂但使用简单,实际应用也比较广。

之前就用过加速计和陀螺仪,但是没有系统的学习过。在完整的学习一遍之后,我才知道原来加速计的单位是以重力加速度(9.8 m/s2)为标准单位,陀螺仪的数据仅仅是速率,单位是弧度每秒。

上面的小游戏代码地址在Github

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