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iOS 手机运动CoreMotion

这篇文章本该放到OpenGLES的专题,OpenGL里最复杂最丰富多变的摄像机矩阵会用到欧拉角的概念。

咱们放到普通iOS开发来讲这个概念,因为很多时候我们需要监测手机运动状态,而监测手机运动的CoreMotion框架里,也有欧拉角这个概念。

CoreMotion

CoreMotion一直以来就不算是个新事物,我特地从官网查证了下,CoreMotion从iOS4就开始支持。

许多人不知道CoreMotion,是因为没做过相关的需求,其实这个也不是多难的技术,稍稍理解学学就会。

CoreMotion能做什么

我们先引入头文件 : #import <CoreMotion/CoreMotion.h> 在开始检测前我们其实还需要设定一些参数,如加速度传感器,我们要设置它的采样频率,设置检测所在的线程队列,如:

[motionManager setAccelerometerUpdateInterval:updateInterval];

[motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMAccelerometerData *accelerometerData, NSError *error)
         {

}];

接下来咱们直接说CoreMotion的用途

  1. 获取手机加速度数据->Accelerometer
CMMotionManager *motionManager = [[CMMotionManager alloc]init];
CMAccelerometerData *newestAccel = motionManager.accelerometerData;
double accelerationX = newestAccel.acceleration.x; 
double accelerationY = newestAccel.acceleration.y; 
double accelerationZ = newestAccel.acceleration.z; 

通过加速度传感器获取到的手机在x、y、z轴上的加速度,我们可以根据自己的算法做一些特定的需求,如一些计步软件等。这里也介绍下我以前做过的一个通过滤波算法实现的计步器,算法由别人提供,自己根据思想转为iOS平台可用的代码。

https://github.com/qingmomo/StepCount //实时吐数据,模拟真实人行走行为,准确率高

2.获取手机重力加速度->Gravity

double gravityX = motionManager.deviceMotion.gravity.x;
double gravityY = motionManager.deviceMotion.gravity.y;
double gravityZ = motionManager.deviceMotion.gravity.z; 

重力加速度可以让我们通过特定的公式知道手机在空间中的状态:

//手机与水平面的夹角
double zTheta = atan2(gravityZ,sqrtf(gravityX*gravityX+gravityY*gravityY))/M_PI*180.0; 

//手机绕自身旋转的角度 
double xyTheta = atan2(gravityX,gravityY)/M_PI*180.0; 

3.获取旋转角速度->rotationRate

double rotationX = motionManager.deviceMotion.rotationRate.x; 
double rotationY = motionManager.deviceMotion.rotationRate.y; 
double rotationZ =motionManager.deviceMotion. rotationRate.z;

这个旋转角速度可以用来辅助定位功能等。

4.欧拉角、四元数->attitude

//欧拉角
double roll = motionManager.deviceMotion.attitude.roll; 
double pitch = motionManager.deviceMotion.attitude.pitch;
double yaw = motionManager.deviceMotion.attitude.yaw;
//空间位置的四元数(与欧拉角类似,但解决了万向结死锁问题)
double w = motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion.w;
double wx = motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion.x;
double wy = motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion.y; 
double wz = motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion.z;

四元数与欧拉角的区别就在于w分量,opengl里常常3维坐标点x、y、z在做到一些计算的时候,需要引进四元数的概念,引用w分量来准确模拟和定位坐标点在屏幕上的位置。 参考资料: http://www.cocoachina.com/ios/20161109/18016.html

这里咱们主要还是讲下欧拉角。

欧拉角

网上很多资料关于欧拉角都是以飞机作为原型来介绍,我觉得飞机确实也是最好原型了

1.翻滚角 Roll

旋转.gif

网上叫法不同,可能给大家的理解也不一样,其实就是机头指向前方,机身旋转。可以理解为飞机机翼与水平面的旋转角。

2.偏航角 Yaw

偏航.gif

这个很好理解,就是飞机偏离航线的角度。

3.俯仰角 Pitch

俯仰.gif

俯仰角也好理解,机头机尾上下摆动。

咱们先从飞机原型理解这3个角度,然后转换为手机原型,其实也是一样的。理解这3个角度,我们可以去想像手机在空间中的位置,在空间中所处的各个方向角度,再转到手机上可视化的物体、图形,可以计算和知道物体、图形在手机屏幕上所处的位置和自身的形变。

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