Обзор ориентации телефона Android, включая компас

Некоторое время я пытался разобраться в датчиках ориентации Android. Я думал, что понял это. Потом я понял, что нет. Теперь я думаю (надеюсь), что снова чувствую себя лучше, но я все еще не на 100%. Я постараюсь объяснить свое неоднозначное понимание этого, и, надеюсь, люди смогут исправить меня, если я ошибаюсь в некоторых частях или заполню какие-либо пробелы.

Я представляю, что стою на 0 градусах долготы (нулевой меридиан) и 0 градусах широты (экватор). Это место на самом деле находится в море у побережья Африки, но терпите меня. Я держу телефон перед лицом так, чтобы нижняя часть телефона указывала на мои ноги; Я смотрю на север (смотрю в сторону Гринвича), поэтому правая сторона телефона указывает на восток в сторону Африки. В этой ориентации (со ссылкой на диаграмму ниже) у меня ось X указывает на восток, ось Z указывает на юг, а ось Y указывает на небо.

Теперь сенсоры на телефоне позволяют определять ориентацию (а не местоположение) устройства в этой ситуации. Эта часть всегда смущала меня, вероятно, потому, что я хотел понять, как что-то работает, прежде чем я признал, что это просто работает. Похоже, что телефон отрабатывает ориентацию, используя комбинацию двух разных приемов.

Прежде чем я перейду к этому, представьте, что вы снова стоите на этом воображаемом участке земли на 0 градусах широты и долготы, стоящем в указанном выше направлении. Представьте также, что вам завязаны глаза, и ваша обувь прикреплена к круговой площадке детской площадки. Если кто-то толкнет вас в спину, вы упадете вперед (на север) и вытянете обе руки, чтобы остановить падение. Точно так же, если кто-то толкнет вас в левое плечо, вы упадете на правую руку. В вашем внутреннем ухе есть «датчики гравитации» (клип на YouTube) которые позволяют определять, падаете ли вы вперед / назад, падаете влево / вправо или падаете (или вверх !!). Поэтому люди могут обнаруживать выравнивание и вращение вокруг тех же осей X и Z, что и телефон.

А теперь представьте, что кто-то разворачивает вас на круговом перекрестке на 90 градусов, так что вы теперь смотрите на восток. Вас вращают вокруг оси Y. Эта ось отличается, потому что мы не можем обнаружить ее биологически. Мы знаем, что находимся под определенным углом, но мы не знаем направления относительно северного магнитного полюса планеты. Вместо этого нам нужно использовать внешний инструмент ... магнитный компас. Это позволяет нам определить, в каком направлении мы смотрим. То же самое и с нашим телефоном.

Теперь в телефоне есть 3-осевой акселерометр. у меня есть нетЯ представляю себе, как они на самом деле работают, но представляю себе гравитацию как постоянный и равномерный «дождь», падающий с неба, и представляю оси на рисунке выше в виде трубок, которые могут определять количество проходящего через них дождя. Когда телефон находится в вертикальном положении, весь дождь будет течь через Y-образную трубку. Если телефон постепенно поворачивать так, чтобы его экран был обращен к небу, количество дождя, протекающего через Y, уменьшится до нуля, а громкость через Z будет постоянно увеличиваться до тех пор, пока не пройдет максимальное количество дождя. Точно так же, если мы теперь наклоним телефон на бок, X-трубка в конечном итоге соберет максимальное количество дождя. Следовательно, в зависимости от ориентации телефона, измерив количество дождя, протекающего через 3 трубки, вы можете рассчитать ориентацию.

В телефоне также есть электронный компас, который ведет себя как обычный компас - его «виртуальная стрелка» указывает на магнитный север. Android объединяет информацию от этих двух датчиков, так что всякий раз, когда создается SensorEventиз TYPE_ORIENTATION, values[3]массив имеет
значения [0]: Азимут - (компас, направленный к востоку от магнитного севера)
значения [1]: Шаг, вращение вокруг оси x (это телефон наклоняясь вперед или назад)
значения [2]: вращение, вращение вокруг оси Y (наклоняется ли телефон влево или вправо)

Поэтому я думаю (то есть я не знаю) причина, по которой Android дает азимут (пеленг компаса), а не показания третьего акселерометра, заключается в том, что пеленг компаса просто более полезен. Я не уверен, почему они не рекомендуют этот тип датчика, поскольку теперь кажется, что вам нужно зарегистрировать слушателя в системе для SensorEvents типа TYPE_MAGNETIC_FIELD. Чтобы получить матрицу вращения (см. Ниже) , value[]массив событий необходимо передать в метод. Кто-нибудь знает, почему команда Android устарела ? Это вопрос эффективности? Именно это подразумевается в одном из комментариев к аналогичномуSensorManger.getRotationMatrix(..)SensorManager.getOrientation(..)Sensor.TYPE_ORIENTATION вопросу, но вам все равно нужно зарегистрировать другой тип слушателя вdevelopment / samples / Compass / src / com / example / android / compass / CompassActivity.java пример.

Теперь я хотел бы поговорить о матрице вращения. (Здесь я не уверен) Итак, выше у нас есть три цифры из документации Android, мы назовем их A, B и C.

A = SensorManger.getRotationMatrix (..) рисунок метода и представляет мировую систему координат

B = Система координат, используемая API SensorEvent.

C = Рисунок метода SensorManager.getOrientation (..)

Итак, я понимаю, что A представляет «мировую систему координат», которая, как я полагаю, относится к тому, как местоположения на планете задаются как пара (широта, долгота) с необязательной (высота). X - это координата "восток" , Y - координата "север" . Z указывает на небо и представляет высоту.

Система координат телефонов, показанная на рисунке B, является фиксированной. Его ось Y всегда указывает на вершину. Матрица вращения постоянно вычисляется телефоном и позволяет отображать между ними. Правильно ли я думаю, что матрица вращения преобразует систему координат B в C? Поэтому, когда вы вызываете SensorManager.getOrientation(..)метод, вы используете values[]массив со значениями, которые соответствуют рисунку C. Когда телефон направлен в небо, матрица вращения представляет собой единичную матрицу (матричный математический эквивалент 1), что означает, что сопоставление не требуется, поскольку устройство выровнено. с мировой системой координат.

Хорошо. Думаю, мне лучше остановиться. Как я уже говорил ранее, я надеюсь, что люди расскажут мне, где я напортачил или помог людям (или запутал людей еще больше!)

Возможно, вы захотите прочитать статью « Один поворот экрана заслуживает другого» . Это объясняет, зачем вам нужна матрица вращения.

Короче говоря, сенсоры телефона всегда используют одну и ту же систему координат, даже когда устройство вращается.

В приложениях, которые не привязаны к одной ориентации, система координат экрана изменяется при повороте устройства. Таким образом, когда устройство поворачивается из режима просмотра по умолчанию, система координат датчика больше не совпадает с системой координат экрана. Матрица вращения в этом случае используется для преобразования A в C (B всегда остается неизменным).

Вот фрагмент кода, чтобы показать вам, как его можно использовать.

SensorManager sm = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

// Register this class as a listener for the accelerometer sensor
sm.registerListener(this, sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER),
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
// ...and the orientation sensor
sm.registerListener(this, sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD),
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

//...
// The following code inside a class implementing a SensorEventListener
// ...

float[] inR = new float[16];
float[] I = new float[16];
float[] gravity = new float[3];
float[] geomag = new float[3];
float[] orientVals = new float[3];

double azimuth = 0;
double pitch = 0;
double roll = 0;

public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {
    // If the sensor data is unreliable return
    if (sensorEvent.accuracy == SensorManager.SENSOR_STATUS_UNRELIABLE)
        return;

    // Gets the value of the sensor that has been changed
    switch (sensorEvent.sensor.getType()) {  
        case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
            gravity = sensorEvent.values.clone();
            break;
        case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
            geomag = sensorEvent.values.clone();
            break;
    }

    // If gravity and geomag have values then find rotation matrix
    if (gravity != null && geomag != null) {

        // checks that the rotation matrix is found
        boolean success = SensorManager.getRotationMatrix(inR, I,
                                                          gravity, geomag);
        if (success) {
            SensorManager.getOrientation(inR, orientVals);
            azimuth = Math.toDegrees(orientVals[0]);
            pitch = Math.toDegrees(orientVals[1]);
            roll = Math.toDegrees(orientVals[2]);
        }
    }
}

Крен является функцией силы тяжести, поворот на 90 градусов помещает всю гравитацию в регистр x.

Шаг такой же, наклон на 90 градусов помещает все компоненты гравитации в регистр y.

Рыскание / курс / азимут не влияет на гравитацию, он ВСЕГДА находится под прямым углом к ​​гравитации, поэтому независимо от того, в какую сторону вы смотрите, гравитация будет неизмеримо.

Вот почему вам нужен компас для оценки, может быть, в этом есть смысл?

Взгляните на это: Stackoverflow.com: Q.5202147

Вы, кажется, в основном правы, пока не увидите 3 диаграммы A, B, C. После этого вы запутались.

У меня была эта проблема, поэтому я наметил, что происходит в разных направлениях. Если устройство установлено в альбомной ориентации, например, при установке в автомобиле, `` градусы '' компаса кажутся от 0 до 275 (по часовой стрелке) выше 269 (между западом и севером), он ведет отсчет назад от -90 до 0, затем переходит с 0 на 269. 270 становится -90

По-прежнему в альбомной ориентации, но когда устройство лежит на спине, мой датчик показывает 0-360. а в портретном режиме он работает 0-360 как лежа на спине, так и стоя в портретном режиме.

Надеюсь, это кому-то поможет