iOS 加速计和陀螺仪

Posted 2020-10-23 LiZeYuBlog

  一、概念

加速计：通过感知特定方向的惯性力总量，测量x，y，z轴三个方向的加速度。

陀螺仪：测量绕x、y、z 三个方向的旋转的值。特性：如果保持手机平放的同时旋转它，加速计的值不会改变，此时它将是绕 z 轴的旋转值发生改变。顺时针旋转设备将生成负值，逆时针旋转生成正值。

二、 CoreMotion框架

加速计和陀螺仪是通过  Core Motion 框架访问的。此框架提供了 CMMotionManager等类，该类提供的所有数据都用来描述用户如何移动设备。

    Core Motion 获取数据的两种方式：

         push :  实时采集所有数据，采集频率高；

         pull  :  在有需要的时候，才去采集数据；

加速计 ：

      push:   - (void)startAccelerometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAccelerometerHandler)handler;

 

     pull:     - (void)startAccelerometerUpdates; 

 

     判断加速计是否可用：

     @property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerAvailable) BOOL accelerometerAvailable;

  

    设置加速计采样的时间间隔：

     @property(assign, nonatomic) NSTimeInterval accelerometerUpdateInterval;

 

陀螺仪 ：

     push:    - (void)startGyroUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMGyroHandler)handler;

 

     pull:       - (void)startGyroUpdates;

    

   判断陀螺仪是否可用：

    @property(readonly, nonatomic, getter=isGyroAvailable) BOOL gyroAvailable;

   

     设置陀螺仪采样的时间间隔：

     @property(assign, nonatomic) NSTimeInterval gyroUpdateInterval;

 

磁力 ：

    push:    - (void)startMagnetometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMMagnetometerHandler)handler;

     

     pull:       - (void)startMagnetometerUpdates;

    

    判断磁力是否可用：

     @property(readonly, nonatomic, getter=isGyroAvailable) BOOL gyroAvailable

  

     设置磁力采样的时间间隔：

     @property(assign, nonatomic) NSTimeInterval magnetometerUpdateInterval

 

示例代码：

    

  

 检测摇动

   方式一 ： 在正常使用中，3个轴上的注册值高达1.3g，但获取比该值更大的值通常需要特意施加力量。加速计不太可能注册比 2.3g 更大的值，所以不需要设置比该值更大的值。要检测摇动，我们可以通过检查比1.5大的绝对值来检测细微摇动，通过检查比 2.0更大的值来检测强烈的摇动。

   检测任何轴上的力大于2.0g的任何运动：

    

   我们可以实现更复杂的摇动检测，要求用户来回摇动一定次数以注册为摇动：

 

 

 方式二 ：

 还有一种检测摇动的方法，这种方法被结合到了响应者链中。ios提供了3个类似的响应程序方法来检测动作：

    动作开始时：  - (void)motionBegan:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event;

   

    动作结束时： - (void)motionEnded:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event;

 

    动作取消时： - (void)motionCancelled:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event;（摇动期间电话振铃或其他干扰动作） 

 

 三、 感知设备移动

    除了获取加速度数据、陀螺仪数据和磁场数据之外，CMMotionManager 还可以用于感知设备移动数据。与前获取加速度数据、陀螺仪数据、磁场数据的方式完全相同，程序可通过如下两种方式来感知设备的移动数据。

    

    使用基于代码的方式获取设备移动数据；

    使用哪个周期性主动请求的方式获取设备移动数据；

 

  获取设备移动数据时， CMMotionManager将会返回一个 CMDeviceMotion对象，该对象包含如下属性：

  attitude：该属性返回设备的方位信息。该属性的分那会至是一个 CMAttitude 类型的对象，该对象包含roll、pitch、yaw  3个欧拉角的值，通过这3个值即可获取该设备的空间方位；

   

  rotationRate：该属性返回原始的陀螺仪信息，该属性值为 CMRotationRate 结构体变量，该属性值基本等同于前面介绍的陀螺仪数据；

  

  gravity： 该属性返回地球重力对该设备在  X、Y、Z轴上施加的重力加速度；

 

  userAcceleration：该属性返回用户外力对该设备在 X、Y、Z轴上施加的重力加速度；

 

  magneticField：该属性返回校准后的磁场信息。该属性值是一个 CMCalibratedMagneticField 结构体变量。CMCalibratedMagneticField 类型的变量包括 field 和 accuracy两个字段，其中 field 代表 X、Y、Z  轴上的磁场强度， accuracy 则代表磁场强度的精度；

  

四、iOS 7新增的计步器

  iOS 7新增的 CMStepCounter 作为计步器，该计歩器可以获取用户携带该设备行走的步数， iOS设备通过手机内置硬件来存储用户行走的步数。程序通过该类即可获取用户当前行走的步数，也可查询用户行走的历史活动数据。

  

  注意：iOS 8 用  CMPedometer 代替。

   iOS 8 新增的 CMPedometer 代替 iOS 7 的 CMStepCounter 作为计步器，该计步器可以获取用户携带该设备行走的步数。该类包含如下几个方法：

  该方法跟 CMStepCounter 一样，判断计步器服务是否可用：

     + (BOOL)isStepCountingAvailable;

  判断计算距离是否可用:

     + (BOOL)isDistanceAvailable;

  判断计算层楼测量是否可用:

     + (BOOL)isFloorCountingAvailable;

 该方法进行实时测量，第一个参数是指进行实时测量的开始时间；第二个参数是 block ^(CMPedometerData *pedometerData, NSError *error)；其中 pedometerData 为测量数据，error 为测量错误信息：

   -(void)startPedometerUpdatesFromDate:(NSDate*)start withHandler:(CMPedometerHandler)handler;

   停止计步服务：

  -(void)stopPedometerUpdates;

 

 第一个参数为开始时间；第二个参数为结束时间；第三个参数为 block^(CMPedometerData *pedometerData, NSError *error)；其中 pedometerData  为测量数据， error 为测量错误信息。

 

-(void)queryPedometerDataFromDate:(NSDate*)start toDate:(NSDate*)end withHandler:(CMPedometerHandler)handler;

      

    测量数据 ： CMPedometerData属性如下：

统计开始时间：@property(readonly,nonatomic)NSDate*startDate;

统计结束时间：@property(readonly,nonatomic)NSDate*endDate;

步数 ： @property(readonly,nonatomic)NSNumber*numberOfSteps;

推算距离 ： @property(readonly,nonatomic)NSNumber*distance;

上升的楼层数 ： @property(readonly,nonatomic)NSNumber*floorsAscended;

下降的楼层数 ： @property(readonly,nonatomic)NSNumber*floorsDescended;

 

    示例代码：

 

五、iOS 7 新增的 CMMotionActivityManager

iOS新增了 CMMotionActivityManager 来收集、存储用户的运动数据 --- 此处的运动数据用于反映用户当前处于步行、跑步、驾驶车辆或处于静止状态。对于导航应用而言，可通过该类获取用于当前的运动类型的改变，并根据不同的运动类型提供更精确的导航。

通过 CMMotionActivityManager 类，应用程序即可获取用户当前的运动数据，也可查询用户在过去某个时间段的运动数据。

CMMotionActivityManager 提供了 isActivityAvailable 类方法来判断获取运动数据是否可用，在传统的 iPhone、iPad 设备上， CMMotionActivityManager 暂时不可用。

 

      使用 CMMotionAcvitityManager 获取实时的运动数据可通过如下方法 ：

-(void)startActivityUpdatesToQueue:(NSOperationQueue*)queue withHandler:(CMMotionActivityHandler)handler;

 

      该方法的第一个参数需要传一个 NSOperationQueue 对象；第二个参数是一个形如 ^(CMMotionActivity *activity){} 的代码块，该代码块中的 CMMotionActivityManager 参数代表用户当前的运动数据；

 

      该方法用于停止获取运动数据：

-(void)stopActivityUpdates;

 

    该方法用于查询历史数据，前面两个从哪回溯用于指定获取那个时间段的运动数据：

-(void)queryActivityStartingFromDate:(NSDate*)start toDate:(NSDate*)end toQueue:(NSOperationQueue*)queue withHandler:(CMMotionActivityQueryHandler)handler;

    通过 CMMotionActivityManager 获取运动数据时，程序将会得到一个 CMMotionActivity 对象，该对象包含如下属性：

 

   该属性返回用户是否处于静止状态 ：

@property(readonly,nonatomic)BOOLstationary;

 

   该属性返回用户是否正在步行 ：@property(readonly,nonatomic)BOOL walking;

 

   该属性返回用户是否正在跑步：@property(readonly,nonatomic)BOOL running;

 

   该属性返回用户是否正在驾车：@property(readonly,nonatomic)BOOL automotive;

 

   该属性返回用户是否处于未知运动中： @property(readonly,nonatomic)BOOL unknown;

 

   获取该运动的开始时间 ： @property(readonly,nonatomic)NSDate*startDate;

 

 

 示例代码 ：

 

 

     

   总结 ：

掌握 CoreMotion 框架中的 CMMotionManager、CMDeviceMotion，通过CMMotionManager 能以代码块或主动请求的方式获取设备的加速度数据、陀螺仪数据以及磁场数据，通过 CMDeviceMotion 则可以感知设备移动信息。除此之外，本章还介绍了 iOS 7 新增的 CMStepCounter 和 CMMotionActivityManager，其中 CMStepCounter 用于获取携带该设备的用户跑步的步数，而 CMMotionActivityManager 则用于感知设备当前的运动状态。