如何使用 Android 中的加速度计测量手机在 XY 平面上的倾斜度

Posted 2023-02-19

【中文标题】如何使用 Android 中的加速度计测量手机在 XY 平面上的倾斜度

【英文标题】：How to measure the tilt of the phone in XY plane using accelerometer in Android

【发布时间】：2012-06-25 21:32:43

【问题描述】：

我尝试使用 SensorEvent.values 中的 Z 轴数据，但它没有检测到我的手机在 XY 平面上的旋转，即。围绕 Z 轴。

我使用它作为坐标轴的参考。对吗？

如何使用加速度计值测量该运动？

这些游戏做类似的事情：Extreme Skater, Doodle Jump。

PS：我的手机方向是横向的。

【参考方案1】：

这里基本上有两种情况：设备平放和不平放。这里的平面是指设备屏幕表面与世界 xy 平面之间的角度（我称之为倾角）小于 25 度或大于 155 度。想象一下手机平放或从桌子稍微向上倾斜。

首先，您需要对加速度计矢量进行归一化。 也就是说，如果 g 是加速度计传感器事件值返回的向量。在代码中

float[] g = new float[3]; 
g = event.values.clone();

double norm_Of_g = Math.sqrt(g[0] * g[0] + g[1] * g[1] + g[2] * g[2]);

// Normalize the accelerometer vector
g[0] = g[0] / norm_Of_g
g[1] = g[1] / norm_Of_g
g[2] = g[2] / norm_Of_g

那么倾角可以计算为

int inclination = (int) Math.round(Math.toDegrees(Math.acos(g[2])));

因此

if (inclination < 25 || inclination > 155)

    // device is flat

else

    // device is not flat

对于平放的情况，您必须使用指南针查看设备从起始位置旋转了多少。

对于不平的情况，旋转（倾斜）计算如下

int rotation = (int) Math.round(Math.toDegrees(Math.atan2(g[0], g[1])));

现在旋转 = 0 表示设备处于正常位置。对于大多数手机来说，这是没有任何倾斜的纵向，对于平板电脑来说可能是横向。因此，如果您如上图所示握住手机并开始旋转，则旋转会发生变化，当手机处于横向时，旋转将是 90 或 -90，具体取决于旋转方向。

【讨论】：

太棒了！通常人们建议为此任务也使用 Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD，但是您简化了解决方案；顺便说一下，加速度计是唯一保证会出现在 android 上的传感器。

我能问你“acc 向量的归一化”背后的数学原理是什么吗？以及为什么要使用 atan(g[1]/g[0]) （或 atan(y/x) ）来获得学位？ ? @Hoan Nguyen

@AndreaBaccega 据我了解，标准化需要降低 -1 到 1 范围内的值，这是Math.acos() 的可接受范围，对于超出此范围的数字，它会返回南。如果有人感兴趣，有一些链接：in.mathworks.com/help/matlab/ref/…mathopenref.com/arccos.html

谁能告诉，当“设备是平的位置”时如何找到角度？我要使用“TYPE_MAGNETIC_FIELD”吗？ “TYPE_MAGNETIC_FIELD”在 Lollipop（moto e）中不起作用。我该怎么做？

@savram 是的，z 加速度计组件的符号将告诉手机的朝向。正面表示正面朝上，负面表示正面朝下。

【参考方案2】：

加速度计足以检查手机是否平坦，正如 Hoan 很好地演示的那样。

对于任何到达这里的人来说，不仅要检查手机是否平整，还要检查手机的旋转情况，可以通过Rotation Vector Motion Sensor 来实现。

private double pitch, tilt, azimuth;

@Override
public void onSensorChanged(SensorEvent event) 
    //Get Rotation Vector Sensor Values
    double[] g = convertFloatsToDoubles(event.values.clone());

    //Normalise
    double norm = Math.sqrt(g[0] * g[0] + g[1] * g[1] + g[2] * g[2] + g[3] * g[3]);
    g[0] /= norm;
    g[1] /= norm;
    g[2] /= norm;
    g[3] /= norm;

    //Set values to commonly known quaternion letter representatives
    double x = g[0];
    double y = g[1];
    double z = g[2];
    double w = g[3];

    //Calculate Pitch in degrees (-180 to 180)
    double sinP = 2.0 * (w * x + y * z);
    double cosP = 1.0 - 2.0 * (x * x + y * y);
    pitch = Math.atan2(sinP, cosP) * (180 / Math.PI);

    //Calculate Tilt in degrees (-90 to 90)
    double sinT = 2.0 * (w * y - z * x);
    if (Math.abs(sinT) >= 1)
        tilt = Math.copySign(Math.PI / 2, sinT) * (180 / Math.PI);
    else
        tilt = Math.asin(sinT) * (180 / Math.PI);

    //Calculate Azimuth in degrees (0 to 360; 0 = North, 90 = East, 180 = South, 270 = West)
    double sinA = 2.0 * (w * z + x * y);
    double cosA = 1.0 - 2.0 * (y * y + z * z);
    azimuth = Math.atan2(sinA, cosA) * (180 / Math.PI);


private double[] convertFloatsToDoubles(float[] input)

    if (input == null)
        return null;

    double[] output = new double[input.length];

    for (int i = 0; i < input.length; i++)
        output[i] = input[i];

    return output;

然后要检查手机是否平整，您只需将tilt 和pitch 值与容差值进行比较。例如

public boolean flatEnough(double degreeTolerance) 
    return tilt <= degreeTolerance && tilt >= -degreeTolerance && pitch <= degreeTolerance && pitch >= -degreeTolerance;

这样做的好处是您可以检查手机是否处于任何特定的旋转状态。

值得注意的是，应用程序的方向不会影响俯仰、倾斜和方位角的值。

【讨论】：

为什么倾斜在-90到90之间？如果我需要查找 / 倾斜 vs \ 倾斜怎么办？

当我尝试编译它时，它在 g[3] 上出现 ArrayIndexOutOfBounds 失败，因为长度为 3...我想出的解决方案是产生一个从 90（垂直向上）到 - 90（垂直向下），0 表示手机处于水平位置，正在替换 sinT 方程为 sinT = (g[1] - g[2] * g[0]).toDouble()

【参考方案3】：

利用@Dan 的完美回应

他错过了@davy307 指出的一点点信息。

在初始化mAccelerometer时，必须将其定义为Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR，否则将没有第3个旋转向量并抛出ArrayIndexOutOfBounds异常。

mSensorManager = (SensorManager)getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
mAccelerometer = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR);

否则，这是一个完美的解决方案...感谢！