使用CMMotionManager測量傾斜角度

Question

假設您以縱向方向垂直握着iphone/ipad，屏幕正對着您。您將設備傾斜到一邊，讓屏幕朝向您。如何使用CMMotionManager測量靜態傾斜角度？這似乎是一個簡單的問題，應該有一個簡單的答案，但我找不到任何不會消失成四元數和旋轉矩陣的方法。

任何人都可以指給我一個工作的例子嗎？

Answer 1

看gravity：

self.deviceQueue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init]; 
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 5.0/60.0; 

// UIDevice *device = [UIDevice currentDevice]; 

[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryZVertical 
                 toQueue:self.deviceQueue 
                withHandler:^(CMDeviceMotion *motion, NSError *error) 
{ 
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ 
     CGFloat x = motion.gravity.x; 
     CGFloat y = motion.gravity.y; 
     CGFloat z = motion.gravity.z; 
    }]; 
}]; 

有了這個參考幀（CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryZVertical），如果z接近零，你在垂直與地面保持它在一個平面上（例如，如果你是拿着它反對一面牆），當你在那架飛機上旋轉它時，x和y值會改變。垂直是其中x接近零並且y接近-1。

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望着這post，我注意到，如果你想這個向量轉換成的角度，你可以使用下面的算法。

如果要計算有多少度垂直旋轉設備（其中正面是順時針，負是逆時針），你可以計算出這一點：

// how much is it rotated around the z axis 

CGFloat angle = atan2(y, x) + M_PI_2;   // in radians 
CGFloat angleDegrees = angle * 180.0f/M_PI; // in degrees 

您可以使用此圖出多少經由石英2D transform屬性來旋轉視圖：

self.view.layer.transform = CATransform3DRotate(CATransform3DIdentity, -rotateRadians, 0, 0, 1); 

（個人而言，我在一個CADisplayLink更新所述startDeviceMotionUpdates方法的旋轉角度，並更新此transform，其德從夫妻的角度更新屏幕更新）

你可以看到你多遠通過其傾斜向後/向前：

// how far it it tilted forward and backward 

CGFloat r = sqrtf(x*x + y*y + z*z); 
CGFloat tiltForwardBackward = acosf(z/r) * 180.0f/M_PI - 90.0f; 

Answer 2

這裏是轉動一個UIView self.horizon，以保持它的水平用一個例子當你傾斜設備時的地平線。

- (void)startDeviceMotionUpdates 
{ 
    CMMotionManager* coreMotionManager = [[CMMotionManager alloc] init]; 
    NSOperationQueue* motionQueue = [[NSOperationQueue alloc] init] 
    CGFloat updateInterval = 1/60.0; 
    CMAttitudeReferenceFrame frame = CMAttitudeReferenceFrameXArbitraryCorrectedZVertical; 
    [coreMotionManager setDeviceMotionUpdateInterval:updateInterval]; 
    [coreMotionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:frame 
          toQueue:motionQueue 
          withHandler: 
    ^(CMDeviceMotion* motion, NSError* error){ 
     CGFloat angle = atan2(motion.gravity.x, motion.gravity.y); 
     CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeRotation(angle); 
     self.horizon.transform = transform; 
    }]; 
} 

這是一個有點過於簡單 - 讓你想通過屬性預先初始化這個和訪問它，你應該確保只有一個CMMotionManager的情況下在你的應用程序。

Answer 3

這是一個很晚的答案，但你可以找到一個working example on github和blog article隨它而來。

總結上面提到的文章，可以使用四元數來避免在垂直拿着iPhone時可能面臨的gimbal lock problem。

這裏是計算傾斜（或偏航）的編碼部分：

CMQuaternion quat = self.motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion; 
double yaw = asin(2*(quat.x*quat.z - quat.w*quat.y)); 

// use the yaw value 
// ... 

你甚至可以添加一個簡單的Kalman filter緩解偏航：

CMQuaternion quat = self.motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion; 
double yaw = asin(2*(quat.x*quat.z - quat.w*quat.y)); 

if (self.motionLastYaw == 0) { 
    self.motionLastYaw = yaw; 
} 

// kalman filtering 
static float q = 0.1; // process noise 
static float r = 0.1; // sensor noise 
static float p = 0.1; // estimated error 
static float k = 0.5; // kalman filter gain 

float x = self.motionLastYaw; 
p = p + q; 
k = p/(p + r); 
x = x + k*(yaw - x); 
p = (1 - k)*p; 
self.motionLastYaw = x; 

// use the x value as the "updated and smooth" yaw 
// ... 

Answer 4

由於iOS8上CoreMotion也將返回一個CMAttitude對象，其中包含pitch,roll和yaw屬性，以及四元數。使用這將意味着您不必執行手動數學將加速度轉換爲方向。