来说说CoreMotion

作者: Cheriez | 来源:发表于2017-08-15 16:52 被阅读143次

关于CoreMotion

Core Motion可以让开发者从各个内置传感器那里获取未经修改的传感数据，并观测或响应设备各种运动和角度变化。这些传感器包括陀螺仪、加速器和磁力仪(罗盘)。

CoreMotion负责处理的数据

它包含几种类型的数据，这些类都是CMLogItem类的子类：

加速度数据：CMAccelerometerData

typedef struct {
   double x;
   double y;
   double z;
} CMAcceleration;
@interface CMAccelerometerData : CMLogItem
{
@private
   id _internal;
}
//加速度的数据对象
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration acceleration;
@end

螺旋仪数据：CMGyroData

typedef struct {
   double x;
   double y;
   double z; 
} CMRotationRate;
@interface CMGyroData : CMLogItem
{
@private
   id _internal;
}
//螺旋仪数据对象
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;
@end

磁感应数据：magnetometerData

typedef struct {
   double x;
   double y;
   double z;
} CMMagneticField;
@interface CMMagnetometerData : CMLogItem
{
@private
   id _internal;
}
//磁力对象
@property(readonly, nonatomic) CMMagneticField magneticField;
@end

前三种数据通过复杂运算得到的设备的运动数据：CMDeviceMotion

@interface CMDeviceMotion : CMLogItem
{
@private
   id _internal;
}
//设备的状态对象
@property(readonly, nonatomic) CMAttitude *attitude;
//设备的角速度
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;
//设备的重力加速度
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration gravity;
//用户嫁给设备的加速度 设备的总加速度为重力加速度叫上用户给的加速度
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration userAcceleration;
//设备的磁场矢量对象
@property(readonly, nonatomic) CMCalibratedMagneticField magneticField NS_AVAILABLE(NA,5_0);

我们来看下 attitude 这个对象，它又封装了许多设备的状态属性

@interface CMAttitude : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
{
@private
   id _internal;
}
//设备的欧拉角roll
@property(readonly, nonatomic) double roll;
//设备的欧拉角pitch
@property(readonly, nonatomic) double pitch;
//设备的欧拉角yaw
@property(readonly, nonatomic) double yaw;
//设备状态的旋转矩阵
@property(readonly, nonatomic) CMRotationMatrix rotationMatrix;
//设备状态的四元数
@property(readonly, nonatomic) CMQuaternion quaternion;
@end

CoreMotion的使用

CoreMotion中获取数据主要是两种方式：

一种是Push，就是你提供一个线程管理器NSOperationQueue，再提供一个Block，这样，CoreMotion自动在每一个采样数据到来的时候回调这个Block，进行处理。在这中情况下，block中的操作会在你自己的主线程内执行。
一种是 Pull，在这个方式里，你必须主动去像CMMotionManager要数据，这个数据就是最近一次的采样数据。你不去要，CMMotionManager就不会给你。当然，在这种情况下，CoreMotion所有的操作都在自己的后台线程中进行，不会有任何干扰你当前线程的行为。

有两点需要注意：第一就是需要检测是否可用，第二就是在不需要的时候，停止更新数据。苹果建议在使用CoreMotionManager的时候采用单例模式。

我们以CMAccelerometerData为例，其他方式都是一样的

pull获取方式

if ([_motionManager isAccelerometerAvailable]) {    
   // 设置加速计采样频率
   [_motionManager setAccelerometerUpdateInterval:1 / 40.0];
   [_motionManager startAccelerometerUpdates];
}else {
   NSLog(@"设备不支持加速计");
}

//可以写个定时器去定时主动获取数据
//获取数据
CMAcceleration acceleration=_motionManager.accelerometerData.acceleration;
NSLog(@"%f---%f---%f",acceleration.x,acceleration.y,acceleration.z);

push获取方式

//判断加速计是否可用
if([_motionManager isAccelerometerAvailable]) {
   // 设置加速计频率
   [_motionManager setAccelerometerUpdateInterval:1 / 40.0];
   //开始采样数据
   [_motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMAccelerometerData *accelerometerData, NSError *error) {
       NSLog(@"%f---%f",accelerometerData.acceleration.x,accelerometerData.acceleration.y);
   }];
} else{
   NSLog(@"设备不支持加速计");
}

我们再列举几个它的其他属性和方法：

@interface CMMotionManager : NSObject
{
@private
   id _internal;
}
//设置加速度传感器更新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval accelerometerUpdateInterval __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerAvailable) BOOL accelerometerAvailable __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerActive) BOOL accelerometerActive __TVOS_PROHIBITED;
//加速度传感器数据对象
@property(readonly, nullable) CMAccelerometerData *accelerometerData __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式开始更新加速度数据
- (void)startAccelerometerUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//push方式更新加速度数据
- (void)startAccelerometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAccelerometerHandler)handler __TVOS_PROHIBITED;
//停止更新加速度数据
- (void)stopAccelerometerUpdates __TVOS_PROHIBITED;

//设备状态更新帧率
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval deviceMotionUpdateInterval __TVOS_PROHIBITED;
//参考器枚举
+ (CMAttitudeReferenceFrame)availableAttitudeReferenceFrames NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
@property(readonly, nonatomic) CMAttitudeReferenceFrame attitudeReferenceFrame NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionAvailable) BOOL deviceMotionAvailable __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息是否激活
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionActive) BOOL deviceMotionActive __TVOS_PROHIBITED;
//设备运动信息对象
@property(readonly, nullable) CMDeviceMotion *deviceMotion __TVOS_PROHIBITED;
//pull方式开始刷新运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdates __TVOS_PROHIBITED;
//push方式开始刷新运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMDeviceMotionHandler)handler __TVOS_PROHIBITED;
//使用某个参考系
- (void)startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:(CMAttitudeReferenceFrame)referenceFrame NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//push方式开始刷新设备运动信息
- (void)startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:(CMAttitudeReferenceFrame)referenceFrame toQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMDeviceMotionHandler)handler NS_AVAILABLE(NA,5_0) __TVOS_PROHIBITED;
//停止刷新设备运动信息
- (void)stopDeviceMotionUpdates __TVOS_PROHIBITED;

关于CMDeviceMotion

我们都知道，设备静止时受到的地球引力为1g，1g是物体在地球的海平面上受到的下拉力(9.8米/秒²)。假如设备从高处掉落，其加速计测量到的加速度将为0g。假如设备水平放在桌面上，则加速计测量出的加速度为1g，且方向朝上。

加速计测量3个轴(x、y和z)上的值，如图所示：

这个轴在方向上有些不同于传统坐标轴，考虑以下实际情况：

1g重力的分布情况是：y=-1.0

1g重力的分布情况是：x=1.0

1g重力的分布情况是：z=-1.0

1g重力的分布情况是：x= 0.707，y=-0.707

1g重力的分布情况是：y=-0.707，z= 0.707

仅当设备的朝向相对于重力的方向发生变化时，加速计才能检测到；要同时检测设备的朝向和运动数据，就需要用到陀螺仪了。当查询设备的陀螺仪时，它将报告设备绕x, y, z轴的旋转速度，单位为弧度/秒；2弧度相当于一整圈，因此陀螺仪返回读数2表示设备绕相应的轴每秒转一圈。

有两种方式访问设备的朝向和运动数据，一种是通过UIDevice请求朝向通知，另一种是利用框架Core Motion定期地直接访问加速计和陀螺仪数据。

通过UIDevice请求朝向通知

虽然可直接查询加速计并使用它返回的值判断设备的朝向，但Apple为开发人员简化了这项工作。单例UIDevice表示当前设备，它包含方法beginGeneratingDeviceOrientationNotifications，该方法命令iOS将朝向通知发送到通知中心(NSNotificationCenter)。启动通知后，就可以注册一个NSNotificationCenter实例，以便设备的朝向发生变化时自动调用指定的方法。

通过访问UIDevice的属性orientation来获得设备当前朝向，该属性的类型为枚举值

UIDeviceOrientation，有6个预定义值：
UIDeviceOrientationFaceUp — 设备正面朝上
UIDeviceOrientationFaceDown — 设备正面朝下
UIDeviceOrientationPortrait — 纵向(Home键在下)
UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown — 纵向倒转(Home键在上)
UIDeviceOrientationLandscapeLeft — Home键在左边的横向
UIDeviceOrientationLandscapeRight — Home键在右边的横向

- (void)viewDidLoad
{
   [[UIDevice currentDevice] beginGeneratingDeviceOrientationNotifications];

   [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:selfselector:@selector(orientationChanged:) name:@"UIDeviceOrientationDidChangeNotification"object:nil];

   [super viewDidLoad];
}

- (void)orientationChanged:(NSNotification *)notification
{
　　UIDeviceOrientation orientation = [[UIDevice currentDevice] orientation];
　　NSLog(@"当前朝向枚举数字值：%d",orientation);

　　switch (orientation) {
　　　　case UIDeviceOrientationPortrait:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Portrait";
　　　　　　break;
　　　　case UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Portrait Upside Down";
　　　　　　break;
　　　　case UIDeviceOrientationLandscapeLeft:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Landscape Left";
　　　　　　break;
　　　　case UIDeviceOrientationLandscapeRight:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Landscape Right";
　　　　　　break;
　　　　case UIDeviceOrientationFaceUp:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Face Up";
　　　　　　break;
　　　　case UIDeviceOrientationFaceDown:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Face Down";
　　　　　　break;
　　　　default:
　　　　　　self.lblOriention.text = @"Unknown";
　　　　　　break;
   }
}

使用Core Motion读取加速计和陀螺仪数据

利用UIDevice只能判断极端朝向，应用程序经常要获悉这些朝向之间的过渡状态，如设备处于某个倾斜位置。Core Motion运动管理器让您能够指定从加速计和陀螺仪那里接收更新的频率(单位为秒)，还让您能够直接指定一个处理程序块(handle block)，每当更新就绪时都将执行该处理程序块。

实际加速度在Core Motion里被分解成了两部分：Gravity和UserAcceleration。Gravity代表重力1g在设备的分布情况，UserAcceleration代表设备运动中的加速度分布情况。将这两者相加就等于实际加速度。Gravity的三个轴所受的重力加起来始终等于1g，而UserAcceleration取决于单位时间内动作的幅度大小。

CMRotationRate的X，Y,Z分别代表三个轴上的旋转速率，单位为弧度/秒。旋转速度为1弧度/秒，意味着设备每秒旋转半圈。这里复习一下弧度与角度的转换：

1角度 = π/180 弧度

1弧度 = 180/π角度

360角度 = 360 * π/180 = 2π弧度 = 一整圈

CMAttitude的三个属性Yaw,Pitch和Roll分别代表左右摆动、俯仰以及滚动。可以将设备想象成一架飞机，下面的gif图演示了各种运动状态：

Yaw的运动状态：

yaw.gif

Pitch的运动状态：

pitch.gif

Roll的运动状态：

roll.gif

实例

下面的代码实现了这样一个界面，通过CMMotionManager返回了设备的各个状态值：

#import "ViewController.h"


@interface ViewController ()

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblYaw;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblPitch;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRoll;

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerZ;

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityZ;

@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateZ;

@property (strong, nonatomic) CMMotionManager *motionManager;

- (IBAction)motionSwitchHandler:(id)sender;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad
{
   [super viewDidLoad];

   self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
   self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 1.0f/10.0f; //1秒10次
}

- (void)controlHardware
{
   [self.motionManager startDeviceMotionUpdatesToQueue:[NSOperationQueue currentQueue] withHandler:^(CMDeviceMotion *motion, NSError *error) {
       //Acceleration
       if(fabs(motion.userAcceleration.x)>1.3f)
           self.lblAccelerometerX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.x];
       if(fabs(motion.userAcceleration.y)>1.3f)
           self.lblAccelerometerY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.y];
       if(fabs(motion.userAcceleration.z)>1.3f)
           self.lblAccelerometerZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.z];
       //Gravity
       self.lblGravityX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.x];
       self.lblGravityY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.y];
       self.lblGravityZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.z];
       //yaw,pitch,roll
       self.lblYaw.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.yaw];
       self.lblPitch.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.pitch];
       self.lblRoll.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.roll];
       //Gyroscope's rotationRate(CMRotationRate)
       self.lblRotationRateX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.x];
       self.lblRotationRateY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.y];
       self.lblRotationRateZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.z];
   }];
}

- (IBAction)motionSwitchHandler:(id)sender
{
   UISwitch *motionSwitch = (UISwitch *)sender;
   if(motionSwitch.on)
   {
       [self controlHardware];
   }
   else
   {
       [self.motionManager stopDeviceMotionUpdates];
   }
}

- (void)didReceiveMemoryWarning
{
   [super didReceiveMemoryWarning];
   // Dispose of any resources that can be recreated.
}
@end

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CoreMotion负责处理的数据

CoreMotion的使用

关于CMDeviceMotion

实例

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