在安卓系统中如何计算相对方位，给定方位角、俯仰角和翻滚角？

Question

当我在安卓应用中监听方向事件时，我会得到一个SensorEvent，其中包含了3个浮点数 - 方位角、俯仰角和横滚角，这些角度与现实世界的坐标轴有关。

现在假设我正在构建一个像迷宫一样的应用程序，但我不想强制用户将手机放置在地面上并使xy平面与地面平行。相反，我希望能够允许用户按照自己的意愿握着手机，躺下或者坐着，或者以一定的角度握着手机。换句话说，我需要根据用户的喜好来校准手机。

我该怎么做呢？

请注意，我认为我的答案与getRotationMatrix和getOrientation有关，但是我不确定如何使用！

请帮忙！我已经被困在这里几个小时了。

- Gallal

Answer 1

对于迷宫风格的应用程序，您可能更关心加速度（重力）矢量而不是轴方向。在手机坐标系中，该矢量由三个加速计测量值的组合给出，而不是旋转角度。具体来说，只有x和y读数应影响小球的运动。

如果您确实需要方向，则3个角度读数表示3个欧拉角。但是，我怀疑您可能并不真正需要角度本身，而是由getRotationMatrix() API返回的旋转矩阵R。一旦您拥有了这个矩阵，那么它基本上就是您正在寻找的校准。当您想要将世界坐标中的向量转换为设备坐标时，应将其乘以此矩阵的逆矩阵（在这种特殊情况下，inv(R) = transpose(R)）。

因此，按照我在文档中找到的示例，如果您想将世界重力向量g（[0 0 g]）转换为设备坐标，请将其乘以inv(R)： g = inv(R) * g （请注意，这应该会给您与读取加速度计相同的结果）

此处可能使用的API：矩阵类的invertM()和multiplyMV()方法。

- ysap

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加速度计和方向传感器之间到底有什么区别？如果我关心的是手机的旋转，为什么我需要加速度计？游戏需要根据用户倾斜手机而不是加速度来反应。我相信你说的是对的，但我无法理解！ - Gallal

@Gallal - 首先，即使我也可能会错（有时候...）;-)。现在，我假设你正在尝试实现一个迷宫风格的游戏。在这个游戏中，重力矢量分量决定了球的运动。当你把手机向某个方向倾斜（不需要真的移动它-“加速”），设备坐标中的重力就在x和y方向上有一些非零分量。这些分量是由x和y加速度计测量的。z方向的运动受到游戏板的限制。球就是无法在z方向上移动。 - ysap

我现在已经得到了R和I，使用getRotationMatrix(R, I, mGravity, mGeomagnetic)方法。当调用此方法并获取未来参考的R时，手机的位置处于所需的位置（即当用户点击“校准”时）。从这一点开始，我不断地获得Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD类型的SensorEvent(s)。我该如何处理新事件？@ysap，非常感谢您的帮助。就像我说的，我已经被困在这个问题上好几天了；我对“空间”关键思维并不是很擅长！ - Gallal

@Gallal - 如果我理解您的问题，那么您想要实现的是设备的“重置”位置，作为进一步旋转的参考。所以，当用户点击 校准 时，您会存储结果 R 矩阵（称其为 Ri）。然后，您需要从游戏时间中您的设备进一步读取的数据中“减去”这个矩阵，该矩阵表示从世界坐标到初始设备方向的旋转。基本上，当前方向(Rc)到初始方向(Ri)的旋转矩阵 R 是 R = inv(Ri) * Rc。 - ysap

在旋转矩阵数学中，“加法”旋转是旋转矩阵的乘积。因此，“减法”是与逆矩阵的乘积。 - ysap

Answer 2

我不知道有任何特定于Android的API，但你想做的只是将方位角减少一定量，对吧？所以你将“原点”从（0,0,0）移动到他们想要的任何位置。伪代码如下：

myGetRotationMatrix:
    return getRotationMatrix() - origin

- Xodarap