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使用Core Motion从加速度计数据获取位移

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我正在开发一款增强现实应用程序，目前它想在表面上显示一个简单的立方体，并能够在空间中移动（旋转和位移）以便从所有不同角度查看立方体。由于我要求用户将iPhone放在想要放置立方体的表面上，然后按下按钮重置姿态，所以这里不需要校准相机的问题。
使用陀螺仪和Core Motion非常简单地找出相机的旋转情况。我是这样做的：
if (referenceAttitude != nil) {
    [attitude multiplyByInverseOfAttitude:referenceAttitude];
}

CMRotationMatrix mat = attitude.rotationMatrix;

GLfloat rotMat[] = {
    mat.m11, mat.m21, mat.m31, 0,
    mat.m12, mat.m22, mat.m32, 0,
    mat.m13, mat.m23, mat.m33, 0,
    0, 0, 0, 1
};

glMultMatrixf(rotMat);

这个方法非常有效。 但是，当我尝试在加速过程中找到空间位移时，会出现更多问题。 使用Core Motion的Apple Teapot示例只是将加速度向量的x、y和z值添加到位置向量中。这样做（除了没有太多意义之外）会导致在加速后将对象返回到原始位置。（因为加速度从正变为负，或者反之） 他们是这样做的：

translation.x += userAcceleration.x;
translation.y += userAcceleration.y;
translation.z += userAcceleration.z;

我应该怎么样通过加速度（已知时间差）来找到位移？从其他答案中看来，似乎我需要进行两次积分，从加速度得出速度，再从速度得出位置。但是并没有任何代码示例，我认为这并不是必须的。此外，当iPhone还在平面上时，加速计值不为零（我认为存在一些噪声）。我应该过滤这些值多少？我是否应该过滤它们？

4个回答
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很棒，有人跟我一样遇到了同样的问题，所以值得花些时间研究 :-)
我同意westsider的观点，因为我尝试了几周不同的方法，最终结果非常糟糕。我确信对于更大的距离或超过1到2秒的缓慢运动，都不会有可接受的解决方案。如果你可以接受一些限制，例如小距离（<10厘米）和运动的给定最小速度，那么我相信可能会有找到解决方案的机会 - 完全没有保证。如果是这样，你需要投入很多时间和精力进行研究，而且可能会感到非常沮丧，但是如果成功了，那将非常非常酷 :-) 也许你会发现以下提示有用：
首先，为了简化问题，只看一个轴，例如x轴，但要考虑到左（-x）和右（+x）都有可表示的情况。
是的，你说得对，你必须进行两次积分才能得到位置关于时间的函数。而且在进一步处理之前，应该存储第一次积分的结果（==速度），因为后面的优化需要用到它。要非常小心，因为即使一个微小的错误（例如<0.1%），在做两次积分后也会迅速增长。如果你将加速度计配置为50 Hz，即处理了50个刻度，那么微小的可忽略误差将比“真实”值更快地增加，情况在一秒后会变得更糟。我强烈建议不要依赖梯形法则，而是至少使用辛普森或更高阶的牛顿科茨公式。
如果你成功了，你需要注意设置正确的低通滤波器。我无法给出一般的值，但经验法则是在0.2和0.8之间尝试过滤因子将是一个好的起点。正确的值取决于你的业务需求，例如什么样的游戏，如何快速响应事件等等。
现在你将有一个在某些情况下和短时间内工作得相当好的解决方案。但是过了几秒钟后，你的物体就会漂移出去。现在你将进入解决方案中困难的部分，而这正是我未能在规定的时间范围内处理好的部分 :-(
一个有前途的方法是引入我所谓的“合成力”或“虚拟力”。这是一些策略，用于对多种触发物体漂移的不良情况做出反应，尽管设备在你的手中保持固定（？没有移动）。最麻烦的是速度大于0但没有任何加速度。这是误差传播不可避免的结果，可以通过人为减速来处理，即使没有真正的对应物，也要引入虚拟减速。以下是一个非常简单的例子：
if (vX > 0 && lastAccelerationXTimeStamp > 0.3sec) {

     vX *= 0.9;
}

你需要使用一系列条件来驯服这个野兽。需要尝试多次才能找到正确的方法，这将是问题的难点。

如果您成功破解了代码，请务必告诉我，我非常想知道它是否通用 :-)

祝好 Kay

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当iPhone 4刚推出时，我花费了很多时间尝试使用加速度计和陀螺仪获取准确的位移。由于设备只需移动几米，并且数据采集通常最多运行几分钟，因此 incremental drift 应该没有太大的担忧。我们尝试了各种方法，甚至得到了几位苹果工程师的帮助。最终，似乎陀螺仪无法胜任这项任务。它对于3D定位非常好，但仅此而已......这是根据非常有见地的工程师所说的。
我很想听到有人反驳这一点——因为应用程序并没有像我们希望的那样成功，等等。
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我也想在iPhone上获取位移。我没有使用积分，而是使用基本物理公式d = .5a * t ^ 2，并假设初始速度为0（不能假设初始速度为0）。到目前为止，它似乎工作得非常好。
我的问题是我正在使用deviceMotion，但值不正确。deviceMotion.gravity读取接近于0。有任何想法吗？- 好了，解决了，显然deviceMotion.gravity有x、y和z值。如果您不指定需要哪一个，您会得到x（应该接近于0）。
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d=0.5at^2的问题在于，它需要像http://en.wikipedia.org/wiki/Acceleration中描述的恒定加速度。 - Kay
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假设v(0) == 0是至关重要的，但我们需要一个起点并且应该接受这一点。在我看来，更关键的部分出现在几秒钟后，当a==0且v！=0时（如我的答案所解释的那样）。 - Kay
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原文链接