传感器TYPE_ACCELEROMETER/TYPE_MAGNETIC_FIELD和TYPE_ORIENTATION之间的不同数值

Question

获取3个旋转值（方位、俯仰和滚动）的方法有两种。

第一种是注册一个类型为TYPE_ORIENTATION的监听器。这是最简单的方法，我可以从每次旋转中获得正确范围的值，就像文档中所说的那样： 方位：[0, 359] 俯仰：[-180, 180] 滚动：[-90, 90]

另一种方法则是最精确但也是最难理解的一种方式，Android建议使用，因此我想使用它，但我却得到了不同的值。

方位：[-180, 180]。-180/180表示南，0表示北，90表示东，-90表示西。
俯仰：[-90, 90]。90表示90，-90表示-90，0表示0，但是-180/180（屏幕朝下）表示0。
滚动：[-180, 180]。

我应该获得相同的值，但是带有小数点，对吧？

以下是我的代码：

aValues = new float[3];
mValues = new float[3];

sensorListener = new SensorEventListener (){
    public void onSensorChanged (SensorEvent event){
        switch (event.sensor.getType ()){
            case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
                aValues = event.values.clone ();
                break;
            case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
                mValues = event.values.clone ();
                break;
        }

        float[] R = new float[16];
        float[] orientationValues = new float[3];

        SensorManager.getRotationMatrix (R, null, aValues, mValues);
        SensorManager.getOrientation (R, orientationValues);

        orientationValues[0] = (float)Math.toDegrees (orientationValues[0]);
        orientationValues[1] = (float)Math.toDegrees (orientationValues[1]);
        orientationValues[2] = (float)Math.toDegrees (orientationValues[2]);

        azimuthText.setText ("azimuth: " + orientationValues[0]);
        pitchText.setText ("pitch: " + orientationValues[1]);
        rollText.setText ("roll: " + orientationValues[2]);
    }

    public void onAccuracyChanged (Sensor sensor, int accuracy){}
};

请帮忙。这真的很令人沮丧。

我需要处理那些值吗？还是我做错了什么？

谢谢。

- Gabriel Llamas

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我已经自己在这方面工作了大约两周了。你的代码看起来是正确的（根据我能找到的文档），但正如你所指出的，它与TYPE_ORIENTATION传感器结果不匹配。检查orientationValues[0]是否为负值并添加它似乎是一件简单的事情。但那还不够。你没有显示传感器更新的频率。我发现更快的更新会产生更好的结果，即使TYPE_ORIENTATION结果似乎相当稳定。如果你想一起工作，请联系[e-mail]。 - Dave MacLean

所有传感器的速度都是GAME，但我不认为问题与速度有关。很奇怪，因为所有博客、论坛（以及我正在阅读的书！）都以相同的方式实现传感器。 - Gabriel Llamas

大家都在讲如何使用加速度计和磁场传感器，但没有人说返回的值与TYPE_ORIENTATION不同，即使是官方文档也是如此。干得好，等待回答... - Gabriel Llamas

请看一下我的问题这里，或许会有用。 - Tim

Answer 1

我知道我在这里是在玩线程复活术，但我最近一直在研究这个东西，所以我想分享我的看法。

该设备不包含指南针或倾斜仪，因此不能直接测量方位角、俯仰角或横滚角。(顺便说一下，我们称之为欧拉角)。相反，它使用加速度计和磁力计，两者都产生三维空间的XYZ向量。这些向量用于计算方位角等值。

向量在设备坐标空间中：

世界坐标系中，Y轴朝北，X轴朝东，Z轴朝上：

因此，设备的“中性”方向是平放在桌子上，设备的顶部面向北方。

加速度计产生一个指向“上”的向量。磁力计产生一个指向“北”的向量。（请注意，在北半球，由于磁倾角，这个向量往往会指向下方。）

通过SensorManager.getRotationMatrix()数学组合加速度计向量和磁力计向量，返回一个3x3矩阵，将设备坐标系中的向量映射到世界坐标系或反之。对于处于中性位置的设备，此函数将返回单位矩阵。

该矩阵不随屏幕方向变化而变化。这意味着您的应用程序需要了解方向并相应地进行补偿。

SensorManager.getOrientation()使用转换矩阵计算方位角、俯仰角和横滚角值。这些值是相对于处于中性位置的设备而言的。

我不知道调用此函数和使用TYPE_ORIENTATION传感器有什么区别，除了此函数可以让您先操作矩阵。

如果设备向上倾斜90度或接近90度，欧拉角的使用将失效。这在数学上是一个退化的情况。在这种情况下，设备如何知道您是否正在更改方位角或翻滚角？

函数SensorManager.remapCoordinateSystem()可用于操纵转换矩阵以补偿您可能了解的设备方向。然而，我的实验表明，这并不涵盖所有情况，甚至包括一些常见情况。例如，如果您想为直立设备重新映射（例如拍照），则需要将转换矩阵乘以此矩阵：

1 0 0
0 0 1
0 1 0

在调用getOrientation()之前，这不是remapCoordinateSystem()支持的方向重映射之一[如果我漏掉了什么，请有人纠正我]。

好的，这一切都是为了说，如果您正在使用方向传感器或从getOrientation()获取方向信息，则可能使用不正确。实际上，您只有在以用户友好的形式显示方向信息，注释照片，驱动飞行仪表盘或进行类似操作时才需要欧拉角。

如果您想执行与设备方向相关的计算，则几乎肯定最好使用转换矩阵并使用XYZ向量进行工作。

作为顾问，每当有人向我提出涉及欧拉角的问题时，我会回过头来问他们真正想做什么，然后找到一种使用向量而不是欧拉角的方法。

回顾你最初的问题，getOrientation() 应该返回三个值在 [-180 180] [-90 90] 和 [-180 180] 之间（在从弧度转换后）。实际上，我们认为方位角是在 [0 360) 内的数字，所以你应该将任何负数加上 360。你的代码看起来写得很正确。如果我知道你期望得到什么结果以及你得到了什么结果，那将有所帮助。

编辑后添加：还有一些想法。现代 Android 版本使用称为“传感器融合”的东西，它基本上意味着所有可用的输入 - 加速计、磁力计、陀螺仪 - 都被组合在一起放入一个数学黑盒中（通常是卡尔曼滤波器，但取决于供应商）。所有不同的传感器 - 加速度、磁场、陀螺仪、重力、线性加速度和方向 - 都被视为这个黑盒的输出。

尽可能使用 TYPE_GRAVITY 而不是 TYPE_ACCELEROMETER 作为 getRotationMatrix() 的输入。

- Edward Falk

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谢谢您的解释，请问您能指导一下这个问题吗？http://stackoverflow.com/questions/27137239/get-moving-device-direction-without-gps - Arash

我已经回答了那个问题。你可能不会喜欢它；这是一个非常非常难解决的问题。 - Edward Falk

Answer 2

我可能是在胡乱猜测，但如果我正确理解你的问题，你想知道为什么你得到的是[-179..179]而不是[0..360]？

请注意-180与+180相同，也与180 + N*360相同，其中N是整数。

换句话说，如果你想得到与方向传感器相同的数字，可以这样做：

// x = orientationValues[0];
// y = orientationValues[1];
// z = orientationValues[2];
x = (x + 360.0) % 360.0;
y = (y + 360.0) % 360.0;
z = (z + 360.0) % 360.0;

这将会按照您的要求，使值在[0..360]范围内。

- johndodo

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我不记得我是怎么解决这个问题的 xD，但是+1给你！:P - Gabriel Llamas

Answer 3

在你的计算中，你缺少了一个关键的计算。
在你执行getRotationMatrix之后，需要调用remapCoordinateSystem。

将它添加到你的代码中，一切都会好起来的。
你可以在这里阅读更多相关信息。

- TheCodeArtist