ios - 我怎样才能在 iOS 5 中使用 CMDeviceMotion 获取设备的标题

Question

我正在使用陀螺仪开发 AR 应用。我使用了一个苹果代码示例 pARk。它使用旋转矩阵来计算坐标的位置并且它确实做得很好，但现在我正在尝试实现一个“雷达”并且我需要根据设备航向旋转它。我使用的是 CLLocationManager 标题，但它不正确。

问题是，如何使用 CMAttitude 获取设备的标题以准确反射(reflect)我在屏幕上看到的内容？

我是旋转矩阵之类的新手。

这是用于计算 AR 坐标的部分代码。用态度更新 cameraTransform:

CMDeviceMotion *d = motionManager.deviceMotion;
if (d != nil) {
    CMRotationMatrix r = d.attitude.rotationMatrix;
    transformFromCMRotationMatrix(cameraTransform, &r);
[self setNeedsDisplay];
}

然后在 drawRect 代码中:

mat4f_t projectionCameraTransform;
multiplyMatrixAndMatrix(projectionCameraTransform, projectionTransform, cameraTransform);

int i = 0;
for (PlaceOfInterest *poi in [placesOfInterest objectEnumerator]) {
    vec4f_t v;
    multiplyMatrixAndVector(v, projectionCameraTransform, placesOfInterestCoordinates[i]);

    float x = (v[0] / v[3] + 1.0f) * 0.5f;
    float y = (v[1] / v[3] + 1.0f) * 0.5f;

我还使用俯仰角旋转 View 。 Action 更新从北方开始:

[motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical];

所以我认为一定有可能在任何位置(具有任何俯仰和偏航......)获得设备的“滚动”/航向，但我不知道如何。

Answer 1

有几种方法可以根据 CMDeviceMotion 返回的旋转矩阵计算航向。这假设您使用 Apple 指南针的相同定义，其中指向正北的 +y 方向(iPhone 顶部)返回航向 0，向右旋转 iPhone 会增加航向，因此东为 90，南为 180 , 等等。

首先，当您开始更新时，请务必检查以确保标题可用:

if (([CMMotionManager availableAttitudeReferenceFrames] & CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical) != 0) {
   ...
}

接下来，当您启动运动管理器时，请求姿态作为从 X 指向真北(或磁北，如果您出于某种原因需要)的旋转:

[motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame: CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical
                                                   toQueue: self.motionQueue
                                               withHandler: dmHandler];

当运动管理器报告运动更新时，您想知道设备在 X-Y 平面上旋转了多少。由于我们对 iPhone 的顶部感兴趣，因此我们将在该方向上选择一个点并使用返回的旋转矩阵旋转它以获得旋转后的点:

   [m11 m12 m13] [0]   [m12]
   [m21 m22 m23] [1] = [m22]
   [m31 m32 m33] [0]   [m32]

时髦的括号是矩阵；这是我使用 ASCII 所能做的最好的事情。 :)

航向是旋转点与真北之间的角度。我们可以使用旋转点的 X 和 Y 坐标来提取反正切，它给出了点与 X 轴之间的角度。这实际上与我们想要的相差 180 度，所以我们必须相应地进行调整。生成的代码如下所示:

CMDeviceMotionHandler dmHandler = ^(CMDeviceMotion *aMotion, NSError *error) {
    // Check for an error.
    if (error) {
        // Add error handling here.
    } else {
        // Get the rotation matrix.
        CMAttitude *attitude = self.motionManager.deviceMotion.attitude;
        CMRotationMatrix rm = attitude.rotationMatrix;

        // Get the heading.
        double heading = PI + atan2(rm.m22, rm.m12);
        heading = heading*180/PI;
        printf("Heading: %5.0f\n", heading);
    }
};

有一个陷阱:如果 iPhone 的顶部笔直向上或笔直向下，则方向是不确定的。结果是 m21 和 m22 为零，或非常接近零。您需要确定这对您的应用意味着什么，并相应地处理这种情况。例如，当 m12*m12 + m22*m22 接近于零时，您可能会切换到基于 -Z 轴(在 iPhone 后面)的航向。

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这一切都假设您想要围绕 X-Y 平面旋转，就像 Apple 通常为他们的指南针所做的那样。它之所以有效，是因为您正在使用运动管理器返回的旋转矩阵来旋转沿 Y 轴指向的矢量，即这个矩阵:

[0]
[1]
[0]

要旋转不同的向量——比如，一个指向-Z——使用不同的矩阵，比如

[0]
[0]
[-1]

当然，你还必须在不同的平面上取反正切，所以而不是

double heading = PI + atan2(rm.m22, rm.m12);

你会用

double heading = PI + atan2(-rm.m33, -rm.m13);

获取 X-Z 平面内的旋转。