android - 在 Android 中获取方向向量

Question

如何获得表示设备背面相对于地球坐标指向的方向的方向向量？

例如，如果放在 table 上(屏幕朝上)，它应该显示为 [0,0,-1]，如果垂直面向北，它应该显示为 [1,0,0]，等等。

我知道如何根据航向、俯仰和横滚来计算它，只要它们是相对于地球坐标的。在这里要清楚，我不是在寻找角速度，而是相对于与地球相切的平面的实际电流角度。因此，如果设备垂直放置并面向北方，则角度“alpha”应为 0 或 360，角度“beta”应为 90，“gamma”应为 0。我不知道如何获取这些值要么。

我一整天都在阅读 API，但我仍然找不到如何获得这些东西。

public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
    // ?    
}

感谢任何见解。

Answer 1

SensorManager.getRotationMatrix() 执行下面概述的操作，这些是在我发现它之前编写的。我将留下额外的解释，因为如果您想校正磁北和真北之间的差异，您仍然需要它。

粗略的算法是获取旋转矩阵，将向量[0,0,-1]乘以它，然后将其调整到您的坐标系。为什么？ Android 文档给出了设备和世界的坐标系

注意 Android 设备坐标中的 [0,0,-1] 点垂直向后远离屏幕。如果您将旋转矩阵 R 乘以该向量，当设备按照您的意愿面朝上放在 table 上时，您将在世界坐标中得到 [0,0,-1]。当它朝北直立时，你会得到 [0,-1,0]，这表明你选择了一个坐标系，其中 x 和 y 相对于 Android 系统进行了交换，但这只是约定的更改。

注意 R * [0,0,-1]^T 只是 R 的第三列取反。从这里我得到伪代码:

getRotationMatrix(R);
Let v = first three elements of third column of R.
swap v[0] and v[1]

这应该能得到你想要的。

关于 getRotationMatrix() 正在做什么的附加信息如下。

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您既需要加速度计数据来确定“向下”方向，也需要磁力计数据来确定“北”方向。您必须假设加速度计仅感应重力(设备静止或以稳定的速度移动)。然后需要将磁力计矢量投影到垂直于重力矢量的平面上(因为磁场一般不与地球表面相切)。这给了你两个轴。第三个是正交的，所以可以用叉积来计算。这为您提供了设备系统中的地球坐标向量。看起来你想要相反的:地球坐标中的设备坐标。为此，只需构造方向余弦矩阵并求逆即可。

我要补充一点，上面的讨论假设磁力计矢量指向北方。我认为(来自高中科学!)它实际上是朝向磁南，但手头没有设备所以不能尝试。当然，磁北/南磁与真实相差 0 到 180 度，具体取决于您在地球上的位置。您可以检索 GPS 坐标并计算实际偏移量。

如果您不熟悉执行这些操作所需的数学知识，我可以进一步解释，但必须稍后再解释。