ios - 将加速度数据调整为全局引用系

Question

使用 Core Motion 时，加速度似乎总是相对于设备返回。这意味着如果您向上摇动设备屏幕，它将位于 +/-Z(取决于初始引用值)如果您随后将设备转向侧面并上下摇动，与之前相同，加速度将位于 +/-Z/-X 或 Y。

我想将此设备特定的加速度转换回“全局”帧。这意味着无论设备在摇动时的方向如何，设备的相同物理运动都会导致加速度数据沿同一轴返回。

例如，如果我们上下摇动设备，屏幕朝上，它会出现在 z 轴上，然后如果您旋转设备使屏幕朝前并做同样的摇动，z 轴仍然显示加速度即使相对于设备它是 Y 轴。

我一直在尝试将加速度旋转回初始姿态，看起来有时有效，有时无效。我不相信轮换是正确的方法。我不确定它是否是合理的数学或有时只是随机看起来正确。

extension CMQuaternion {
    var toSIMD: simd_quatd {
        return simd_quatd(ix: x, iy: y, iz: z, r: w)
    }
}

extension CMAcceleration {
    var toSIMD: SIMD3<Double> {
        return SIMD3<Double>(x,y,z)
    }
}

然后像这样进行计算:

var reference: simd_quatd?
motionManager.startDeviceMotionUpdates(using: .xArbitraryZVertical, to: .main) { deviceMotion, error in
    guard let deviceMotion = deviceMotion else { return }

    let userAcceleration = deviceMotion.userAcceleration.toSIMD
    let adjusted: SIMD3<Double>
    if let ref = reference {
// rotate the userAccel by the inverse of the reference times the current attitude. 
      adjusted = simd_act(simd_mul( simd_inverse(ref.quaternion.toSIMD),deviceMotion.attitude.quaternion.toSIMD), userAcceleration)
    } else {
      reference = deviceMotion.attitude.quaternion.toSIMD
      adjusted = userAcceleration
    }
...
}

最终目标是将“上/下”分量放入 FFT 中，以尝试找到运动的频率。

旋转加速度矢量是正确的方法吗？有没有更好的方法来实现与姿态无关的加速？或者更好的是，无论方向如何，都可以找到设备运动的频率!

Answer 1

我能够验证这确实是一种“旋转”加速数据的方法。

请注意，我没有使用第一帧作为引用，而是对其进行了简化并使用了四元数

让 referenceFrame = simd_inverse(simd_quatd(ix: 0,iy: 0,iz: 0,r: 1))

然后为了处理调整后的加速度，我做了:

let userAcceleration = motion.userAcceleration.toSIMD

let adjusted = simd_act(simd_mul(referenceFrame, motion.attitude.quaternion.toSIMD), userAcceleration)

adjusted 的 Z 分量将在全局框架中向上/向下。

我一直在实时执行此操作，没有任何问题。