探索iOS设备的陀螺仪与加速度计

### 探索iOS设备的陀螺仪与加速度计 在iOS设备（如iPhone、iPad和iPod touch）中，内置的加速度计和陀螺仪是非常酷炫的功能。加速度计能让iOS系统知晓设备的握持方式和移动状态，而陀螺仪则可用于确定设备绕各轴的旋转角度。下面我们将详细介绍如何使用Core Motion框架在应用程序中访问这些数据。 #### 加速度计的物理原理 加速度计通过感知特定方向上的惯性力来测量加速度和重力。iOS设备中的加速度计是三轴加速度计，能够检测三维空间中的运动或重力拉力。其测量单位是重力加速度（g），例如： - 当设备静止时，地球引力会对其施加约1g的力。 - 当设备垂直握持（竖屏方向）时，加速度计会检测到y轴上约1g的力。 - 当设备倾斜时，这1g的力会根据握持角度分布在不同轴上。例如，以45度角握持时，1g的力会大致平均分配到两个轴上。 突然的运动可以通过检测加速度计值是否远大于1g来判断。在正常使用中，加速度计在任何轴上检测到的力通常不会显著超过1g。如果摇晃、掉落或抛掷设备，加速度计会检测到一个或多个轴上的力增大，但请勿通过掉落或抛掷自己的iOS设备来测试此原理。 加速度计使用的y坐标与Quartz 2D的坐标系相反，y值增加表示向上的力。当将加速度计用作Quartz 2D的控制机制时，需要转换y坐标；而在使用OpenGL ES时则无需转换。 #### 陀螺仪与加速度计的区别 iPhone 4及后续设备还配备了陀螺仪传感器，用于读取设备绕各轴的旋转值。以平放在桌子上的iPhone为例，当水平转动手机时，加速度计的值不会改变，因为此时使手机移动的力（仅为沿z轴向下的重力）没有变化。但在同一运动过程中，设备的旋转值会发生变化，特别是z轴的旋转值。顺时针旋转设备会产生负值，逆时针旋转则产生正值，停止旋转后，z轴旋转值会回到零。 #### Core Motion框架与运动管理器 在iOS 4及更高版本中，可以使用Core Motion框架访问加速度计和陀螺仪的值。该框架提供了CMMotionManager类，它是获取设备运动数据的入口。应用程序创建CMMotionManager的实例后，可以通过以下两种模式使用： - 每当发生运动时执行一些代码。 - 持有一个持续更新的结构，以便随时访问最新值。 后一种方法适用于需要在游戏循环的每次迭代中轮询设备当前状态的交互式游戏等应用程序。 需要注意的是，CMMotionManager类不是单例，但应用程序应将其视为单例，每个应用程序只创建一个实例。如果需要从应用程序的多个位置访问运动管理器，建议在应用程序委托中创建它并提供访问接口。 除了CMMotionManager类，Core Motion还提供了一些其他类，如CMAccelerometerData和CMGyroData，它们是应用程序访问运动数据的简单容器。 #### 基于事件的运动处理 运动管理器可以在运动数据每次更改时执行一些代码。与大多数Cocoa Touch类通过委托实现此功能不同，Core Motion使用了iOS 4 SDK的新特性——块（blocks）。 以下是创建一个名为MotionMonitor的简单应用程序的步骤： 1. **创建项目**：使用Xcode创建一个新的基于视图的应用程序项目，命名为MotionMonitor。 2. **链接Core Motion框架**：这是一个可选的系统框架，需要手动添加。控制点击“Frameworks”文件夹，从上下文菜单中选择“Add -> Existing Frameworks…”，然后选择CoreMotion.framework。 3. **修改头文件**：打开MotionMonitorViewController.h文件，进行如下修改： ```objc #import <UIKit/UIKit.h> #import <CoreMotion/CoreMotion.h> @interface MotionMonitorViewController : UIViewController { CMMotionManager *motionManager; UILabel *accelerometerLabel; UILabel *gyroscopeLabel; } @property (nonatomic, retain) CMMotionManager *motionManager; @property (nonatomic, retain) IBOutlet UILabel *accelerometerLabel; @property (nonatomic, retain) IBOutlet UILabel *gyroscopeLabel; @end ``` 4. **设计界面**：在Interface Builder中打开MotionMonitorViewController.xib文件，进行以下操作： - 从库中拖出一个标签到视图中，调整其大小使其从左蓝色引导线延伸到右蓝色引导线，高度约为整个视图的一半，并将其顶部与顶部蓝色引导线对齐。 - 打开属性检查器，将“# Lines”字段从1改为0，这样标签可以显示任意数量的文本行。 - 按住Option键拖动标签创建一个副本，并将其与底部的蓝色引导线对齐。 - 从“File’s Owner”图标控制拖动到每个标签，将accelerometerLabel连接到上面的标签，gyroscopeLabel连接到下面的标签。 5. **添加属性合成和内存管理代码**：打开MotionMonitorViewController.m文件，在实现块的顶部添加属性合成代码，并在viewDidUnload和dealloc方法中添加内存管理调用： ```objc #import "MotionMonitorViewController.h" @implementation MotionMonitorViewController @synthesize motionManager; @synthesize accelerometerLabel; @synthesize gyroscopeLabel; - (void)viewDidUnload { self.motionManager = nil; self.accelerometerLabel = nil; self.gyroscopeLabel = nil; [super viewDidUnload]; } - (void)dealloc { [motionManager release]; [accelerometerLabel release]; [gyroscopeLabel release]; [super dealloc]; } @end ``` 6. **实现viewDidLoad方法**：移除viewDidLoad方法的注释标记，并添加以下内容： ```objc - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; self.motionManager = [[[CMMotionManager alloc] init] autorelease]; NSOperationQueue *queue = [[[NSOperationQueue alloc] init] autorelease]; if (motionManager.accelerometerAvailable) { motionManager.accelerometerUpdateInterval = 1.0/10.0; [motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:queue withHandler: ^(CMAccelerometerData *accelerometerData, NSError *error){ NSString *labelText; if (error) { [motionManager stopAccelerometerUpdates]; labelText = [NSString stringWithFormat: @"Accelerometer encountered error: %@", error]; } else { labelText = [NSString stringWithFormat: @"Accelerometer\n-----------\nx: %+.2f\ny: %+.2f\nz: %+.2f", accelerometerData.acceleration.x, accelerometerData.acceleration.y, accelerometerData.acceleration.z]; } ```