iOS设备运动传感器开发指南

### iOS 设备运动传感器开发指南 #### 引言 iOS 设备内置的运动传感器是其令人印象深刻的特性之一。借助这些传感器，开发者能够创造出令人惊叹的应用程序，比如将手机指向夜空就能立即得知星星和星座的名称，或者玩近乎真实体验的虚拟弹珠迷宫游戏。通过 Core Motion 框架，开发者可以轻松访问设备的加速度计、陀螺仪和磁力计，利用这些工具能提升用户体验并创造新功能。不过，除了识别摇晃事件外，本章的其他功能测试都需要物理设备，因为目前无法模拟 Core Motion 框架的数据。 #### 识别摇晃事件 在深入 Core Motion 框架之前，先了解一下设备摇晃这一相关话题。许多应用以各种方式利用设备摇晃功能，从歌曲随机播放到信息刷新都有涉及。虽然该功能不一定依赖 Core Motion 框架，但能检测设备物理变化的关键概念使其值得深入理解。 ##### 拦截摇晃事件 可以使用 Core Motion 框架识别摇晃事件，但更方便的是使用 `motionEnded:withEvent:` 消息。当用户摇晃设备时，此消息会发送到应用的第一响应者。以下是设置应用主视图接收摇晃事件的代码示例： ```objc @implementation ViewController // . . . - (BOOL) canBecomeFirstResponder { return YES; } - (void) viewWillAppear: (BOOL)animated { [self.view becomeFirstResponder]; [super viewWillAppear:animated]; } - (void) viewWillDisappear: (BOOL)animated { [self.view resignFirstResponder]; [super viewWillDisappear:animated]; } - (void) motionEnded: (UIEventSubtype)motion withEvent: (UIEvent *)event { if (event.subtype == UIEventSubtypeMotionShake) { // Device was shaken } } // . . . @end ``` 上述代码适用于大多数情况，但更复杂的解决方案能让应用全局识别摇晃事件。 ##### 子类化窗口 如果响应链中没有 `motionEnded:withEvent:` 消息的接收者，该消息会发送到应用的窗口对象。我们可以拦截窗口对象的 `motionEnded:withEvent:` 消息，并实现自己的通知方案，让应用中感兴趣的对象知道设备何时被摇晃。 步骤如下： 1. 创建一个新的 Objective - C 类，命名为 `MainWindow`，并使其成为 `UIWindow` 的子类。 2. 修改应用的设置代码，使用自定义窗口类。在应用委托的 `didFinishLaunchingWithOptions:` 方法中进行小改动，示例如下（需在 `AppDelegate.h` 文件中导入 `MainWindow.h` 文件）： ```objc - (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions { self.window = [[MainWindow alloc] initWithFrame:[[UIScreen mainScreen] bounds]]; // Override point for customization after application launch. self.viewController = [[ViewController alloc] initWithNibName:@"ViewController" bundle:nil]; self.window.rootViewController = self.viewController; [self.window makeKeyAndVisible]; return YES; } ``` ##### 实现摇晃通知 在 `MainWindow.h` 中添加以下代码： ```objc @implementation MainWindow // . . . - (void)motionEnded:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event { if (event.type == UIEventTypeMotion && event.subtype == UIEventSubtypeMotionShake) { [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"NOTIFICATION_SHAKE" object:self]; } } // . . . @end ``` 此代码拦截摇晃事件，并使用 `NSNotificationCenter` 类发布通知。感兴趣的对象可以向通知中心注册动作方法，例如在应用主视图中接收摇晃通知： ```objc @implementation ViewController // . . . - (void) viewWillAppear: (BOOL)animated { [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(shakeDetected:) name:@"NOTIFICATION_SHAKE" object:nil]; [super viewWillAppear:animated]; } - (void) viewWillDisappear: (BOOL)animated { [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self]; [super viewWillDisappear:animated]; } -(void)shakeDetected:(NSNotification *)paramNotification { NSLog(@"Shaken not stirred"); } // . . . @end ``` 若想在视图消失后仍跟踪摇晃事件，不要调用 `removeObserver:` 方法。 ##### 测试摇晃事件 完成上述操作后，就可以运行并测试应用。虽然 Core Motion 功能需要真实设备测试，但摇晃事件可以在模拟器中测试，只需使用硬件菜单下的“Shake Gesture”选项。 #### 访问原始 Core Motion 数据 使用此方法可创建一个简单应用，接收并显示加速度计、陀螺仪和磁力计传感器的原始数据。不过，测试该应用需要具备这些传感器的真实设备，如 iPhone 4。 ##### Core Motion 传感器 在 Core Motion 中，可以访问设备的三种硬件传感器： - **加速度计**：测量设备因重力或用户操作产生的加速度，能提供设备当前的方向和大致运动信息。 - **陀螺仪**：测量设备沿多个轴的旋转。 - **磁力计**：提供经过设备的磁场数据，通常是地球磁场，但也可能是附近其他磁场。测试时需注意，将强磁铁靠近设备可能会造成损坏。 不同 iOS 设备对这些传感器的支持情况如下表所示： | 传感器 | 支持设备 | | ---- | ---- | | 加速度计 | 所有 iPhone、iPad 和 iPod 均可用 | | 陀螺仪 | iPhone 4、iPad2、iPod 4 及后续机型可用 | | 磁力计 | iPhone 3GS 及后续机型，以及所有 iPad 可用 | 三种传感器的数据均以三维向量形式呈现，包含 X、Y 和 Z 分量。若将设备正面朝向自己，底部朝向地面，X 轴水平贯穿设备，Y 轴从底部向上垂直，Z 轴从设备中心指向自己。对于陀螺仪，值表示绕这些轴的旋转速率，可使用右手定则确定正旋转速率方向。绕 X、Y 和 Z 轴的旋转分别称为俯仰（pitch）、翻滚（roll）和偏航（yaw）。 ##### 设置项目 创建一个简单应用，显示三个传感器的当前数据。步骤如下： 1. 创建一个新的单视图应用，命名为“Raw Motion Data Test”。 2. 由于要使用 Core Data 框架，需将 `CoreMotion.framework` 二进制文件链接到项目。 3. 在主视图中添加 21 个标签，并进行布局。为包含值的 9 个标签创建输出口，命名如下： - 加速度计值标签：`xAccLabel`、`yAccLabel`、`zAccLabel`。 - 陀螺仪值标签：`xGyroLabel`、`yGyroLabel`、`zGyroLabel`。 - 磁力计值标签：`xMagLabel`、`yMagLabel`、`zMagLabel`。 视图控制器接口声明示例如下： ```objc @interface ViewController : UIViewController @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *xAccLabel; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *yAccLabel; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *zAccLabel; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *xGyroLabel; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *yGyroLabel; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *zGyroLabel; @property (strong, nonatom ```