前言

最近因為工作需要對加速計和陀螺儀進(jìn)行學(xué)習(xí)和了解，過程中有所收獲。

正文

一、加速計

iPhone在靜止時會受到地球引力，以屏幕中心為坐標(biāo)原點，建立一個三維坐標(biāo)系（如右圖），此時iPhone收到的地球引力會分布到三個軸上。
iOS開發(fā)者可以通過CoreMotion框架獲取分布到三個軸的值。如果iPhone是如圖放置，則分布情況為x=0,y=-1.0,z=0。
在CoreMotion中地球引力（重力）的表示為1.0。

手機(jī)如果屏幕朝上的放在水平桌面上，此時的(x，y，z）分布是什么？

上面答案是(0，0， -1.0）；

如何檢測手機(jī)的運動？
CoreMotion框架中有CMDeviceMotion類，其中的gravity屬性用來描述前面介紹的重力；另外的userAcceleration是用來描述手機(jī)的運動。
當(dāng)手機(jī)不動時，userAcceleration的(x, y, z)為(0, 0, 0)；
當(dāng)手機(jī)運動，比如在屏幕水平朝上的自由落體時，檢測到的(x, y, z)將為(0, 0, 1);
當(dāng)手機(jī)屏幕水平朝上，往屏幕左邊以9.8m/s2的加速度運動時，檢測到的(x, y, z)將為(1, 0, 0)；

1、gravity是固定不變，因為地球引力的不變；但是xyz的分布會變化，收到手機(jī)朝向的影響；
2、userAcceleration是手機(jī)的運動相關(guān)屬性，但是檢測到的值為運動加速度相反的方向；
3、一種理解加速計的方式：在水平的路上有一輛車，車上有一個人；當(dāng)車加速向右運動時，人會向左傾斜；此時可以人不需要知道外面的環(huán)境如何，根據(jù)事先在車?yán)锝⒑玫姆较蜃鴺?biāo)系，可以知道車在向右加速運動。

二、加速計的簡單應(yīng)用

圖片懸浮
手機(jī)旋轉(zhuǎn)，但是圖片始終保持水平。

x、y軸和UIKit坐標(biāo)系相反，原點在屏幕中心，向上為y軸正方向，向右為x軸正方向，屏幕朝外是z軸正方向；
在處理圖片旋轉(zhuǎn)角度時需要注意。

三、陀螺儀

如圖，建立三維坐標(biāo)系；
陀螺儀描述的是iPhone關(guān)于x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)速率；
靜止時(x, y, z)為(0, 0, 0)；
當(dāng)右圖手機(jī)繞Y軸正方向旋轉(zhuǎn)，速率為每秒180°，則(x, y, z)為(0, 0, 3.14)；

陀螺儀和加速計是同樣的坐標(biāo)系，但是新增了旋轉(zhuǎn)的概念，可以用右手法則來輔助記憶；
陀螺儀回調(diào)結(jié)構(gòu)體的單位是以弧度為單位，這個不是加速度而是速率；

四、CoreMotion的使用

CoreMotion的使用有兩種方式 ：

• 1、Push方式：設(shè)置間隔，由manager不斷回調(diào)；

self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 0.2;
[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue]
                                                withHandler:^(CMDeviceMotion * _Nullable motion, NSError * _Nullable error) {

}];

• 2、Pull方式：啟動監(jiān)聽，自定義定時器，不斷讀取manager的值；

self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 0.2;
[self.motionManager startDeviceMotionUpdates];
// self.motionManager.deviceMotion 后續(xù)通過這個屬性可以直接讀取結(jié)果

iOS系統(tǒng)在監(jiān)聽到運動信息的時候，需要把信息回調(diào)給開發(fā)者，方式就有push和pull兩種；
push 是系統(tǒng)在規(guī)定的時間間隔，不斷的回調(diào)；
pull 是由開發(fā)則自己去讀取結(jié)果值，但同樣需要設(shè)定一個更新頻率；
兩種方式的本質(zhì)并無太大區(qū)別，都需要設(shè)置回調(diào)間隔，只是讀取方式的不同；
在不使用之后（比如說切后臺）要關(guān)閉更新，這是非常耗電量的操作。

五、demo實踐

基于加速計，做了一個小游戲，邏輯不復(fù)雜詳見具體代碼，分享幾個處理邏輯：

• 1、圓球的邊界處理；（以球和右邊界的碰撞為例）

if (self.ballView.right > self.gameContainerView.width) {
        self.ballView.right = self.gameContainerView.width;
        self.ballSpeedX /= -1;
    }

• 2、圓球是否觸碰目標(biāo)的檢測；

- (BOOL)checkTarget {
    CGFloat disX = (self.ballView.centerX - self.targetView.centerX);
    CGFloat disY = (self.ballView.centerY - self.targetView.centerY);
    return sqrt(disX * disX + disY * disY) <= (kConstBallLength / 2 + kConstTargetLength / 2);
}

• 3、速度的平滑處理；

static CGFloat lySlowLowPassFilter(NSTimeInterval elapsed,
                            GLfloat target,
                            GLfloat current) {
    return current + (4.0 * elapsed * (target - current));
}

總結(jié)

加速計和陀螺儀的原理復(fù)雜但使用簡單，實際應(yīng)用也比較廣。
之前就用過加速計和陀螺儀，但是沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過。在完整的學(xué)習(xí)一遍之后，我才知道原來加速計的單位是以重力加速度(9.8 m/s2)為標(biāo)準(zhǔn)單位，陀螺儀的數(shù)據(jù)僅僅是速率，單位是弧度每秒。
上面的小游戲代碼地址在Github。