Android 手机方向概述（包括指南针）

Question

一段时间以来，我一直在尝试了解 Android 方向传感器。 我以为我明白了。然后我意识到我没有。现在我想（希望）我对它有了更好的感觉，但我仍然没有100%。我将尝试解释我对它的不完整的理解，如果我有部分错误或填补任何空白，希望人们能够纠正我。

我想象我正站在 0 度经度（本初子午线）和 0 度纬度（赤道）。这个位置实际上位于非洲海岸附近的海域，但请耐心等待。我将手机放在脸前，让手机底部指向我的脚；我面朝北方（朝向格林威治），因此手机的右侧指向东方非洲。在这个方向上（参考下图），我的 X 轴指向东方，Z 轴指向南方，Y 轴指向天空。

现在，手机上的传感器可让您计算出设备的方向（而非位置）设备在这种情况下。这部分一直让我感到困惑，可能是因为在我接受某些东西确实有效之前，我想了解它是如何工作的。手机似乎结合了两种不同的技术来确定其方向。

在我开始之前，想象一下回到那块假想的经纬度为 0 度的土地上，按照上面提到的方向站立。还想象一下，您被蒙住眼睛，鞋子被固定在游乐场的环形交叉路口上。如果有人从后面推你，你就会向前摔倒（向北），并伸出双手来阻止摔倒。同样，如果有人推你的左肩，你的右手也会摔倒。您的内耳具有“重力传感器”(youtube Clip)，可以让您检测您是否向前/向后跌倒，或向左/向右跌倒或向下（或向上！！）。因此，人类可以检测到与手机相同的 X 轴和 Z 轴的对齐和旋转。

现在想象有人在环形交叉路口将您旋转 90 度，以便您现在面朝东方。您正在绕 Y 轴旋转。这个轴是不同的，因为我们无法从生物学上检测到它。我们知道我们有一定的角度，但我们不知道相对于地球磁北极的方向。 相反，我们需要使用外部工具……磁罗盘。这使我们能够确定我们面对的方向。我们的手机也是如此。

现在这款手机还配备了 3 轴加速度计。我不知道它们实际上是如何工作的，但我想象它的方式是将重力想象成从天上落下的持续且均匀的“雨”，并将上图中的轴想象成可以检测到的管子流经的雨量。当手机直立时，所有雨水都会流过 Y 形“管”。如果逐渐旋转手机，使其屏幕面向天空，流过 Y 的雨量将减少到零，而流过 Z 的雨量将稳步增加，直到流过最大雨量。同样，如果我们现在将手机倾斜到一侧，X 管最终将收集最大量的雨水。因此，根据手机的方向，通过测量流经 3 个管子的雨量，您可以计算出方向。

这款手机还有一个电子罗盘，其行为与普通指南针类似——它的“虚拟指针”指向磁北。 Android 会合并来自这两个传感器的信息，以便每当生成 TYPE_ORIENTATION 的 SensorEvent 时，values[3] 数组就会
值[0]：方位角 -（磁北以东的罗盘方位）
值[1]：俯仰、绕x轴旋转（手机向前还是向后倾斜）
值[2]：滚动，绕y轴旋转（手机是向左还是向右倾斜）

所以我认为（即我不知道）Android给出方位角（罗盘方位）而不是读数的原因第三个加速度计的优点是罗盘方位更有用。我不确定他们为什么不推荐使用这种类型的传感器，因为现在看来您需要向系统注册一个 TYPE_MAGNETIC_FIELD 类型的 SensorEvent 监听器。事件的 value[] 数组需要传递到 SensorManger.getRotationMatrix(..) 方法中以获取旋转矩阵（见下文），然后将其传递到 SensorManager.getOrientation(..) 方法。 有谁知道为什么 Android 团队弃用 Sensor.TYPE_ORIENTATION 吗？是效率问题吗？这就是对类似问题 但您仍然需要在 development/samples/Compass/src/com/example/android/compass/CompassActivity.java 示例。

我现在想谈谈旋转矩阵。 （这是我最不确定的地方） 上面我们从 Android 文档中得到了三个图形，我们将它们称为 A、B 和 C。

A = SensorManger.getRotationMatrix(..) 方法图形，代表世界坐标系

B = SensorEvent API 使用的坐标系。

C= SensorManager.getOrientation(..) 方法图

所以我的理解是A 代表“世界坐标系”，我认为它指的是地球上的位置以（纬度，经度）与可选（高度）对的形式给出的方式。 X 是 "东距" 坐标，Y 是 "northing" 坐标。 Z指向天空，代表高度。

图B所示的电话坐标系是固定的。它的 Y 轴始终指向顶部。手机不断计算旋转矩阵，并允许在两者之间进行映射。那么我认为旋转矩阵将 B 的坐标系转换为 C 的坐标系是否正确？因此，当您调用 SensorManager.getOrientation(..) 方法时，您将使用 values[] 数组，其中的值对应于图 C。 当手机指向天空时，旋转矩阵是单位矩阵（数学上相当于 1 的矩阵），这意味着不需要映射，因为设备与世界坐标系对齐。

好的。我想我最好现在就停下来。就像我之前说的，我希望人们能告诉我哪里搞砸了或帮助了人们（或者让人们更加困惑！）

Answer 1

您可能想查看 One Screen Turn 值得另一篇文章。它解释了为什么需要旋转矩阵。

简而言之，即使设备旋转，手机的传感器也始终使用相同的坐标系。

在未锁定到单一方向的应用程序中，当您旋转设备时，屏幕坐标系会发生变化。因此，当设备从其默认视图模式旋转时，传感器坐标系不再与屏幕坐标系相同。本例中的旋转矩阵用于将 A 变换为 C（B 始终保持固定）。

这是一个代码片段，向您展示如何使用它。

SensorManager sm = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

// Register this class as a listener for the accelerometer sensor
sm.registerListener(this, sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER),
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
// ...and the orientation sensor
sm.registerListener(this, sm.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD),
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

//...
// The following code inside a class implementing a SensorEventListener
// ...

float[] inR = new float[16];
float[] I = new float[16];
float[] gravity = new float[3];
float[] geomag = new float[3];
float[] orientVals = new float[3];

double azimuth = 0;
double pitch = 0;
double roll = 0;

public void onSensorChanged(SensorEvent sensorEvent) {
    // If the sensor data is unreliable return
    if (sensorEvent.accuracy == SensorManager.SENSOR_STATUS_UNRELIABLE)
        return;

    // Gets the value of the sensor that has been changed
    switch (sensorEvent.sensor.getType()) {  
        case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
            gravity = sensorEvent.values.clone();
            break;
        case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
            geomag = sensorEvent.values.clone();
            break;
    }

    // If gravity and geomag have values then find rotation matrix
    if (gravity != null && geomag != null) {

        // checks that the rotation matrix is found
        boolean success = SensorManager.getRotationMatrix(inR, I,
                                                          gravity, geomag);
        if (success) {
            SensorManager.getOrientation(inR, orientVals);
            azimuth = Math.toDegrees(orientVals[0]);
            pitch = Math.toDegrees(orientVals[1]);
            roll = Math.toDegrees(orientVals[2]);
        }
    }
}

Answer 2

滚动是重力的函数，90 度滚动将所有重力放入 x 寄存器中。

俯仰角是相同的，90 度的俯仰角将所有重力分量放入 y 寄存器中。

偏航/航向/方位角对重力没有影响，它始终与重力成直角，因此无论您面向哪个方向，重力都是不可测量的。

这就是为什么你需要一个指南针来评估，也许这有道理？

Answer 3

看看这个： Stackoverflow.com：Q.5202147

在 3 个图 A、B、C 之前，您似乎基本上是正确的。
之后你就会让自己感到困惑。

Answer 4

我遇到了这个问题，所以我规划了不同方向会发生什么。
如果设备以横向方式安装，例如在汽车安装中，指南针的“度数”似乎从 0-275（顺时针方向）高于 269（西和北之间），它从 -90 倒数到 0，然后从 0 向前移动到 269。270 变为 -90

仍然处于横向状态，但设备背面朝下，我的传感器给出 0-360。
在纵向模式下，无论是仰卧还是纵向站立，它都能以 0-360 度运行。

希望对某人有帮助