我如何在 iOS 5 中使用 CMDeviceMotion 获取设备的标题

Question

我正在使用陀螺仪开发 AR 应用程序。我使用了苹果代码示例公园。它使用旋转矩阵来计算坐标的位置，并且效果非常好，但现在我正在尝试实现一个“雷达”，我需要根据设备航向来旋转它。我正在使用 CLLocationManager 标题，但它不正确。

问题是，如何使用 CMAttitude 获取设备的方向以准确反映我在屏幕上看到的内容？

我对旋转矩阵之类的东西很陌生。

这是用于计算 AR 坐标的代码的一部分。用姿态更新cameraTransform：

CMDeviceMotion *d = motionManager.deviceMotion;
if (d != nil) {
    CMRotationMatrix r = d.attitude.rotationMatrix;
    transformFromCMRotationMatrix(cameraTransform, &r);
[self setNeedsDisplay];
}

然后在drawRect代码中：

mat4f_t projectionCameraTransform;
multiplyMatrixAndMatrix(projectionCameraTransform, projectionTransform, cameraTransform);

int i = 0;
for (PlaceOfInterest *poi in [placesOfInterest objectEnumerator]) {
    vec4f_t v;
    multiplyMatrixAndVector(v, projectionCameraTransform, placesOfInterestCoordinates[i]);

    float x = (v[0] / v[3] + 1.0f) * 0.5f;
    float y = (v[1] / v[3] + 1.0f) * 0.5f;

我还用俯仰角旋转视图。 运动更新是从北开始的：

[motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical];

所以我认为必须有可能在任何位置（任何俯仰和偏航......）获得设备的“滚动”/航向，但我不知道如何。

Answer 1

有几种方法可以根据 CMDeviceMotion 返回的旋转矩阵计算航向。假设您使用与 Apple 指南针相同的定义，其中 +y 方向（iPhone 顶部）指向正北返回航向 0，向右旋转 iPhone 会增加航向，因此东为 90，南为 180 ，等等。

首先，当您开始更新时，请务必检查以确保标题可用：

if (([CMMotionManager availableAttitudeReferenceFrames] & CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical) != 0) {
   ...
}

接下来，当您启动运动管理器时，询问姿态为从 X 指向真北（或磁北，如果您出于某种原因需要）的旋转：

[motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame: CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical
                                                   toQueue: self.motionQueue
                                               withHandler: dmHandler];

当运动管理器报告运动更新时，您想要了解设备在 XY 平面中旋转了多少。由于我们对 iPhone 的顶部感兴趣，因此我们将在该方向上选取一个点，并使用返回的旋转矩阵对其进行旋转，以获得旋转后的点：

   [m11 m12 m13] [0]   [m12]
   [m21 m22 m23] [1] = [m22]
   [m31 m32 m33] [0]   [m32]

时髦的括号是矩阵；这是我能用 ASCII 做的最好的事情了。 :)

航向是旋转点与正北之间的角度。我们可以使用旋转点的 X 和 Y 坐标来提取反正切，从而给出该点与 X 轴之间的角度。这实际上与我们想要的有180度的偏差，因此我们必须进行相应的调整。生成的代码如下所示：

CMDeviceMotionHandler dmHandler = ^(CMDeviceMotion *aMotion, NSError *error) {
    // Check for an error.
    if (error) {
        // Add error handling here.
    } else {
        // Get the rotation matrix.
        CMAttitude *attitude = self.motionManager.deviceMotion.attitude;
        CMRotationMatrix rm = attitude.rotationMatrix;

        // Get the heading.
        double heading = PI + atan2(rm.m22, rm.m12);
        heading = heading*180/PI;
        printf("Heading: %5.0f\n", heading);
    }
};

有一个陷阱：如果 iPhone 的顶部笔直向上或笔直向下，则方向未定义。结果是 m21 和 m22 为零或非常接近零。您需要确定这对您的应用意味着什么，并相应地处理这种情况。例如，当 m12*m12 + m22*m22 接近于零时，您可以切换到基于 -Z 轴（iPhone 后面）的航向。

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这一切都假设您想要围绕 XY 平面旋转，就像 Apple 通常对其指南针所做的那样。它之所以有效，是因为您使用运动管理器返回的旋转矩阵来旋转沿 Y 轴指向的向量，即以下矩阵：

[0]
[1]
[0]

要旋转不同的向量（例如，沿 -Z 指向的向量），请使用不同的矩阵，当然

[0]
[0]
[-1]

，您还必须在不同的平面中获取反正切，因此

double heading = PI + atan2(rm.m22, rm.m12);

您可以使用

double heading = PI + atan2(-rm.m33, -rm.m13);

XZ 平面中的旋转来代替。