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加速计与陀螺仪
设备静止时受到的地球引力为1g，1g是物体在地球的海平面上受到的下拉力(9.8米/秒2)。假如设备从高处掉落，其加速计测量到的加速度将为0g。假如设备水平放在桌面上，则加速计测量出的加速度为1g，且方向朝上。
加速计测量3个轴(x、y和z)上的值，如图所示：
这个轴在方向上有些不同于传统坐标轴，考虑以下实际情况：
1g重力的分布情况是：y=-1.0
1g重力的分布情况是：x=1.0
1g重力的分布情况是：z=-1.0
1g重力的分布情况是：x=0.5，y=-0.5
1g重力的分布情况是：y=-0.5，z=0.5
仅当设备的朝向相对于重力的方向发生变化时，加速计才能检测到；要同时检测设备的朝向和运动数据，就需要用到陀螺仪了。当查询设备的陀螺仪时，它将报告设备绕x, y, z轴的旋转速度，单位为弧度/秒；2弧度相当于一整圈，因此陀螺仪返回读数2表示设备绕相应的轴每秒转一圈。
有两种方式访问设备的朝向和运动数据，一种是通过UIDevice请求朝向通知，另一种是利用框架Core Motion定期地直接访问加速计和陀螺仪数据。
通过UIDevice请求朝向通知
虽然可直接查询加速计并使用它返回的值判断设备的朝向，但Apple为开发人员简化了这项工作。单例UIDevice表示当前设备，它包含方法beginGeneratingDeviceOrientationNotifications，该方法命令iOS将朝向通知发送到通知中心(NSNotificationCenter)。启动通知后，就可以注册一个NSNotificationCenter实例，以便设备的朝向发生变化时自动调用指定的方法。
通过访问UIDevice的属性orientation来获得设备当前朝向，该属性的类型为枚举值UIDeviceOrientation，有6个预定义值：
UIDeviceOrientationFaceUp — 设备正面朝上
UIDeviceOrientationFaceDown — 设备正面朝下
UIDeviceOrientationPortrait — 纵向(Home键在下)
UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown — 纵向倒转(Home键在上)
UIDeviceOrientationLandscapeLeft — Home键在左边的横向
UIDeviceOrientationLandscapeRight — Home键在右边的横向
- (void)viewDidLoad
{
[[UIDevice currentDevice] beginGeneratingDeviceOrientationNotifications];
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:selfselector:@selector(orientationChanged:) name:@"UIDeviceOrientationDidChangeNotification"object:nil];
[super viewDidLoad];
}
- (void)orientationChanged:(NSNotification *)notification
{
UIDeviceOrientation orientation = [[UIDevice currentDevice] orientation];
NSLog(@"当前朝向枚举数字值：%d",orientation);
switch (orientation) {
case UIDeviceOrientationPortrait:
self.lblOriention.text = @"Portrait";
break;
case UIDeviceOrientationPortraitUpsideDown:
self.lblOriention.text = @"Portrait Upside Down";
break;
case UIDeviceOrientationLandscapeLeft:
self.lblOriention.text = @"Landscape Left";
break;
case UIDeviceOrientationLandscapeRight:
self.lblOriention.text = @"Landscape Right";
break;
case UIDeviceOrientationFaceUp:
self.lblOriention.text = @"Face Up";
break;
case UIDeviceOrientationFaceDown:
self.lblOriention.text = @"Face Down";
break;
default:
self.lblOriention.text = @"Unknown";
break;
}
}
代码解释：
[[UIDevice currentDevice] beginGeneratingDeviceOrientationNotifications];
beginGeneratingDeviceOrientationNotifications从字面来理解是：开始产生设备朝向通知。实际作用是，通过调用该方法通知设备：如果用户改变了iPhone或iPad的朝向，我们想获悉这一点。
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:selfselector:@selector(orientationChanged:) name:@"UIDeviceOrientationDidChangeNotification"object:nil];
[NSNotificationCenter defaultCenter]调用默认的消息中心，然后向默认的消息中心添加
addObserver — 观察者，即处理通知的类，如果是当前类，则设置为self。
selector — 收到通知后调用何种方法。
name — 通知的名字，上面的"UIDeviceOrientationDidChangeNotification"来自于UIDevice.h：
UIKIT_EXTERNNSString *constUIDeviceOrientationDidChangeNotification;
使用Core Motion读取加速计和陀螺仪数据
利用UIDevice只能判断极端朝向，应用程序经常要获悉这些朝向之间的过渡状态，如设备处于某个倾斜位置。Core Motion运动管理器让您能够指定从加速计和陀螺仪那里接收更新的频率(单位为秒)，还让您能够直接指定一个处理程序块(handle block)，每当更新就绪时都将执行该处理程序块。
实际加速度在Core Motion里被分解成了两部分：Gravity和UserAcceleration。Gravity代表重力1g在设备的分布情况，UserAcceleration代表设备运动中的加速度分布情况。将这两者相加就等于实际加速度。Gravity的三个轴所受的重力加起来始终等于1g，而UserAcceleration取决于单位时间内动作的幅度大小。
CMRotationRate的X，Y,Z分别代表三个轴上的旋转速率，单位为弧度/秒。旋转速度为1弧度/秒，意味着设备每秒旋转半圈。这里复习一下弧度与角度的转换：
1角度 = π/180 弧度
1弧度 = 180/π角度
360角度 = 360 * π/180 = 2π弧度 = 一整圈
CMAttitude的三个属性Yaw,Pitch和Roll分别代表左右摆动、俯仰以及滚动。可以将设备想象成一架飞机，下面的gif图演示了各种运动状态：
Yaw的运动状态：
Pitch的运动状态：
Roll的运动状态：
让应用程序使用CMMotionManager需要3个步骤：分配并初始化运动管理器→设置更新频率→使用startDeviceMotionUpdatesToQueue:withHandler请求开始更新并将更新发送给一个处理程序块。
首先需要将框架Core Motion添加到项目中：
下面的代码实现了这样一个界面，通过CMMotionManager返回了设备的各个状态值：
#import "ViewController.h"
@interface ViewController ()
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblYaw;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblPitch;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRoll;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblAccelerometerZ;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblGravityZ;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateX;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateY;
@property (strong, nonatomic) IBOutlet UILabel *lblRotationRateZ;
@property (strong, nonatomic) CMMotionManager *motionManager;
- (IBAction)motionSwitchHandler:(id)sender;
@end
@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad
{
[super viewDidLoad];
self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];
self.motionManager.deviceMotionUpdateInterval = 1.0f/10.0f; //1秒10次
}
- (void)controlHardware
{
[self.motionManager startDeviceMotionUpdatesToQueue:[NSOperationQueue currentQueue] withHandler:^(CMDeviceMotion *motion, NSError *error) {
//Acceleration
if(fabs(motion.userAcceleration.x)>1.3f)
self.lblAccelerometerX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.x];
if(fabs(motion.userAcceleration.y)>1.3f)
self.lblAccelerometerY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.y];
if(fabs(motion.userAcceleration.z)>1.3f)
self.lblAccelerometerZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.userAcceleration.z];
//Gravity
self.lblGravityX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.x];
self.lblGravityY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.y];
self.lblGravityZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.gravity.z];
//yaw,pitch,roll
self.lblYaw.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.yaw];
self.lblPitch.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.pitch];
self.lblRoll.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.attitude.roll];
//Gyroscope‘s rotationRate(CMRotationRate)
self.lblRotationRateX.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.x];
self.lblRotationRateY.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.y];
self.lblRotationRateZ.text = [NSString stringWithFormat:@"%.2f",motion.rotationRate.z];
}];
}
- (IBAction)motionSwitchHandler:(id)sender
{
UISwitch *motionSwitch = (UISwitch *)sender;
if(motionSwitch.on)
{
[self controlHardware];
}
else
{
[self.motionManager stopDeviceMotionUpdates];
}
}
- (void)didReceiveMemoryWarning
{
[super didReceiveMemoryWarning];
// Dispose of any resources that can be recreated.
}
@end
P.s. 只有2010年后的设备支持陀螺仪。要检查设备是否提供了这种支持，可使用CMMotionManager的布尔属性gyroAvailable，如果其值为YES，则表明当前设备支持陀螺仪。
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