当用户直立手持手机时，方位角读数变为相反

Question

我已经根据我可以在网上找到的通常建议实施了指南针读数。我使用ROTATION_VECTOR传感器类型，并(azimuth, pitch, roll)使用标准 API 调用将其转换为三元组。这是我的代码：

fun Fragment.receiveAzimuthUpdates(
        azimuthChanged: (Float) -> Unit,
        accuracyChanged: (Int) -> Unit
) {
    val sensorManager = activity!!.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE)
            as SensorManager
    val sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR)!!
    sensorManager.registerListener(OrientationListener(azimuthChanged, accuracyChanged),
            sensor, 10_000)
}

private class OrientationListener(
        private val azimuthChanged: (Float) -> Unit,
        private val accuracyChanged: (Int) -> Unit
) : SensorEventListener {
    private val rotationMatrix = FloatArray(9)
    private val orientation = FloatArray(3)

    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        if (event.sensor.type != Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR) return
        SensorManager.getRotationMatrixFromVector(rotationMatrix, event.values)
        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientation)
        azimuthChanged(orientation[0])
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        if (sensor.type == Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR) {
            accuracyChanged(accuracy)
        }
    }
}

当您水平握持手机时，这会产生非常好的行为，就像真正的指南针一样。然而，当你像相机一样拿着它，直立在你面前时，读数就会崩溃。如果您将其倾斜至超过直立位置，使其向您倾斜，则方位角将转向相反的方向（突然旋转 180 度）。

显然，此代码跟踪手机 y 轴的方向，该轴在直立手机上变为垂直，当手机向您倾斜时，它的地面方向朝向您。

我可以做些什么来改善这种行为，使其对手机的音调不敏感？

Answer 1

分析

显然，此代码跟踪手机 y 轴的方向，该轴在直立手机上变为垂直，当手机向您倾斜时，它的地面方向朝向您。

是的，这是正确的。您可以检查代码getOrientation()以了解发生了什么：

public static float[] getOrientation(float[] R, float[] values) {
    /*
     *   /  R[ 0]   R[ 1]   R[ 2]  \
     *   |  R[ 3]   R[ 4]   R[ 5]  |
     *   \  R[ 6]   R[ 7]   R[ 8]  /
     */
     values[0] = (float) Math.atan2(R[1], R[4]);
     ...

values[0] 是你得到的方位角值。

您可以将旋转矩阵解释R为指向设备三个主轴的向量的分量：

• 第 0 列：指向手机右侧的向量
• 第 1 列：指向手机向上的向量
• 第 2 列：指向手机正面的向量

这些向量是从地球坐标系（东、北和天空）的角度描述的。

考虑到这一点，我们可以解释以下代码getOrientation()：

1. 选择手机的上轴（矩阵第 1 列，存储在数组元素 1、4、7 中）
2. 将其投影到地球的水平面（这很容易，只需忽略存储在元素 7 中的 天空分量）
3. 用于atan2从向量的剩余东向和北向分量推导出角度。

这里隐藏着另一个微妙之处：的签名atan2是

public static double atan2(double y, double x);

注意参数顺序：y，然后x。但是getOrientation通过了东、北顺序的论据。这实现了两件事：

• 使北成为参考轴（在几何中它是x轴）
• 镜像角度：几何角度是逆时针的，但方位角必须是从北开始的顺时针角度

自然地，当手机的上轴垂直（“向天”）然后超出时，其方位角会翻转 180 度。我们可以用一种非常简单的方式来解决这个问题：我们将使用手机的右轴。请注意以下事项：

• 当手机水平朝北时，其右轴与东轴对齐。地球坐标系中的东轴是“x”几何轴，因此我们的 0 角参考是开箱即用的正确参考。
• 当手机右转（向东）时，它的方位角应该上升，但它的几何角度变为负值。因此，我们必须翻转几何角度的符号。

解决方案

所以我们的新公式是这样的：

val azimuth = -atan2(R[3], R[0])

而这个微不足道的改变就是你所需要的！无需调用getOrientation，只需将其应用于方向矩阵即可。

改进的解决方案

到现在为止还挺好。但是如果用户在横向使用手机呢？手机的轴不受影响，但现在用户将手机的“左”或“右”方向视为“向前”（取决于用户如何转动手机）。我们可以通过检查Display.rotation财产来纠正这一点。如果屏幕旋转，我们将使用手机的上轴来扮演与上面右轴相同的角色。

所以方向监听器的完整代码变成了这样：

private class OrientationListener(
        private val activity: Activity,
        private val azimuthChanged: (Float) -> Unit,
        private val accuracyChanged: (Int) -> Unit
) : SensorEventListener {
    private val rotationMatrix = FloatArray(9)

    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        if (event.sensor.type != Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR) return
        SensorManager.getRotationMatrixFromVector(rotationMatrix, event.values)
        val (matrixColumn, sense) = when (val rotation = 
                activity.windowManager.defaultDisplay.rotation
        ) {
            Surface.ROTATION_0 -> Pair(0, 1)
            Surface.ROTATION_90 -> Pair(1, -1)
            Surface.ROTATION_180 -> Pair(0, -1)
            Surface.ROTATION_270 -> Pair(1, 1)
            else -> error("Invalid screen rotation value: $rotation")
        }
        val x = sense * rotationMatrix[matrixColumn]
        val y = sense * rotationMatrix[matrixColumn + 3]
        azimuthChanged(-atan2(y, x))
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        if (sensor.type == Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR) {
            accuracyChanged(accuracy)
        }
    }
}

使用此代码，您将获得与 Google 地图完全相同的行为。