在Android中获取方向矢量

Question

如何获得表示设备背面相对于地球坐标指向方向的方向向量？

例如,如果放在桌子上(屏幕朝上),它应该读取[0,0,-1],如果垂直朝北,则应该读取[1,0,0]等.

我知道如何从航向,俯仰和滚转计算它,只要它们相对于地球坐标.要清楚这里,我不是在寻找角速度,而是寻找相对于与地球相切的平面的实际当前角度.因此,如果设备垂直保持朝北,角度"alpha"应为0或360,角度"beta"应为90,"gamma"应为0.我无法弄清楚如何获取这些值无论是.

我整天都在阅读API,但我仍然无法找到如何获得这些东西.

public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
    // ?    
}

感谢您的任何见解.

Answer 1

SensorManager.getRotationMatrix()在我发现之前写下了下面列出的内容.我将留下额外的解释,因为如果你想纠正磁性和真北之间的差异,你仍然需要它.

粗略算法是获取旋转矩阵,乘以[0,0,-1]它的向量,然后将其调整到您的坐标系.为什么？Android文档为设备和世界提供坐标系

注意[0,0,-1]在Android设备中,坐标垂直向后远离屏幕.如果将旋转矩阵R乘以此向量,[0,0,-1]当设备在桌面上时,您可以根据需要获得世界坐标.当它直立朝北时,你会得到[0,-1,0],这表明你已经选择了一个坐标系统,x并且y相对于Android系统进行了交换,但这仅仅是一种约定的变化.

注意R * [0,0,-1]^T只是R否定的第三列.从这里我得到伪代码:

getRotationMatrix(R);
Let v = first three elements of third column of R.
swap v[0] and v[1]

这应该得到你想要的.

有关getRotationMatrix()正在做什么的其他信息如下.

您需要两个加速计数据来确定方向"向下"和磁力计数据以确定方向"北".您将不得不假设加速度计仅感测重力(设备静止或以稳定速度移动).然后,您需要将磁力计矢量投影到垂直于重力矢量的平面上(因为磁场通常不与地球表面相切).这给你两个轴.第三个是正交的,因此可以通过叉积计算.这为您提供了设备系统中的地球坐标向量.看起来你想要地球坐标中的逆:设备坐标.为此,只需构造方向余弦矩阵并反转.

我将补充说,上面的讨论假设磁力计矢量指向北方.我认为(从高中科学!)它实际上是朝向磁性南方,但手头没有设备所以无法尝试.当然,根据你在地球上的位置,磁北/南与真实不同,为0到180度.您可以检索GPS坐标并计算实际偏移量.

如果你不熟悉这些数学所需的数学,我可以进一步解释,但它必须在以后.

Answer 2

阅读本页:http://developer.android.com/reference/android/hardware/Sensor.html

在API 8及更高版本中,存在"虚拟"传感器,其通过组合所有可用传感器和适当滤波器的输入而生成."TYPE_ORIENTATION"传感器为您提供设备的通用方向,但由于某些方向的故障状态,此接口已弃用.新传感器是TYPE_ROTATION_VECTOR(API 9及更高版本),它将您的设备方向作为四元数.这真的是最好的传感器,但它背后的数学有点重.

如果做不到这一点,你所做的就是调用SensorManager.getRotationMatrix(),传递最新的重力和磁力计数据.这将返回一个旋转矩阵,可用于将矢量从设备坐标转换为世界坐标,反之亦然(只需转置矩阵使其反转).

getOrientation()函数可以为您提供航向,俯仰和滚转,但它们具有与TYPE_ORIENTATION传感器相同的故障状态.

Examples:

  Device flat on a table, top facing north:
    1  0  0
    0  1  0
    0  0  1

  Tilted up 30 degrees (rotated about X axis)
    1   0      0
    0   0.86  -0.5
    0   0.5    0.86

  Device vertical (rotated about X axis), facing north:
    1  0  0
    0  0 -1
    0  1  0

  Device flat on a table, top facing west:
    0 -1  0
    1  0  0
    0  0  1

  Device rotated about its Y axis, onto its left side, top
  facing north:
    0  0 -1
    0  1  0
    1  0  0

以下是一些您可能会发现有用的示例代码:

public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
    long now = event.timestamp;     // ns

    switch( event.sensor.getType() ) {
      case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER:
        gData[0] = event.values[0];
        gData[1] = event.values[1];
        gData[2] = event.values[2];
        break;
      case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD:
        mData[0] = event.values[0];
        mData[1] = event.values[1];
        mData[2] = event.values[2];
        haveData = true;
        break;
    }

    if( haveData ) {
        double dt = (now - last_time) * .000000001;

        SensorManager.getRotationMatrix(R1, Imat, gData, mData);
        getOrientation(R1, orientation);
        pfdView.newOrientation(orientation[2], (float)dt);


        Log.d(TAG, "yaw: " + (int)(orientation[0]*DEG));
        Log.d(TAG, "pitch: " + (int)(orientation[1]*DEG));
        Log.d(TAG, "roll: " + (int)(orientation[2]*DEG));

        acft.compass = orientation[0];

        last_time = now;
    }
}