android - 当用户将手机直立时，方位角读数变为相反

Question

我已经根据我在网上找到的常用建议实现了罗盘读数。我使用 ROTATION_VECTOR 传感器类型，并使用标准 API 调用将其转换为 (azimuth, pitch, roll) 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)
        }
    }
}

当您水平拿着手机时，这会产生非常好的行为，就像您拿一个真正的指南针一样。但是，当您将它像相机一样直立放在您面前时，读数就会崩溃。如果你稍微倾斜它超过直立，它会向你倾斜，方位角会转向相反的方向(突然旋转 180 度)。

显然，这段代码跟踪了手机 y 轴的方向，它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

长话短说

向下滚动到“改进的解决方案”以获得固定的 OrientationListener 的完整代码。

分析

Apparently this code tracks the orientation of the phone's y-axis, which becomes vertical on an upright phone, and its ground orientation is towards you when the phone leans towards you.

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

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 R 解释为指向设备三个主轴的向量分量:

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

矢量是从地球坐标系(东、北和天空)的角度描述的。

考虑到这一点，我们可以解释 getOrientation() 中的代码:

1. 选择手机的up轴(矩阵第1列，存储在数组元素1、4、7中)
2. 将它投影到地球的水平面上(这个很简单，忽略元素7中存储的sky分量即可)
3. 使用 atan2 从矢量的剩余东 和北 分量推导出角度。

这里还隐藏着另一个微妙之处:atan2 的签名是

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

注意参数顺序:y，然后是x。但是 getOrientation 以东、北 的顺序传递参数。这实现了两件事:

• 将北作为引用轴(在几何学中它是x轴)
• 镜像角度:几何角度是逆时针的，但方位角必须是从北向顺时针的角度

自然地，当手机的向上轴垂直(“向天空”)然后超出时，它的方位角翻转 180 度。我们可以用一种非常简单的方法解决这个问题:我们将改用手机的右 轴。请注意以下几点:

• 当手机水平并面向北方时，其右轴与东轴对齐。在地球坐标系中，东 轴是“x”几何轴，因此我们的 0 角引用是开箱即用的。
• 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。因此必须翻转几何角的符号。

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您所需要的!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

到目前为止，还不错。但是如果用户横向使用手机呢？手机的轴不受影响，但现在用户将手机的“左”或“右”方向感知为“前方”(取决于用户转动手机的方式)。我们可以通过检查 Display.rotation 属性来纠正这个问题。如果屏幕旋转，我们将使用手机的上轴发挥与上面的右轴相同的作用。

所以定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，您将获得与在 Google map 上完全相同的行为。