DeviceMotion 相对于世界 - multiplyByInverseOfAttitude

Question

CMAttitude:multiplyByInverseOfAttitude 的正确使用方法是什么？

假设一个 iOS5 设备平放在桌子上，在启动 CMMotionManager 之后：

CMMotionManager *motionManager = [[CMMotionManager alloc]init];
[motionManager startDeviceMotionUpdatesUsingReferenceFrame:
    CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical];

之后，得到CMDeviceMotion对象：

CMDeviceMotion *deviceMotion = [motionManager deviceMotion];

我希望 [deviceMotion 姿态] 反映设备从正北方向的旋转。

通过观察，[deviceMotion userAcceleration] 报告设备参考系中的加速度。也就是说，将设备左右移动（使其平放在桌面上）会记录 x 轴上的加速度。将设备旋转 90°（仍然是平的）并左右移动设备仍会报告 x 加速度。

将 [deviceMotion userAcceleration] 转换为获得南北/东西加速度而不是左右/前进后退的正确方法是什么？

CMAttitude multiplyByInverseOfAttitude 似乎没有必要，因为已经指定了参考框架，并且从文档中不清楚如何将姿态应用于 CMAcceleration。

Answer 1

如果 CMDeviceMotion 在参考框架的坐标中具有 userAcceleration 的访问器，则不会出现此问题。所以，我使用了一个类别来添加所需的方法：

在 CMDeviceMotion+TransformToReferenceFrame.h 中：

#import <CoreMotion/CoreMotion.h>

@interface CMDeviceMotion (TransformToReferenceFrame)
-(CMAcceleration)userAccelerationInReferenceFrame;
@end

在 CMDeviceMotion+TransformToReferenceFrame.m 中：

#import "CMDeviceMotion+TransformToReferenceFrame.h"

@implementation CMDeviceMotion (TransformToReferenceFrame)

-(CMAcceleration)userAccelerationInReferenceFrame
{
    CMAcceleration acc = [self userAcceleration];
    CMRotationMatrix rot = [self attitude].rotationMatrix;

    CMAcceleration accRef;
    accRef.x = acc.x*rot.m11 + acc.y*rot.m12 + acc.z*rot.m13;
    accRef.y = acc.x*rot.m21 + acc.y*rot.m22 + acc.z*rot.m23;
    accRef.z = acc.x*rot.m31 + acc.y*rot.m32 + acc.z*rot.m33;

    return accRef;
}

@end

在 Swift 3 中

extension CMDeviceMotion {

    var userAccelerationInReferenceFrame: CMAcceleration {
        let acc = self.userAcceleration
        let rot = self.attitude.rotationMatrix

        var accRef = CMAcceleration()
        accRef.x = acc.x*rot.m11 + acc.y*rot.m12 + acc.z*rot.m13;
        accRef.y = acc.x*rot.m21 + acc.y*rot.m22 + acc.z*rot.m23;
        accRef.z = acc.x*rot.m31 + acc.y*rot.m32 + acc.z*rot.m33;

        return accRef;
    }
}

现在，以前使用 [deviceMotion userAcceleration] 的代码可以改用 [deviceMotion userAccelerationInReferenceFrame]。

Answer 2

根据 Apple 的文档，CMAttitude 指的是身体相对于给定参考系的方向。 userAcceleration 或 gravity 是设备帧的值。所以为了得到参考帧的值。我们应该按照@Batti 说的做

1. 每次更新时取姿态旋转矩阵。
2. 计算逆矩阵。
3. 将逆矩阵乘以 UserAcceleration 向量。

这是 Swift 版本

import CoreMotion
import GLKit

extension CMDeviceMotion {

    func userAccelerationInReferenceFrame() -> CMAcceleration {

        let origin = userAcceleration
        let rotation = attitude.rotationMatrix
        let matrix = rotation.inverse()

        var result = CMAcceleration()
        result.x = origin.x * matrix.m11 + origin.y * matrix.m12 + origin.z * matrix.m13;
        result.y = origin.x * matrix.m21 + origin.y * matrix.m22 + origin.z * matrix.m23;
        result.z = origin.x * matrix.m31 + origin.y * matrix.m32 + origin.z * matrix.m33;

        return result
    }

    func gravityInReferenceFrame() -> CMAcceleration {

        let origin = self.gravity
        let rotation = attitude.rotationMatrix
        let matrix = rotation.inverse()

        var result = CMAcceleration()
        result.x = origin.x * matrix.m11 + origin.y * matrix.m12 + origin.z * matrix.m13;
        result.y = origin.x * matrix.m21 + origin.y * matrix.m22 + origin.z * matrix.m23;
        result.z = origin.x * matrix.m31 + origin.y * matrix.m32 + origin.z * matrix.m33;

        return result
    }
}

extension CMRotationMatrix {

    func inverse() -> CMRotationMatrix {

        let matrix = GLKMatrix3Make(Float(m11), Float(m12), Float(m13), Float(m21), Float(m22), Float(m23), Float(m31), Float(m32), Float(m33))
        let invert = GLKMatrix3Invert(matrix, nil)

        return CMRotationMatrix(m11: Double(invert.m00), m12: Double(invert.m01), m13: Double(invert.m02),
                            m21: Double(invert.m10), m22: Double(invert.m11), m23: Double(invert.m12),
                            m31: Double(invert.m20), m32: Double(invert.m21), m33: Double(invert.m22))

    }

}

希望对你有所帮助

Answer 3

在阅读了上面链接的论文后，我尝试实施解决方案。

步骤如下：

• 每次更新时取姿态旋转矩阵。
• 计算逆矩阵。
• 将逆矩阵乘以 UserAcceleration 向量。

合成向量将是向量的投影。

-x 北，+x 南

-y 东，+y 西

我的代码还不完美，我正在努力。

Answer 4

参考系与姿态值有关，看偏航角的姿态值；如果您不使用参考框架，当您启动应用程序时，此值始终为零，相反，如果您使用参考框架 CMAttitudeReferenceFrameXTrueNorthZVertical，偏航值表示 x 轴和真北之间的角度。 通过这些信息，您可以识别手机在地球坐标中的姿态，从而识别加速度计轴相对于基点的位置。