iOS-Events[4]-Motion Events

本文对Motion Events的机制进行讲解。

iOS系统的Events类型分为以下几种：Multitouch events, Accelerometer events, Remote control events。

Motion Events

Motion Events包括设备的定位(Location)、朝向(Orientation)和移动(Movement)。通过处理这些Events，可以对App进行更精妙的处理。加速器(Accelerometer)和陀螺仪(gyroscope)数据可以用于检测设备的倾斜(tilting)、旋转(rotation)和摇晃(shaking)。

加速器(Accelerometer)实际上是由三个不同维度的加速度构成的，分别对应x, y, z轴，每个加速器测量该维度随着时间沿着线性的速度变化。把这三个组合在一起，就可以取到设备的朝向以及任意方向上的移动。陀螺仪(gyroscope)是测量这三个方向上的旋转速度。

Getting the Current Device Orientation with UIDevice

如果只需要获取设备的朝向，而并不需要获取到精准的向量信息，使用UIDevice类即可。使用方式如下:

-(void) viewDidLoad {
     // Request to turn on accelerometer and begin receiving accelerometer events
     [[UIDevice currentDevice] beginGeneratingDeviceOrientationNotifications];
     [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(orientationChanged:) name:UIDeviceOrientationDidChangeNotification object:nil];
}
 
- (void)orientationChanged:(NSNotification *)notification {
     NSLog(@"%@", @([UIDevice currentDevice].orientation));
}
 
-(void) viewDidDisappear {
     // Request to stop receiving accelerometer events and turn off accelerometer
     [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
     [[UIDevice currentDevice] endGeneratingDeviceOrientationNotifications];
}

这里，为了防止硬件处于省电关闭状态，需要先调用一下beginGeneratingDeviceOrientationNotifications方法，在不需要时，调用endGeneratingDeviceOrientationNotifications方法。

Detecting Shake-Motion Events with UIEvent

当用户摇晃设备时，iOS系统计算加速器的加速度，一旦达到阈值，则生成一个UIEvent，并将其传递给App处理。Motion Events只会在开始和结束时候，传递给App，不像Touch Events是连续的。Motion Events只包含了一种事件类型UIEventTypeMotion，和子事件类型UIEventSubtypeMotionShake，以及时间戳Timestamp。

举例如下：

- (void)motionBegan:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event
{
    if(motion == UIEventSubtypeMotionShake)
        NSLog(@"A shake began..");
}


- (void)motionEnded:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event
{
    if(motion == UIEventSubtypeMotionShake)
        NSLog(@"A shake ended..");
}

- (void)motionCancelled:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event
{
    if(motion == UIEventSubtypeMotionShake)
        NSLog(@"A shake cancelled..");
}

Setting and Checking Required Hardware Capabilities for Motion Events

如果App是严重依赖于设备的加速器或者陀螺仪的数据，而对于那些不支持的设备，App可能并不能起到作用，则App应该在info.plist中加入以下字段：

<key>UIRequiredDeviceCapabilities</key>
<array>
	<string>accelerometer</string>
   <string>gyroscope</string>
</array>

iOS系统会根据该字段判断是否在必要时运行App，且App Store也会通过该字段确保用户的设备是有上述硬件的。

如果App并不是严重依赖该硬件，可以在运行时判断硬件是否支持，下面章节会介绍。

Capturing Device Movement with Core Motion

如果需要精确的加速器和陀螺仪数据，可以使用CoreMotion.framework。CoreMotion与UIKit不同，它与UIEvent无关，也不会使用响应链，而是简单的分发Core Motion Events.

Core Motion Events包含三种数据，分别是：

• CMAccelerometerData:包含每个轴方向的移动加速度;
• CMGyroData:包含三个轴方向的旋转加速度;
• CMDeviceMotion:包含一些不同的测量数据，例如海拔以及其他一些由旋转加速度和移动加速度构成的数据。

以上的数据类，都继承自CMLogItem,该类包含了时间戳，可以用于比较Event的前后顺序。

这里用到的类是CMMotionManager，每个App都必须只能创造一个该类的实例，否则会导致数据的接收收到影响。例如，检查硬件是否支持：

_motionManager = [CMMotionManager new];
NSLog(@"%d", _motionManager.gyroAvailable);
NSLog(@"%d", _motionManager.accelerometerAvailable);
NSLog(@"%d", _motionManager.magnetometerAvailable);
NSLog(@"%d", _motionManager.deviceMotionAvailable);

CMMotionManager有两种方式可以获取到数据，分别是：

• Pull:调用CMMotionManager的startUpdate方法，并且通过计时器，去获取CMMotionManager的属性值，来主动获取数据;
• Push:设置CMMotionManager的updateInterval属性，来设置间隔时间，并调用CMMotionManager的startUpdate的block方法，来被动获取数据。

显然，Push方法更好一些，下面是例子：

_motionManager = [CMMotionManager new];
if(_motionManager.gyroAvailable){
	_motionManager.gyroUpdateInterval = 3.0;
	[_motionManager startGyroUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMGyroData * _Nullable gyroData, NSError * _Nullable error) {
		if(!error)
            NSLog(@"x:%lf y:%lf z:%lf", gyroData.rotationRate.x, gyroData.rotationRate.y, gyroData.rotationRate.z);
    }];
}

注意，在不需要数据时，要调用stopUpdate，这样可以关闭传感器，以节省设备电量。

(1) 间隔时间设置

下面是获取数据的推荐频率：

• 10-20(Hz):用于判断设备朝向;
• 30-60(Hz):游戏或者其他App用于获取实时的用户输入;
• 70-100(Hz):需要高频Motion的App，例如检测用户点击屏幕或者快速摇晃。

(2) 三维轴朝向

加速器的三维轴朝向：

陀螺仪的三维轴朝向：

(3) Motion Data

CMDeviceMotion同时包含了加速器和陀螺仪的数据，另外，对重力加速度(Gravity)与用户的加速度做了区分。

CMDeviceMotion的attitude属性，包含了以下属性：

• 等式(Quaternion)
• 旋转矩阵(Rotation Matrix)
• 欧拉角(Euler Angles):x轴转过角度(Pitch)、y轴转过角度(Roll)、z轴转过角度(Yaw)

如果没有设置，则CMDeviceMotion的参考轴面是重力轴面，即：

CMDeviceMotion通过这个参考轴面来与当前轴面进行比较，从而得出设备的旋转信息，如果需要，可以修改参考轴面，例如，下面是以Pitch开始的轴面为参考轴面，而不是以重力轴面：

-(void) startPitch {
    // referenceAttitude is a property
    self.referenceAttitude = self.motionManager.deviceMotion.attitude;
}
 
- (void)drawView {
    CMAttitude *currentAttitude = self.motionManager.deviceMotion.attitude;
    [currentAttitude multiplyByInverseOfAttitude: self.referenceAttitude];
    // Render bat using currentAttitude
    [self updateModelsWithAttitude:currentAttitude];
    [renderer render];
}

Applications

利用Motion Events可以做很多有意思的事情，例如:

保持图片永远水平：

 UIImageView *iv = [[UIImageView alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"me.jpg"]];
 iv.frame = self.view.bounds;
 [self.view addSubview:iv];
    
 _motionManager = [CMMotionManager new];
 if(_motionManager.accelerometerAvailable){
 	_motionManager.accelerometerUpdateInterval = 0.1f;
  	__weak UIImageView *weakIV = iv;
   [_motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMAccelerometerData * _Nullable accelerometerData, NSError * _Nullable error) {
		double angle = atan2(accelerometerData.acceleration.x, accelerometerData.acceleration.y) - M_PI;
   		if(fabs(angle - lastAngle) > 0.05f)
       	weakIV.transform = CGAffineTransformMakeRotation(angle);
          lastAngle = angle;
    }];
}

倾斜可以自动滑动列表：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    _tv = [[UITableView alloc] initWithFrame:self.view.bounds style:UITableViewStylePlain];
    [_tv registerClass:[UITableViewCell class] forCellReuseIdentifier:@"cellID"];
    _tv.dataSource = self;
    [self.view addSubview:_tv];
    
    _row = 10;
    _motionManager = [CMMotionManager new];
    if(_motionManager.accelerometerAvailable){
        _motionManager.accelerometerUpdateInterval = 0.1f;
        [_motionManager startAccelerometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMAccelerometerData * _Nullable accelerometerData, NSError * _Nullable error) {
            if(accelerometerData.acceleration.z < -0.5f)
                _row = MIN(_row + 1, 99);
            else if(accelerometerData.acceleration.z > 0.5f)
                _row = MAX(0, _row - 1);
            [_tv scrollToRowAtIndexPath:[NSIndexPath indexPathForRow:_row inSection:0] atScrollPosition:UITableViewScrollPositionNone animated:YES];
        }];
    }
}


- (NSInteger)tableView:(UITableView *)tableView numberOfRowsInSection:(NSInteger)section{
    return 100;
}

- (UITableViewCell *)tableView:(UITableView *)tableView cellForRowAtIndexPath:(NSIndexPath *)indexPath{
    UITableViewCell *cell = [tableView dequeueReusableCellWithIdentifier:@"cellID" forIndexPath:indexPath];
    if(!cell){
        cell = [[UITableViewCell alloc] initWithStyle:UITableViewCellStyleDefault reuseIdentifier:@"123"];
    }
    cell.textLabel.text = [NSString stringWithFormat:@"%d", (int)indexPath.row + 1];
    return cell;
}