iOS感測器：利用磁力計完成一個AR場景應用

非典型技術宅發表於2018-01-02
iOS

前面我們們用了陀螺儀、加速感測器做了一些好玩的效果，今天我們們就用用第三個感測器--磁力計--來做一個AR的場景。說到AR這個詞，請大家不要噴我哈，並沒有用到WWDC剛出的ARKit。而且今天這個例子重點是學習使用磁力計，本質上來講和AR關係並不大。噱頭，就是個噱頭。。。。

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磁力計跟前面的加速計、陀螺儀，都是用到了上次說的iOS當中的那個核心運動框架CoreMotion, 也都用了CMMotionManager。

完成後的效果，能看到在視訊輸出的下面會有一個隨著螢幕移動的天空星辰背景圖，同時螢幕左上角會實時列印當前的方向資訊、地理資訊。

磁力計.gif

1. 磁力計的介紹

磁強計指的是各種用於測量磁場的儀器，也稱磁力儀、高斯計。它可以感應地球的磁場，獲得方向資訊。

1.1 應用場景

那顯而易見，典型的應用場景就是用在電子羅盤和導航上面。

之前看到過某個大神用磁力計簡直玩出了花兒，隔空抓牛的感覺。利用iPhone上磁力計、加速計和麥克風實現平面和三維上的磁鐵追蹤，並能實時的反饋在iPhone 螢幕上。

image.png

看上去屌炸了，有沒有？宅胖還專門找到了這篇文章的報導，有興趣的可以進去看看，裡面有實現後的視訊。mobile.163.com/14/1127/09/…

1.2 需要了解的基本概念

要用到磁力計，經常會聽到有人說到“磁北”、“真北”這兩個高頻詞，CoreMotion也會給我們返回這兩個數值。是什麼意思吶？

  • 真北：指的是地理的北極
  • 磁北：指的是磁場北極

納尼？這是什麼鬼？來來來，我們們科普一下。

  1. 磁北 磁北是以大地磁場為基準的，通過各種感測器傳送的方位都是以磁北為基準的。BUT！！！！敲黑板！！！！！磁北的具體位置是隨著時間而改變的。 也就是說我們們隨著地球的旋轉，我們們除了有一年四季的變化、時間的變化，連磁場都會發生改變。嗯，是這樣的。

  2. 真北 由於磁北是會變化的，那我們怎麼用？不可能還要計算地球自轉軸、考慮時間因素吧。所以才有了真北這個概念。

真北是地球自轉的地理北極，這個就是考慮到了各種因素，是一個固定的位置。所以我們們電子羅盤神馬的所指的北，說的是這個真北。通常情況下，方位都是需要矯正到真北的。蘋果很貼心啊，真北就不用自己算了，直接也會有返回的數值。

剩下的還有磁偏角校正、網路北、網路北校正、收斂角等等學術概念。

那豈不是電子羅盤上面的北和指南針上面的北不一致啊？

問這個問題的童鞋那是相當的聰明呀，那肯定是不一致的。不過誤差也是在可感官接受的範圍內。在等會兒的例子裡面，我們們把這兩個數值都列印出來，自己看看。

2 . 磁力計的使用

2.1 使用步驟

磁力計同樣也是通過CoreMotion 這個框架來管理的，所以和前面兩個感測器一樣，四個標準步驟：

  • 初始化CMMotionManager管理物件；
  • 呼叫管理物件的物件方法獲取資料；
  • 處理資料；
  • 當不需要使用的時候，停止獲取資料。

2.2 磁力計資料獲取的兩種方法

CoreMotion中有2種獲取資料方式，一種叫做PUSH的方式，一種叫做PULL的方式。顧名思義，PUSH就是被動的獲取。設定完了之後，執行緒定時把獲取到的資料推送回來。可想而知，對於資源的消耗是會稍微大一點的。PULL，就是要去索取。拉一下才會獲取到資料。不要不給。上一次程式碼是Swift的，這一次我們們就使用OC啦。

2.2.1 PULL的方式

//PULL的方法獲取資料
- (void)pullMagnetometer {
    //    判斷磁力計是否可用
    if (self.manager.magnetometerAvailable) {
        //        設定磁力計取樣頻率
        self.manager.magnetometerUpdateInterval = 0.1;
        
        //開始更新，後臺執行緒開始執行。這是Pull方式。
        [self.manager startMagnetometerUpdates];
        NSLog(@"X = %f,Y = %f,Z = %f",self.manager.magnetometerData.magneticField.x,self.manager.magnetometerData.magneticField.y,self.manager.magnetometerData.magneticField.z);
        
    } else {
        NSLog(@"It cannot be used!");
    }
}
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2.2.2 PUSH的方式

//PUSH的方法獲取資料
- (void)pushMagnetometer {
    //    判斷磁力計是否可用
    if (self.manager.magnetometerAvailable) {
        //        設定磁力計取樣頻率
        self.manager.magnetometerUpdateInterval = 0.1;
        
        //Push方式獲取和處理資料，這裡我們一樣只是做了簡單的列印。把取樣的工作放在了主執行緒中。
        [self.manager startMagnetometerUpdatesToQueue:[NSOperationQueue mainQueue] withHandler:^(CMMagnetometerData * _Nullable magnetometerData, NSError * _Nullable error) {
            NSLog(@"X = %f,Y = %f,Z = %f",magnetometerData.magneticField.x,magnetometerData.magneticField.y,magnetometerData.magneticField.z);
        }];
    } else {
        NSLog(@"It cannot be used!");
    }
}
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3. 開始我們的小案例

寫這個案例的時候發現要實現一個比較逼真的AR，我們們有好多東東都沒有分享過。所以例子寫完之後，寫這篇文章的時候又對這個例子做了一些調整。大幅簡化刪減了了好多需求。但是，最後還是使用了相機、百度地圖，如果這兩個都不用，那真的一點都不能算是AR了。

完成後的效果，能看到在視訊輸出的下面會有一個隨著螢幕移動的天空星辰背景圖，同時螢幕左上角會實時列印當前的方向資訊、地理資訊。

磁力計.gif

小案例裡面的相機不用緊張，我們們後面也還是會分享的。還有一個之前說過的，多執行緒也記得的哈，下一個系列就來補。

3.1 思維導圖

image.png

3.2 準備工作

3.2.1 SDK的匯入

這個例子裡面我們們用了百度地圖，所以需要匯入百度地圖的SDK。因為我們們沒有分享過如何使用第三方庫，可以看看這篇文章iOS·採用第三方(百度地圖SDK)實現定位等功能開發

3.2.2 相機、定位許可權的索取

iPhone對於APP使用使用者的隱私許可權做了很嚴格的規定，每個APP使用使用者隱私之前必須要讓使用者知道並且同意。大概也正是因為這點，本宅胖才這麼愛iPhone吧。雖然開發的時候就面臨著很多問題，但至少產品始終是站在使用者的角度考慮問題的。

在Info.plist中向使用者索取相機和地理位置資訊的許可權。

  • Privacy - Camera Usage Description
  • Privacy - Location When In Use Usage Description

image.png
麥克風、媒體庫的許可權就不需要了。之前沒有刪減的那個案例裡面用到了這個。說起來好心疼~~~

3.2.3 相機使用

相機在這個案例裡面，使用的是AVFoundation框架。也是很心痛，這部分之前沒有分享過。所以如果等不及俺的分享，可以先看看這個。Objc的第21期內容：iOS上的相機捕捉

別忘了在標頭檔案<AVFoundation/AVFoundation.h>，同時遵守代理協議AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate。

3.3 建立動態活動的星空背景

從網上找到的星空圖是4000*2800的大小，要讓它完全超出螢幕。這樣才能根據手機的移動進行活動。

同樣的，為了能夠明顯的看到效果，在從陀螺儀獲取到的數值之後，新增了一個放大倍數。這個小例子裡面我們們使用的是5。

3.3.1 使用陀螺儀進行防抖

如果陀螺儀返回的資料在某個特定小範圍內，我們就是視同只是手抖，不對圖片本身進行處理。這樣就看不到背景圖片明顯抖動的感覺了。

  • 注意：陀螺儀返回的各軸旋轉角度是有可能為負數的，所以別忘了用絕對值進行判斷。
//            做一下防抖動的處理，如果手機旋轉的不太大，就不執行操作
if (fabs(gyroData.rotationRate.x) * multiplier < 0.2 && fabs(gyroData.rotationRate.y) * multiplier < 0.2) {
    return ;
}

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3.3.2 讓背景星空圖隨著螢幕進行執行

直接修改背景圖的center就好了，讓原center新增上需要進行的位移量就可以實現了。 這裡需要注意的是，需要對邊界值進行處理。如果螢幕旋轉的亂七八糟，我們要讓視訊輸出層下面始終有一個背景存在。

            //            因為背景圖的大小事螢幕寬度的三倍，高度的兩倍。為了防止超出邊界，進行限制
            if (imageRotationX > self.view.frame.size.width * 1.5) {
                imageRotationX = self.view.frame.size.width * 1.5;
            }
            
            if(imageRotationX < (- self.view.frame.size.width * 0.5)){
                imageRotationX=(- self.view.frame.size.width * 0.5);
            }
            
            if (imageRotationY > self.view.frame.size.height) {
                imageRotationY = self.view.frame.size.height;
            }
            if (imageRotationY < 0) {
                imageRotationY = 0;
            }

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3.4 利用百度地圖輸出磁力計資訊、經緯度、高度

3.4.1 輸出磁力計資訊

根據百度地圖SDK的文件，在使用者的方向資訊放生變化之後，會呼叫以下的方法。 這裡我們沒有做任何特殊的處理，就只是簡單的列印出來了磁北、真北、三軸的偏移量。

等會兒執行的時候大家就能看到之前的問題，到底磁北、真北之間相差多少。

/**
 *使用者方向更新後，會呼叫此函式
 *@param userLocation 新的使用者位置
 */
- (void)didUpdateUserHeading:(BMKUserLocation *)userLocation {
    self.magnetometerInfo.numberOfLines = 0;
    self.magnetometerInfo.text = [NSString stringWithFormat:@"磁北：%.0f,真北：%.0f \n偏移：%.0f \nx:%.1f y:%.1f z:%.1f",
                                  userLocation.heading.magneticHeading,userLocation.heading.trueHeading,userLocation.heading.headingAccuracy,userLocation.heading.x,userLocation.heading.y,userLocation.heading.z];
}

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3.4.2 輸出使用者位置資訊：經緯度、高度

/**
 *使用者位置更新後，會呼叫此函式
 *@param userLocation 新的使用者位置
 */
- (void)didUpdateBMKUserLocation:(BMKUserLocation *)userLocation
{
    self.physicalLocation.numberOfLines = 0;
    self.physicalLocation.text = [NSString stringWithFormat:@"經度:%f \n緯度:%f \n高度:%f",userLocation.location.coordinate.longitude,userLocation.location.coordinate.latitude,userLocation.location.altitude];
}

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原始碼下載地址：OC下載地址

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