Блог

Используя только встроенный в телефон (Android) акселерометр, как я могу определить его скорость?

Я возился с математикой этого, но любая функция, которую я придумываю, имеет тенденцию приводить к экспоненциальному росту скорости. Я исхожу из предположения, что при запуске приложения телефон останавливается. Это определенно должно сделать возможным определение скорости (по крайней мере, приблизительно).

У меня также есть приличный опыт в физике и математике, поэтому у меня не должно возникнуть никаких трудностей с какими-либо концепциями здесь.

Как я должен это сделать?

Это действительно будет зависеть от того, каково ускорение и как долго. Небольшое, длительное ускорение можно измерить, но любое внезапное увеличение ускорения, за которым следует постоянная скорость, сделает ваши измерения довольно сложными и подверженными ошибкам.

Предполагая постоянное ускорение, формула чрезвычайно проста: a = (V1-V0) / t . Итак, зная время и ускорение и предполагая, что V0 = 0, тогда V1 = a * t

В более реальном мире у вас, вероятно, не будет постоянного ускорения, поэтому вам следует вычислять дельту V для каждого измерения и добавлять все эти изменения скорости, чтобы получить конечную скорость. Всегда учитывайте, что у вас не будет данных о непрерывном ускорении, поэтому это наиболее возможный способ (т. Е. реальные данные против интегральной математической теории).

В любом случае, даже в лучшем случае, вы получите очень высокую погрешность, поэтому я не рекомендую этот подход для любого приложения, которое действительно зависит от реальных скоростей.

Во-первых, вы должны удалить ускорение из-за силы тяжести из данных акселерометра. Тогда это просто вопрос интеграции ускорения, чтобы получить скорость. Не забывайте, что ускорение и скорость являются правильными векторами, а не скалярами, и что вам также придется отслеживать вращение телефона в пространстве, чтобы правильно определить ориентацию вектора ускорения относительно вычисленного вектора скорости.

Ничего другого не остается, как согласиться с разумными аргументами, выдвинутыми во всех замечательных ответах выше, однако, если вы прагматичный тип, как я, мне нужно придумать решение, которое как-то работает.

У меня возникла проблема, похожая на вашу, и я решил создать свое собственное решение, не найдя ничего онлайн. Мне нужен был только простой ввод «наклона» для управления игрой, поэтому это решение, вероятно, не подойдет для более сложных нужд, однако я решил поделиться им на случай, если другие будут искать что-то подобное.

ПРИМЕЧАНИЕ: Я вставил сюда весь свой код, и его можно свободно использовать для любых целей.

В основном, что я делаю в своем коде, это ищу датчик акселерометра. Если не найдено, обратная связь по наклону будет отключена. Если датчик акселерометра присутствует, я ищу датчик магнитного поля, и если он присутствует, я получаю рекомендуемый угол наклона, комбинируя данные акселерометра и магнитного поля.

 public TiltSensor(Context c) {
    man = (SensorManager) c.getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    mag_sensor = man.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
    acc_sensor = man.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
    has_mag = man.registerListener(this, mag_sensor, delay);
    has_acc = man.registerListener(this, acc_sensor, delay);
    if (has_acc) {
        tiltAvailble = true;
        if (has_mag) {
            Log.d("TiltCalc", "Using accelerometer   compass.");
        }
        else {
            Log.d("TiltCalc", "Using only accelerometer.");
        }
    }
    else {
        tiltAvailble = false;
        Log.d("TiltCalc", "No acceptable hardware found, tilt not available.");
        //No use in having listeners registered
        pause();
    }
}
  

Однако, если присутствовал только датчик акселерометра, я возвращаюсь к накоплению ускорения, которое непрерывно затухает (умножается на 0,99), чтобы устранить любой дрейф. Для моих простых потребностей в наклоне это отлично работает.

 @Override
public void onSensorChanged(SensorEvent e) {
    final float[] vals = e.values;
    final int type = e.sensor.getType();
    switch (type) {
        case (Sensor.TYPE_ACCELEROMETER): {
            needsRecalc = true;
            if (!has_mag) {
                System.arraycopy(accelerometer, 0, old_acc, 0, 3);
            }
            System.arraycopy(vals, 0, accelerometer, 0, 3);
            if (!has_mag) {
                for (int i = 0; i < 3; i  ) {
                    //Accumulate changes
                    final float sensitivity = 0.08f;
                    dampened_acc[i]  = (accelerometer[i] - old_acc[i]) * sensitivity;
                    //Even out drift over time
                    dampened_acc[i] *= 0.99;
                }
            }
        }
            break;
        case (Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD): {
            needsRecalc = true;
            System.arraycopy(vals, 0, magnetic_field, 0, 3);
        }
            break;
    }
}
  

В заключение я просто повторю, что это, вероятно, никоим образом не «правильно», это просто работает как простой ввод в игру. Чтобы использовать этот код, я просто делаю что-то вроде следующего (да, магические константы плохие, mkay):

 Ship ship = mShipLayer.getShip();
mTiltSensor.getTilt(vals);
float deltaY = -vals[1] * 2;//1 is the index of the axis we are after
float offset = ((deltaY - (deltaY / 1.5f)));
if (null != ship) {
    ship.setOffset(offset);
}
  

Наслаждайся!

Интеграция ускорения для получения скорости является нестабильной проблемой, и ваша ошибка исчезнет примерно через пару секунд. Телефонные акселерометры также не очень точны, что не помогает, а некоторые из них не позволяют вам легко отличить наклон от перевода, и в этом случае у вас действительно проблемы.

Акселерометры в телефоне практически бесполезны для такой задачи. Вам нужны высокоточные акселерометры с очень низким дрейфом — то, что намного превосходит то, что вы найдете в телефоне. В лучшем случае вы можете получить полезные результаты в течение нескольких секунд, или, если очень повезет, в течение минуты или двух, после чего результаты становятся бессмысленными.

Кроме того, у вас должен быть трехосевой гироскоп, который вы использовали бы для интегрирования скорости в правильном направлении. В некоторых телефонах есть гироскопы, но они даже хуже акселерометров в том, что касается дрейфа и точности.

Одним из, возможно, полезных приложений было бы использовать акселерометры в сочетании с гироскопами или магнитным компасом для заполнения недостающих данных с GPS. Каждый раз, когда GPS выдает хорошее исправление, нужно сбрасывать начальные условия положения, скорости и ориентации, и акселерометры будут предоставлять данные до следующего действительного исправления GPS.

Гравитация уничтожит все ваши измерения. Телефон при остановке испытывает высокое постоянное ускорение вверх (да, именно ВВЕРХ). Акселерометр не может отличить ускорение от силы тяжести (технически, это одно и то же), поэтому через несколько секунд он достигнет чрезвычайно высоких скоростей. Если вы никогда не наклоняете свой акселерометр даже слегка, вы можете просто вычесть постоянное гравитационное притяжение из оси z (или любой другой оси, направленной вверх / вниз), но это маловероятно.

В принципе, вы должны использовать сложную систему из гироскопа / магнитометра и акселерометра, чтобы вычислить точное направление силы тяжести, а затем вычесть ускорение.

v = интеграл (a)?

В целом, я бы подумал, что неточности в акселерометрах сделают это довольно сложным

Если телефон находится в режиме ожидания, у вас нулевое ускорение, поэтому ваша скорость равна 0. Вероятно, вам следует найти данные о местоположении с помощью GPS и получить соответствующие временные выборки и вычислить расстояние скорости с течением времени.