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加速度傳感器解讀

2010-12-24 16:34:09

加速度傳感器在Windows Phone 7的硬件規(guī)格中已經成為一種標配，有了加速度傳感器，就可以根據(jù)地球引力來仿真現(xiàn)實生活中的許多操作。譬如說我們傾斜手機，就可以實現(xiàn)手機向傾斜的方向移動。還有我們可以揮動手機，實現(xiàn)游戲中保齡球的揮出操作等等功能。搖晃手機實現(xiàn)圖片和背景圖片的更換，一切只限于你的想象力。因此掌握加速度傳感器的編程也是XNA游戲開發(fā)的必經之路。

 

WP7上的加速度傳感器輸出可以用一個3D空間的矢量來描述，這里要注意下，在XNA中存在三維的矢量類型，而Silverlight是不存的。本文除了將給出Platformer的加速度感應器代碼外，還將深入WP7的加速度感應器的概念，讓你在以后的項目開發(fā)中可以快速切入。

 

當一個三維的點坐標（x,y,z）表示空間一個特定的位置時，矢量(x,y,z)代表的意義則更加豐富，它包含了方向和長度的概念。很明顯點坐標和矢量是有關聯(lián)的。矢量(x,y,z)的方向就是點(0,0,0)到點(x,y,z)的方向。但是矢量(x,y,z)并不是由點(0,0,0)到點 (x,y,z)構成的那條直線，而只是代表這條直線的方向。

 

矢量(x,y,z)的長度我們可以使用勾股定理快速獲取，下面是計算的數(shù)學表達式。

 

在使用加速度傳感器時，我們可以把WP7手機想像成一個三維的坐標系統(tǒng)。無論電話放置的方向的什么，Y坐標軸是電話的底端（包含按鈕的那端）到頂端的方向，而且這個走向是是X軸正方向。X坐標軸則是從左至右的走向，這個走向亦是正方向，Z坐標軸正走向則是面對你的方向。

 

下面是WP7三維矢量坐標的標示圖：

 

 

 

 

這是一個我們在實際生活和數(shù)學中都經常使用的經典三維坐標系統(tǒng)，XNA中的3D編程也采用了這種坐標方法。這種坐標系統(tǒng)有一個專業(yè)術語，被稱作笛卡爾右手坐標系統(tǒng)。

 

笛卡爾右手坐標系統(tǒng)的意思就是將右手背對著手機屏幕放置，拇指即指向X軸的正方向。伸出食指和中指，食指指向Y軸的正方向，中指所指示的方向即是Z軸的正方向。有點類似面對自己的蘭花指造型，大家可以看看示意圖。

 

 

這種坐標朝向永遠是固定的，無論你是將手機是橫拿還是豎放，又或者游戲是在Landscape和Portrait模式下運行，均如此。你只需要記住前面強調的兩點，無論電話放置的方向的什么，Y坐標軸是電話的底端（具備開始按鈕的那端）到頂端的走向，而且這個方向是是X軸正方向。X坐標軸則是從左至右的走向，這個走向亦是正方向。再使用右手定理，就可以很快地確定Z的坐標軸走向了。

 

正如你想象的那樣，Windows Phone 7應用程序的在屏幕選擇時會自動切換正是由加速度傳感器實現(xiàn)的。如果你的手機是靜止的，加速度傳感器的矢量方向永遠是指向地心的，如果矢量的長度為1的話，我們稱之為1G。當你著正拿著WP7手機時，加速度傳感器的矢量為（0,-1,0），方向指向地心。逆時針旋轉90度，加速度傳感器矢量變?yōu)?(-1,0，0)。再逆時針旋轉90度又變?yōu)椋?,1,0）。

 

當你將手機朝上平放在桌面上時，加速度傳感器矢量為(0,0,-1)。這些值也就是Windows Phone 7仿真器經常報告的矢量。

 

 

正常拿著時，加速度傳感器矢量為(0,-1,0)

 

 

右Landscape模式時，加速度傳感器矢量為(1,0,0)

 

 

左Landscape時，加速度傳感器矢量為（-1,0,0）

 

 

向右傾斜45度時，加速度傳感器矢量為（0.7,-0.7,0）。這樣使用勾股定理正好得到矢量長度為1

 

當然，加速度傳感器矢量很少能達到這種類似(0,-1.0)這種精確度，其長度不可避免會有些出入。在WP7手機靜止時，加速度傳感器矢量長度會有一定的誤差。當你在訪問月球時使用WP7的話，你可能會認為矢量速度為0.17這個大概的區(qū)域（月球重力為地球的1/6），但是這個數(shù)值主要還是取決于手機的加速度傳感器品質。

 

前面談論的加速度感應器矢量都是在手機靜止狀態(tài)下發(fā)生的，加速度感應器矢量還可以指向其它的一些方向，當手機在快速運動時其矢量長度也會發(fā)生或大或小的變化。

 

比如說，當你猛地將手機向左移動時，如果手機的速度一直處于增大時，加速度傳感器矢量將指向右。但當手機的移動速度穩(wěn)定時，加速度傳感器矢量的長度又變?yōu)橹亓Υ笮?。當你最后減速時，加速度傳感器矢量的方向一直保持左邊，直到手機完全停止為止。

 

還有一種情況就是當手機自由落體時，原理上可認為此時加速度傳感器矢量的長度為0。

 

在程序開發(fā)過程中需要和加速度傳感器打交道時，你首先要引用Microsoft.Devices.Sensors這個dll文件。此外，WMAppManifest.xml這個文件還需要包含這個描述。一般來說這個描述是在項目創(chuàng)建時就已存在，這里和大家提醒下。

 

我們知道Platformer游戲中，是使用加速度傳感器的來確定英雄的移動方向，以及移動的速度，這和你傾斜手機的角度有著密切的關系。我們需要對加速度傳感器返回的矢量值進行處理，以實現(xiàn)仿真現(xiàn)實場景的移動效果。此外，當程序運行在模擬器上時，我們可以使用電腦鍵盤的方向鍵來仿真加速度傳感器。