iOS開發之CoreMotion框架的應用

時間 2019-11-12

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iOS開發之CoreMotion框架的應用

咱們知道，如今智能手機手機的功能已經愈來愈強大。小小的手機中集成了衆多的傳感器配件。經過這些傳感器能夠獲取到手機甚至用戶的狀態信息。數據結構

在iOS5以前，加速度傳感器的相關信息封裝在UIAccelerometer這個類中，其主要用來獲取設備在三維空間中的狀態信息，以後，加速度傳感器以及螺旋儀傳感器的相關信息都封裝在了CoreMotion這個框架中，這個框架對加速度，磁力以及螺旋儀傳感器信息進行統一管理，並封裝了許多強大的計算方法幫助開發者獲取設備的空間狀態。框架

以前有寫過一篇關於UIAccelerometer與CoreMotion簡單使用的博客，比較偏用法介紹，並不系統，本篇博客是針對CoreMotion的完善與補充。dom

http://www.javashuo.com/article/p-wokdhoar-em.htmlide

1、CoreMotion框架總體結構

在學習這個框架以前，首先須要對框架中類的關係與做用有個總體的瞭解。下圖展現了CoreMotion框架的總體結構：函數

從上圖中能夠看出，CoreMotion框架中主要分爲3大塊，一部分是用來獲取設備的運動狀態，如速度，加速度，海拔，三維方向等。一部分是用來配合iWatch進行用戶的運動狀態獲取、另外一部分爲用戶步數相關接口。學習

2、CMMotionManager

CMMotionManager類是CoreMotion框架中很是核心的一個類，其用來進行設備運動信息的總體管理。主要包括開啓更新信息，中止更新信息，獲取更新信息等。解析以下：atom

//獲取加速計是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerAvailable) BOOL accelerometerAvailable;
//加速計更新間隔
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval accelerometerUpdateInterval;
//加速計是否在持續進行更新
@property(readonly, nonatomic, getter=isAccelerometerActive) BOOL accelerometerActive;
//最後一次更新的加速計信息  CMAccelerometerData後面會介紹
@property(readonly, nullable) CMAccelerometerData *accelerometerData;
//開始進行加速計數據更新
- (void)startAccelerometerUpdates;
//開始進行加速計數據更新 而且指定回調函數以及回調函數執行的線程
- (void)startAccelerometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAccelerometerHandler)handler;
//中止加速計數據的更新
- (void)stopAccelerometerUpdates;
//陀螺儀是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isGyroAvailable) BOOL gyroAvailable;
//陀螺儀數據的更新間隔
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval gyroUpdateInterval;
//陀螺儀是否在持續進行更新
@property(readonly, nonatomic, getter=isGyroActive) BOOL gyroActive;
//陀螺儀數據
@property(readonly, nullable) CMGyroData *gyroData;
//開啓陀螺儀的更新
- (void)startGyroUpdates;
//開始進行陀螺儀的更新 而且指定回調函數以及回調函數執行的線程
- (void)startGyroUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMGyroHandler)handler;
//中止進行陀螺儀數據的更新
- (void)stopGyroUpdates;
//磁力計是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isMagnetometerAvailable) BOOL magnetometerAvailable;
//磁力計數據更新間隔
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval magnetometerUpdateInterval;
//磁力計數據是否在持續更新
@property(readonly, nonatomic, getter=isMagnetometerActive) BOOL magnetometerActive;
//磁力計數據
@property(readonly, nullable) CMMagnetometerData *magnetometerData;
//開始更新磁力計數據
- (void)startMagnetometerUpdates;
//開始更新磁力計數據 而且指定回調函數以及回調函數執行的線程
- (void)startMagnetometerUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMMagnetometerHandler)handler;
//中止磁力計的更新
- (void)stopMagnetometerUpdates;

//設備運動數據並不是某個傳感器的數據 而是上面3種傳感器數據的組合與運算
//設備運動數據是否可用
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionAvailable) BOOL deviceMotionAvailable;
//設備運動數據更新間隔
@property(assign, nonatomic) NSTimeInterval deviceMotionUpdateInterval;
//是否在持續更新設備運動數據
@property(readonly, nonatomic, getter=isDeviceMotionActive) BOOL deviceMotionActive;
//最後一次更新的設備運動信息數據
@property(readonly, nullable) CMDeviceMotion *deviceMotion;
//開始更新設備運動數據
- (void)startDeviceMotionUpdates;
//開始更新設備運動數據 並指定回調函數以及回調函數執行的線程
- (void)startDeviceMotionUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMDeviceMotionHandler)handler;
//中止更新設備運動信息
- (void)stopDeviceMotionUpdates;

上面的方法看上去很是繁多，其實頗有規律，總的來講就是對是否開啓傳感器數據進行管理，而且進行傳感器數據的獲取。下面咱們來看幾種具體的傳感器數據類的定義。spa

3、數據模型類

首先，CoreMotion框架中的數據模型類都繼承自CMLogItem類，這個類裏面只有一個屬性：.net

@interface CMLogItem : NSObject <NSSecureCoding, NSCopying>
@property(readonly, nonatomic) NSTimeInterval timestamp;
@end

CMLogItem類的timestamp屬性用來標記數據記錄的時間戳。線程

1.加速計數據

CMAccelerometerData是加速計數據的數據模型類：

@interface CMAccelerometerData : CMLogItem
//加速計數據
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration acceleration;
@end
//加速計數據結構體
typedef struct {
	double x;   //x方向加速度
	double y;   //y方向加速度
	double z;   //z方向加速度
} CMAcceleration;

二、陀螺儀數據

CMGyroData是陀螺儀數據的數據模型類：

@interface CMGyroData : CMLogItem
//角速度數據
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;
@end

//角速度結構體
typedef struct {
	double x;  //x方向的角速度
	double y;  //y方向的角速度 
	double z;  //z方向的角速度
} CMRotationRate;

3.磁強計數據

CMMagnetometerData是磁強計數據模型類：

@interface CMMagnetometerData : CMLogItem
{
//磁強數據
@property(readonly, nonatomic) CMMagneticField magneticField;

@end

typedef struct {
    double x;   //x軸磁場
    double y;   //y軸磁場
    double z;   //z軸磁場
} CMMagneticField;

4.設備運動信息

CMDeviceMotion類包含了設備的空間狀態信息：

@interface CMDeviceMotion : CMLogItem
//設備的空間狀態  CMAttitude後面會介紹
@property(readonly, nonatomic) CMAttitude *attitude;
//設備的 陀螺儀數據
@property(readonly, nonatomic) CMRotationRate rotationRate;
//設備的 加速計數據
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration gravity;
//獲取用戶給設備帶來的加速度
@property(readonly, nonatomic) CMAcceleration userAcceleration;
//設備附近磁場相關信息
@property(readonly, nonatomic) CMCalibratedMagneticField magneticField;
//返回航向角度
@property(readonly, nonatomic) double heading;
@end

CMCalibratedMagneticField是一個結構體，以下：

typedef struct {
    CMMagneticField field;  //磁場
    CMMagneticFieldCalibrationAccuracy accuracy; //磁場強度
} CMCalibratedMagneticField;

typedef NS_ENUM(int, CMMagneticFieldCalibrationAccuracy) {
	CMMagneticFieldCalibrationAccuracyUncalibrated = -1,
	CMMagneticFieldCalibrationAccuracyLow, //低
	CMMagneticFieldCalibrationAccuracyMedium,//中
	CMMagneticFieldCalibrationAccuracyHigh//高
} ;

CMAttitude類中封裝的信息以下：

@interface CMAttitude : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
{
//設備翻滾弧度
@property(readonly, nonatomic) double roll;
//旋轉弧度
@property(readonly, nonatomic) double pitch;
//航偏
@property(readonly, nonatomic) double yaw;
//描述設備狀態的旋轉矩陣
@property(readonly, nonatomic) CMRotationMatrix rotationMatrix;
//描述設備姿態的四元數
@property(readonly, nonatomic) CMQuaternion quaternion;
//進行轉換
- (void)multiplyByInverseOfAttitude:(CMAttitude *)attitude;

@end
//四元數
typedef struct
{
	double x, y, z, w;
} CMQuaternion;
//矩陣
typedef struct 
{
	double m11, m12, m13;
	double m21, m22, m23;
	double m31, m32, m33;
} CMRotationMatrix;

4、高度信息

CoreMotion框架中的CMAltimeter類提供對設備高度相關信息的數據支持，這個類是iOS 8後新加入的，CMAltimeter類解析以下：

@interface CMAltimeter : NSObject
//是否支持相對高度變化
+ (BOOL)isRelativeAltitudeAvailable;
//進行用戶權限的申請
+ (CMAuthorizationStatus)authorizationStatus;
//開始更新高度變化信息數據
- (void)startRelativeAltitudeUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue withHandler:(CMAltitudeHandler)handler;
//中止更新高度變化信息數據
- (void)stopRelativeAltitudeUpdates;
@end

CMAltitudeData是高度信息數據：

@interface CMAltitudeData : CMLogItem
//相對高度 單位爲米
@property(readonly, nonatomic) NSNumber *relativeAltitude;
//壓力 單位爲千帕
@property(readonly, nonatomic) NSNumber *pressure;
@end

5、用戶活動信息

CMMotionActivityManager類是iOS 7以後新引入到CoreMotion框架中的，這個類用來對用戶的活動信息進行管理，解析以下：

@interface CMMotionActivityManager : NSObject
//活動數據是否可用
+ (BOOL)isActivityAvailable;
//進行用戶權限的申請
+ (CMAuthorizationStatus)authorizationStatus;
//請求某一段時間內的用戶活動信息
- (void)queryActivityStartingFromDate:(NSDate *)start
                               toDate:(NSDate *)end
                              toQueue:(NSOperationQueue *)queue
                          withHandler:(CMMotionActivityQueryHandler)handler;
//開始進行用戶活動信息的更新
- (void)startActivityUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue
                        withHandler:(CMMotionActivityHandler)handler;
//中止用戶活動信息的更新
- (void)stopActivityUpdates;
@end

CMMotionActivity是用戶活動信息的具體記錄:

@interface CMMotionActivity : CMLogItem
//數據的可信度
/*
typedef NS_ENUM(NSInteger, CMMotionActivityConfidence) {
	CMMotionActivityConfidenceLow = 0,  //可信度低
	CMMotionActivityConfidenceMedium,   //可信度中
	CMMotionActivityConfidenceHigh      //可信度高
};
*/
@property(readonly, nonatomic) CMMotionActivityConfidence confidence;
//記錄開始時間
@property(readonly, nonatomic) NSDate *startDate;
//是不是位置狀態 若是是 可能關機狀態
@property(readonly, nonatomic) BOOL unknown;
//設備是否沒有移動
@property(readonly, nonatomic) BOOL stationary;
//設備持有者是否在步行
@property(readonly, nonatomic) BOOL walking;
//設備持有者是否在跑步
@property(readonly, nonatomic) BOOL running;
//設備持有者是否在乘車
@property(readonly, nonatomic) BOOL automotive;
//設備持有者是否在騎自行車
@property(readonly, nonatomic) BOOL cycling;
@end

6、用戶手臂動做分析

在iOS 12系統後，CoreMotion框架中又引入了一些列配合iWatch進行用戶手臂動做分析的類，能夠分析出用戶是否發生了運動障礙等。其主要由CMMovementDisorderManager類進行管理，以下：

@interface CMMovementDisorderManager : NSObject
//運動障礙管理類是否可用
+ (BOOL)isAvailable;
//進行用戶權限的請求
+ (CMAuthorizationStatus)authorizationStatus;
//記錄和計算一段時間內的震顫和運動異常結果
- (void)monitorKinesiasForDuration:(NSTimeInterval)duration;
//獲取一段時間內的運動障礙記錄數據
- (void)queryDyskineticSymptomFromDate:(NSDate *)fromDate toDate:(NSDate *)toDate withHandler:(CMDyskineticSymptomResultHandler)handler;
//獲取一段時間內的震顫記錄數據
- (void)queryTremorFromDate:(NSDate *)fromDate toDate:(NSDate *)toDate withHandler:(CMTremorResultHandler)handler;
//最後一次更新數據的時間
- (NSDate * _Nullable)lastProcessedDate;
//最後一次計算數據的過時時間
- (NSDate * _Nullable)monitorKinesiasExpirationDate;
@end

CMDyskineticSymptomResult運動障礙數據模型：

@interface CMDyskineticSymptomResult : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
//記錄數據的開始時間
@property (copy, nonatomic, readonly) NSDate *startDate;
//記錄數據的結束時間
@property (copy, nonatomic, readonly) NSDate *endDate;
//運動異常可能出現的百分比 
@property (nonatomic, readonly) float percentUnlikely;
//正常的百分比
@property (nonatomic, readonly) float percentLikely;
@end

CMTremorResult記錄用戶震顫數據：

@interface CMTremorResult : NSObject <NSCopying, NSSecureCoding>
//數據記錄開始時間
@property (copy, nonatomic, readonly) NSDate *startDate;
//數據記錄結束時間
@property (copy, nonatomic, readonly) NSDate *endDate;
//沒法肯定的時間百分比
@property (nonatomic, readonly) float percentUnknown;
//未檢測到震顫的時間百分比
@property (nonatomic, readonly) float percentNone;
//可能發生震顫的百分比低 微震顫
@property (nonatomic, readonly) float percentSlight;
//可能發生震顫的百分比高 微震顫
@property (nonatomic, readonly) float percentMild;
//可能發生震顫的百分比高 中等震顫
@property (nonatomic, readonly) float percentModerate;
//可能發生震顫的百分比高 高震顫
@property (nonatomic, readonly) float percentStrong;

7、計步器應用

在iOS 8以後，CoreMotion中引入了CMPedometer相關計步器類，這些類封裝的更加應用層，開發者能夠直接獲取用戶步數相關數據，CMPedometer是管理類，解析以下：

@interface CMPedometer : NSObject
//計步器是否可用
+ (BOOL)isStepCountingAvailable;
//距離檢測是否可用
+ (BOOL)isDistanceAvailable;
//樓層檢測是否可用
+ (BOOL)isFloorCountingAvailable;
//速度估算是否支持
+ (BOOL)isPaceAvailable;
//頻率估算是否支持
+ (BOOL)isCadenceAvailable;
//計步器功能是否支持
+ (BOOL)isPedometerEventTrackingAvailable;
//進行用戶權限申請
+ (CMAuthorizationStatus)authorizationStatus;
//請求一段時間的計步器數據
- (void)queryPedometerDataFromDate:(NSDate *)start
							toDate:(NSDate *)end
					   withHandler:(CMPedometerHandler)handler;
//請求從某個時間至今的計步器數據
- (void)startPedometerUpdatesFromDate:(NSDate *)start
						  withHandler:(CMPedometerHandler)handler;
//中止計步器數據更新
- (void)stopPedometerUpdates;
//開始更新計步器事件
- (void)startPedometerEventUpdatesWithHandler:(CMPedometerEventHandler)handler;
//中止更新計數器事件
- (void)stopPedometerEventUpdates;
@end

CMPedometerEvent類記錄計步器的事件變化：

@interface CMPedometerEvent : NSObject <NSSecureCoding, NSCopying>
//記錄數據的時間
@property(readonly, nonatomic) NSDate *date;
/*
typedef NS_ENUM(NSInteger, CMPedometerEventType) {
	CMPedometerEventTypePause,   //計步器暫停
	CMPedometerEventTypeResume   //計步器恢復
}
*/
@property(readonly, nonatomic) CMPedometerEventType type;
@end

CMPedometerData計步器數據類：

@interface CMPedometerData
//記錄開始時間
@property(readonly, nonatomic) NSDate *startDate;
//記錄結束時間
@property(readonly, nonatomic) NSDate *endDate;
//步數
@property(readonly, nonatomic) NSNumber *numberOfSteps;
//距離
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *distance;
//經過樓梯上升的樓層數
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *floorsAscended;
//經過樓梯降低的樓層數
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *floorsDescended;
//估算速度
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *currentPace;
//步數頻率
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *currentCadence;
//平均速度
@property(readonly, nonatomic, nullable) NSNumber *averageActivePace;
@end

在CoreMotion中，CMStepCounter也是一個記錄器類，其比較簡易，只在iOS8以前進行使用，解析以下：

@interface CMStepCounter : NSObject
//計步器是否可用
+ (BOOL)isStepCountingAvailable;
//請求一段時間內的步數信息
- (void)queryStepCountStartingFrom:(NSDate *)start
                                to:(NSDate *)end
                           toQueue:(NSOperationQueue *)queue
                       withHandler:(CMStepQueryHandler)handler;
//進行不是更新
- (void)startStepCountingUpdatesToQueue:(NSOperationQueue *)queue
                               updateOn:(NSInteger)stepCounts
                            withHandler:(CMStepUpdateHandler)handler;
//中止計步器更新
- (void)stopStepCountingUpdates;
@end