iOS. Приемы программирования

Нахавандипур Вандад

Глава 18. Фреймворк Core Motion

 

 

18.0. Введение

Устройства с операционной системой iOS, в частности iPhone и iPad, обычно оборудованы акселерометром. На некоторых устройствах, например новых iPhone и iPad, есть также гироскоп. Прежде чем пытаться использовать в ваших приложениях для iOS акселерометр или гироскоп, нужно проверить доступность (наличие) этих сенсоров на том устройстве, на котором работает ваша программа. В разделах 18.1 и 18.2 описаны приемы, которые можно использовать для обнаружения акселерометра или гироскопа. Устройства iOS, оснащенные гироскопом, могут регистрировать движение вдоль шести осей.

Рассмотрим ситуацию, которая позволяет оценить, насколько полезен гироскоп. Например, акселерометр не может обнаружить вращение устройства вокруг его вертикальной оси, если вы крепко держите устройство в руках, сидите в компьютерном кресле и крутитесь на нем по часовой стрелке или против часовой стрелки. Относительно пола в вашей комнате или относительно планеты Земля устройство вращается вокруг вертикальной оси, но оно при этом не вращается вокруг собственной оси Y, проходящей по вертикали через центр устройства, то есть акселерометр не обнаружит никакого движения.

Гироскоп, имеющийся в некоторых устройствах с iOS, может регистрировать такие движения. И мы можем писать более гладкие и безошибочные программы обнаружения движения. Обычно такие возможности полезны в играх, так как при их программировании разработчику зачастую требуется узнать не только о том, как устройство движется по осям X, Y и Z — эти данные можно получить от акселерометра, — но и о том, движется ли устройство по этим осям относительно Земли. А вот для этого уже нужен гироскоп.

Программист может пользоваться фреймворком Core Motion для доступа к информации, поступающей как от акселерометра, так и от гироскопа (при их наличии). Фреймворк Core Motion применяется во всех разделах этой главы. При работе с новым компилятором LLVM, чтобы связать новое приложение с системным фреймворком, вам всего лишь потребуется импортировать этот фреймворк в верхней части заголовочных файлов и файлов реализации, а компилятор сам выполнит все необходимые операции для импорта фреймворка в приложение.

Эмулятор iOS не может имитировать работу акселерометра и гироскопа. Правда, в эмуляторе iOS можно имитировать встряхивание, выбрав команду Hardware — Shake Gesture (Оборудование — Жест встряхивания) (рис. 18.1).

Рис. 18.1. Параметр Shake Gesture (Жест встряхивания) в эмуляторе iOS

 

18.1. Обнаружение доступности акселерометра

 

Постановка задачи

В вашей программе требуется определить, имеется ли в устройстве акселерометр.

 

Решение

Для обнаружения акселерометра пользуйтесь методом isAccelerometerAvailable класса CMMotionManager. Метод isAccelerometerActive также позволяет узнать, посылает ли акселерометр в данный момент уведомления вашей программе.

Сначала убедимся, что импортировали необходимые заголовочные файлы:

#import «AppDelegate.h»

#import 

@implementation AppDelegate

Далее проверим, что присутствие акселерометра указано в файле реализации делегата нашего приложения:

— (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

CMMotionManager *motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];

if ([motionManager isAccelerometerAvailable]){

NSLog(@"Accelerometer is available.");

} else{

NSLog(@"Accelerometer is not available.");

}

if ([motionManager isAccelerometerActive]){

NSLog(@"Accelerometer is active.");

} else {

NSLog(@"Accelerometer is not active.");

}

self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:

[[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Итак, в устройстве с iOS, где работает ваша программа, может присутствовать акселерометр. Но это еще не означает, что акселерометр посылает уведомления вашему приложению. Если акселерометр или гироскоп посылает такие уведомления, мы говорим, что он активен (а в таком случае нам потребуется определить объект делегата, о чем поговорим чуть позже).

Если запустить этот код в эмуляторе iOS, то в окне консоли появятся примерно такие сообщения:

Accelerometer is not available. // акселерометр недоступен

Accelerometer is not active. // акселерометр неактивен

При запуске такого же кода на новом iPhone получим такие значения:

Accelerometer is available. // акселерометр доступен

Accelerometer is not active. // акселерометр неактивен

 

Обсуждение

В устройстве с операционной системой iOS может быть встроенный акселерометр. Поскольку мы не можем с уверенностью сказать, в каких устройствах с iOS имеется такое оборудование, а в каких — нет, перед использованием акселерометра целесообразно проверить, доступен ли он.

Чтобы проверить наличие этого оборудования, нужно инстанцировать объект типа CMMotionManager и получить доступ к его методу isAccelerometerAvailable. Это метод логического типа, он возвращает значение YES, если акселерометр доступен, и NO, если он отсутствует.

Кроме того, можно узнать о том, посылает ли акселерометр обновления вашей программе в настоящий момент (соответственно, активен ли он), воспользовавшись методом isAccelerometerActive класса CMMotionManager. О том, как получать данные от акселерометра, мы поговорим в разделе 18.3.

 

См. также

Раздел 18.3.

 

18.2. Обнаружение доступности гироскопа

 

Постановка задачи

В вашей программе требуется определить, имеется ли в устройстве гироскоп.

 

Решение

Пользуйтесь методом isGyroAvailable, относящимся к классу CMMotionManager, чтобы проверить наличие гироскопа. Кроме того, метод isGyroActive позволяет узнать, посылает ли в данный момент гироскоп обновления вашему приложению, то есть активен ли он:

#import «AppDelegate.h»

#import 

@implementation AppDelegate

— (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

CMMotionManager *motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];

if ([motionManager isGyroAvailable]){

NSLog(@"Gryro is available.");

} else {

NSLog(@"Gyro is not available.");

}

if ([motionManager isGyroActive]){

NSLog(@"Gryo is active.");

} else {

NSLog(@"Gryo is not active.");

}

self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:

[[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

Эмулятор iOS не позволяет имитировать работу гироскопа. Запустив этот код в эмуляторе, вы увидите в окне консоли примерно такой текст:

Gyro is not available. // гироскоп недоступен

Gyro is not active. // гироскоп неактивен

Если запустить этот код на устройстве с iOS, оборудованном гироскопом, например на новом iPhone, то результаты будут иными:

Gyro is available. // гироскоп доступен

Gyro is not active. // гироскоп неактивен

 

Обсуждение

Если вы планируете выпустить приложение, в котором используется гироскоп, то нужно гарантировать, что ваша программа сможет работать и на других устройствах с iOS, где нет такого оборудования. Например, если вы используете гироскоп как элемент игры, то нужно убедиться в том, что игра будет работать и на других устройствах, хотя гироскопа они и не имеют. Ведь не во всех устройствах с iOS он установлен. Именно наличие гироскопа в устройстве мы и будем проверять в данном разделе.

Чтобы решить эту задачу, потребуется инстанцировать объект типа CMMotionManager. После этого мы должны будем получить доступ к логическому методу isGyroAvailable и посмотреть, доступен ли гироскоп на том устройстве, где выполняется ваш код. Кроме того, можно воспользоваться методом isGyroActive экземпляра CMMotionManager, чтобы узнать, посылает ли гироскоп в настоящее время обновления вашему приложению. Подробнее об этом поговорим в разделе 18.5.

 

См. также

Раздел 18.5.

 

18.3. Получение данных акселерометра

 

Постановка задачи

Требуется указать операционной системе iOS, чтобы она посылала вашей программе данные от акселерометра.

 

Решение

Пользуйтесь методом экземпляра startAccelerometerUpdatesToQueue: withHandler:, относящимся к классу CMMotionManager. Вот заголовочный файл контроллера вида, в котором класс CMMotionManager применяется для получения обновлений от акселерометра:

#import «ViewController.h»

#import 

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, strong) CMMotionManager *motionManager;

@end

@implementation ViewController

Мы реализуем контроллер вида и воспользуемся методом startAccelerometerUpdatesToQueue: withHandler: класса CMMotionManager:

— (void)viewDidLoad{

[super viewDidLoad];

self.motionManager = [[CMMotionManager alloc] init];

if ([self.motionManager isAccelerometerAvailable]){

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

[self.motionManager

startAccelerometerUpdatesToQueue: queue

withHandler: ^(CMAccelerometerData *accelerometerData, NSError *error) {

NSLog(@"X = %.04f, Y = %.04f, Z = %.04f",

accelerometerData.acceleration.x,

accelerometerData.acceleration.y,

accelerometerData.acceleration.z);

}];

} else {

NSLog(@"Accelerometer is not available.");

}

}

 

Обсуждение

Акселерометр фиксирует данные по трем измерениям (то есть по осям декартовых координат), которые iOS сообщает вашей программе как значения x, y и z. Эти значения инкапсулируются в структуре CMAcceleration:

typedef struct {

double x;

double y;

double z;

} CMAcceleration;

Предположим, что вы держите устройство с iOS прямо перед собой, экран обращен к вам и находится в книжной ориентации. В таком случае:

• ось X расположена слева направо и проходит по центру экрана устройства. При этом значения изменяются слева направо в диапазоне от –1 до +1;

• ось Y расположена снизу вверх и проходит по центру экрана устройства. При этом значения изменяются снизу вверх в диапазоне от –1 до +1;

• ось Z проходит через заднюю плоскость устройства, потом через все устройство и через экран — по направлению к вам. При этом значения изменяются от задней до передней плоскости устройства в диапазоне от –1 до +1.

Значения, принимаемые от акселерометра, лучше всего разобрать на примерах. Предположим, что вы держите устройство с iOS вертикально экраном к себе. Его нижняя сторона обращена вниз, верхняя — вверх. Если вы будете держать устройство совершенно ровно, не наклоняя его ни в одну из сторон, в этот момент по осям X, Y и Z вы зафиксируете следующие значения: x = 0,0; y = –1,0; z = 0,0. А теперь примем это положение за исходное и попробуем выполнить следующие манипуляции.

1. Повернем устройство на 90° по часовой стрелке. В этот момент вы зафиксируете значения x = +1,0; y = 0,0; z = 0,0.

2. Повернем устройство еще на 90° по часовой стрелке. В данный момент верхняя сторона устройства должна указывать вниз. При этом вы зафиксируете значения x = 0,0; y = +1,0; z = 0,0.

3. Повернем устройство еще на 90° по часовой стрелке. В данный момент верхняя сторона устройства должна указывать влево. При этом вы зафиксируете значения x = –1,0; y = 0,0; z = 0,0.

4. Наконец, если еще раз повернем устройство на 90° по часовой стрелке, так, чтобы верхняя сторона устройства опять была направлена вверх, а нижняя — вниз, то мы вернемся к исходным значениям x = 0,0; y = –1,0; z = 0,0.

Таким образом, можно сделать вывод, что при вращении устройства вокруг оси Z меняются значения x и y, сообщаемые акселерометром, а значение z остается неизменным.

Проведем другой эксперимент. Снова расположим устройство горизонтально, так, чтобы его задняя поверхность была обращена вниз, передняя — вверх. Как вы уже знаете, в таком случае акселерометр зафиксирует значения x = 0,0; y = –1,0; z = 0,0. А теперь попробуйте выполнить следующие манипуляции.

1. Наклоните устройство назад на 90° по оси X так, чтобы его верхняя сторона указывал назад, то есть держите его так, как будто оно лежит на столе экраном вверх. В этот момент вы зафиксируете значения x = 0,0; y = 0,0; z = –1,0.

2. Теперь поверните устройство еще на 90° назад, так, чтобы задняя поверхность была обращена к вам, верхняя сторона была направлена вниз, а нижняя — вверх. В этот момент акселерометр зафиксирует значения x = 0,0; y = 1,0; z = 0,0.

3. Поверните устройство еще на 90° назад. Теперь его экран должен смотреть вниз, задняя поверхность — вверх, а верхняя сторона должна быть направлена к вам. В этот момент акселерометр должен показывать значения x = 0,0; y = 0,0; z = 1,0.

4. И наконец, если еще раз повернуть устройство в том же направлении, чтобы экран был направлен к вам, верхняя сторона устройства — вверх и т. д., то акселерометр покажет исходные значения, с которых мы начали второй опыт.

Итак, можно сделать вывод, что при вращении устройства вокруг оси X изменяются значения по осям Y и Z, но не по оси X. Можете попробовать и третий тип вращения — по оси Y (она идет сверху вниз) — и посмотреть, как изменяются значения по осям X и Z.

Получать обновления от акселерометра можно двумя способами.

• Пользоваться методом экземпляра startAccelerometerUpdatesToQueue: withHandler:, относящимся к классу CMMotionManager. Этот метод будет доставлять обновления, поступающие от акселерометра, в рабочую очередь (здесь мы имеем дело с очередью типа NSOperationQueue). Для работы с ним нужно иметь базовое представление о блоках, которые активно используются при работе с Grand Central Dispatch (GCD). Подробнее о блоках рассказано в главе 7.

• Пользоваться методом экземпляра startAccelerometerUpdates, относящимся к классу CMMotionManager. Как только вы вызовете этот метод, акселерометр (при его наличии) начнет обновлять свои данные в объекте менеджера движений (Motion Manager). Нужно создать отдельный поток для непрерывного считывания значений свойства accelerometerData (типа CMAccelerometerData) класса CMMotionManager.

В этом разделе мы использовали первый подход (с применением блоковых объектов). Прежде чем продолжать работу с этим разделом, рекомендую внимательно изучить главу 7. Блок, который мы предоставляем методу экземпляра startAccelerometerUpdatesToQueue: withHandler:, относящемуся к классу CMMotionManager, должен быть объектом типа CMAccelerometerHandler:

typedef void (^CMAccelerometerHandler)

(CMAccelerometerData *accelerometerData, NSError *error);

Иными словами, блок должен принимать два параметра. Первый параметр должен относиться к типу CMAccelerometerData, второй — к типу NSError. Так мы и сделали в приведенном примере кода.

 

См. также

Раздел 18.1.

 

18.4. Обнаружение встряхивания устройства с iOS

 

Постановка задачи

Необходимо узнавать, когда пользователь встряхивает устройство с iOS.

 

Решение

Пользуйтесь методом motionEnded: withEvent:. Он может относиться к любому объекту вашего приложения, если этот объект принадлежит к типу UIResponder. Так, это могут быть контроллеры видов и даже объект основного окна.

 

Обсуждение

Метод motionEnded: withEvent: окна вашего приложения вызывается всякий раз, когда операционная система iOS фиксирует движение. Простейшая реализация этого метода такова:

— (void) motionEnded:(UIEventSubtype)motion

withEvent:(UIEvent *)event{

/* Обрабатываем движение. */

}

Как видите, параметр motion относится к типу UIEventSubtype. Тип UIEventSubtype имеет, в частности, значение UIEventSubtypeMotionShake, которое нас и интересует. Зарегистрировав такое событие, мы можем быть уверены в том, что пользователь встряхнул устройство.

Далее переходим к реализации контроллера вида и обрабатываем метод motionEnded: withEvent::

— (void) motionEnded:(UIEventSubtype)motion withEvent:(UIEvent *)event{

if (motion == UIEventSubtypeMotionShake){

UIAlertView *alert =

[[UIAlertView alloc] initWithTitle:@"Shake"

message:@"The device is shaken"

delegate: nil

cancelButtonTitle:@"OK" otherButtonTitles: nil];

[alert show];

}

}

Если теперь встряхнуть устройство или имитировать такое движение в эмуляторе iOS (см. введение к этой главе), в окне консоли мы увидим текст Detected a shake (Обнаружено встряхивание).

 

18.5. Получение данных гироскопа

 

Постановка задачи

Требуется получать информацию о движении устройства от гироскопа, установленного в устройстве с iOS.

 

Решение

Выполните следующие шаги.

1. Выясните, имеется ли в данном устройстве гироскоп. О том, как это делается, рассказано в разделе 18.2.

2. Если гироскоп в устройстве есть, проверьте, не посылает ли он уже уведомления. О том, как это делается, рассказано в разделе 18.2.

3. Воспользуйтесь методом экземпляра setGyroUpdateInterval:, относящимся к классу CMMotionManager, чтобы указать, сколько обновлений вы хотите получать в секунду. Например, если вы желаете получать 20 обновлений в секунду, задайте здесь значение 1.0/20.0.

4. Активизируйте метод экземпляра startGyroUpdatesToQueue: withHandler:, относящийся к классу CMMotionManager. Объект очереди может просто представлять собой главную операционную очередь (как мы увидим позже), а блок обработчика должен соответствовать формату CMGyroHandler.

Эти шаги реализуются в следующем коде:

— (BOOL) application:(UIApplication *)application

didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions{

CMMotionManager *manager = [[CMMotionManager alloc] init];

if ([manager isGyroAvailable]){

if ([manager isGyroActive] == NO){

[manager setGyroUpdateInterval:1.0f / 40.0f];

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

[manager

startGyroUpdatesToQueue: queue

withHandler: ^(CMGyroData *gyroData, NSError *error) {

NSLog(@"Gyro Rotation x = %.04f", gyroData.rotationRate.x);

NSLog(@"Gyro Rotation y = %.04f", gyroData.rotationRate.y);

NSLog(@"Gyro Rotation z = %.04f", gyroData.rotationRate.z);

}];

} else {

NSLog(@"Gyro is already active.");

}

} else {

NSLog(@"Gyro isn't available.");

}

self.window = [[UIWindow alloc] initWithFrame:

[[UIScreen mainScreen] bounds]];

self.window.backgroundColor = [UIColor whiteColor];

[self.window makeKeyAndVisible];

return YES;

}

 

Обсуждение

Класс CMMotionManager позволяет программисту получить от операционной системы iOS обновления данных гироскопа. Сначала нужно убедиться в том, что гироскоп имеется в том устройстве с iOS, где работает ваше приложение (подробнее об этом рассказано в разделе 18.2). Убедившись в этом, можно вызвать метод экземпляра setGyroUpdateInterval:, относящийся к классу CMMotionManager, чтобы задать количество обновлений, которые вы хотите получать от гироскопа в секунду. Например, если вам требуется N обновлений в секунду, задайте здесь значение 1.0/N.

Установив интервал обновлений, можно вызвать метод экземпляра startGyroUpdatesToQueue: withHandler:, относящийся к классу CMMotionManager, — так задается блок для обработки обновлений. О блоках подробнее рассказано в главе 7. Блоковый объект должен относиться к типу CMGyroHandler, принимающему два параметра.

• gyroData — данные, поступающие от гироскопа, заключены в объекте типа CMGyroData. Можно использовать свойство rotationRate класса CMGyroData (это структура) для получения доступа к значениям x, y и z. Эти значения представляют три эйлерова угла, называемых соответственно крен, тангаж и рыскание. Подробнее эти углы рассматриваются в работах по аэродинамике.

• error — ошибка типа NSError, которая может возникнуть, когда гироскоп посылает нам обновления.

Если вы не хотите работать с блоковыми объектами, нужно вызвать метод экземпляра startGyroUpdates, относящийся к классу CMMotionManager, — вместо метода экземпляра startGyroUpdatesToQueue: withHandler: того же класса, — а также создать специальный собственный поток. В этом потоке мы будем считывать обновления, поступающие от гироскопа и передаваемые свойству gyroData экземпляра используемого нами класса CMMotionManager.

 

См. также

Раздел 18.2.