关于Android 传感器坐标与读数的进一步讨论
关于Android 传感器坐标与读数的进一步讨论
之前一些相关的讨论见：
Android Sensors (5) 运动传感器 Motion Sensors
Android Sensors (6) 位置传感器 Position Sensors
传感器分类
总体来说，传感器分为运动传感器和位置传感器两种。（此处忽略了一些温度、光照等环境传感器）。
运动传感器用来监测设备的运动，比如倾斜、震动和摇摆。运动传感器包括：加速度计、陀螺仪、重力感应器、线性加速度计、旋转向量传感器。
位置传感器用来监测设备的位置，即相对于世界坐标系的位置。包括地磁场传感器、接近传感器和方向传感器。
（方向传感器是基于软件的，根据加速度计和地磁场传感器导出）。
可以看出，手机的上述传感器读数，需要涉及到两个坐标系，一个是相对于手机自身，一个是相对于世界位置。
上面很多传感器是测量手机自身姿态的，那么它们读出的数是相对于手机坐标系的；
另一些传感器和方法，目的是测量手机在世界坐标系中的位置，那么它们的读数就是相对于世界坐标系的。
手机的自然坐标系
当一个设备被放在其默认的方向上时，X轴是水平指向右的，Y轴是垂直向上的，Z轴是指向屏幕正面之外的，即屏幕背面是Z的负值。
当设备运动或者旋转的时候，这些坐标轴是不会改变的，即它们是跟随手机的。
即是说，手机坐标系是跟随设备的自然方向的（但是请记住自然方向不一定是竖直，比如平板它的自然方向就很有可能是横向）。
使用这个坐标系的传感器：
即是说它们的度数显示了在手机的这三个轴上的数字大小。
屏幕旋转
常常要考虑屏幕的旋转，即屏幕画面相对于自然方向的旋转。
于是就需要使用 getRotation()方法来获取屏幕的旋转值。
这个方法是Display类中的，跟传感器不相关。
这个方法的返回值只对应0，90,180,270四种旋转情况，它说明屏幕显示区域的旋转情况。
世界坐标系
有一些传感器和方法使用相对于世界的坐标系，因为它们返回的数据反映设备相对于地球及真实环境的位置信息。
请见getOrientation() 方法，getRotationMatrix() 方法，Orientation Sensor, 和 Rotation Vector Sensor。下面各自介绍。
getRotationMatrix()
getRotationMatrix()方法说明中，定义的世界坐标系如下：
X轴平行于地面，指向东方。
Y轴平行于地面，指向北极方向。
Z轴垂直于地面，指向天空。
getOrientation()
getOrientation() 方法中所用的坐标系与上面的不同：
X轴平行于地面，指向西方；
Y轴平行于地面，指向地磁场北极。
Z轴垂直于地面，指向地心。
getOrientation方法的返回值表示：
values[0]: azimuth, rotation around the Z axis.
values[1]: pitch, rotation around the X axis.
values[2]: roll, rotation around the Y axis.
并且这三个角度值都是以弧度做单位，逆时针方向为正。
方向传感器的返回值说明
方向传感器是利用加速度计和地磁场传感器得到自己的数据。
方向传感器比较特殊，因为它的数值是相对于绝对方向的。它得到的是手机设备的绝对姿态值。
一个方向传感器得到的三维数据如下：
（参见http://developer.android.com/guide/topics/sensors/sensors_position.html#sensors-pos-orient）
方向传感器返回的都是角度值，以度数为单位。
注意下面说的x、y、z轴均是手机自身的坐标轴。
第一个角度：Azimuth (degrees of rotation around the z axis).
表示手机自身的y轴与地磁场北极方向的角度，即手机顶部朝向与正北方向的角度。
（This is the angle between magnetic north and the device's y axis. ）
当手机绕着自身的z轴旋转时，该角度值将发生改变。
例如该角度值为0时，表示手机顶部指向正北；该角度为90度时，代表手机顶部指向正东；该角度为180度时，代表手机顶部指向正南；该角度为270度时，代表手机顶部指向正西。
第二个角度：Pitch (degrees of rotation around the x axis).
表示手机顶部或尾部翘起的角度。
当手机绕着自身的x轴旋转，该角度会发生变化，值的范围是-180到180度。
当z轴正向朝着y轴正向旋转时，该角度是正值；当z轴正向朝着y轴负向旋转时，该角度是负值。
假设将手机屏幕朝上水平放在桌子上，如果桌子是完全水平的，该角度应该是0。
假如从手机顶部抬起，直到将手机沿x轴旋转180度（屏幕向下水平放在桌面上），这个过程中，该角度值会从0变化到-180。
如果从手机底部开始抬起，直到将手机沿x轴旋转180度（屏幕向下水平放在桌面上），该角度的值会从0变化到180。
第三个角度：Roll (degrees of rotation around the y axis).
表示手机左侧或右侧翘起的角度。
当手机绕着自身x轴旋转时，该角度值将会发生变化，取值范围是-90到90度。
当z轴正向朝着x轴正向旋转时，该角度是负值；
当z轴正向朝着x轴负向旋转时，该角度是正值。
（这里跟官方文档的说法有点不太一致，即第三个角度的正负号正好相反，我不知道是文档写错了，还是它用了别的什么坐标系）。
因为通过真机测试，结果如下：
将手机屏幕朝上水平放在桌子上，如果桌子是完全水平的，该角度应该是0。
假如将手机左侧逐渐抬起，直到将手机沿Y轴旋转90度（手机与桌面垂直），在这个旋转过程中，该角度会从0变化到-90。
如果从手机的右侧开始抬起，直到将手机沿Y轴旋转90度（手机与桌面垂直），该角度的值会从0变化到90度。
其他说明：
由于需要计算，所以方向传感器的准确度和精度都会受到影响。
官方文档上说，只有当第三个roll的角度值为0的时候得到的值比较可靠。
specifically, this sensor is only reliable when the roll component is 0。
所以从Android 2.2 (API level 8)开始，不建议使用方向传感器。
建议使用 getRotationMatrix()和getOrientation() 结合来计算方向值。
也可以利用 remapCoordinateSystem()方法来进行一些方向值向其他坐标系的转换。
