Localizzazione fine. Accelerometro e giroscopio. Università di Napoli Federico II

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Claudio Bassi
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1 Localizzazione fine Accelerometro e giroscopio

2 Sensori comuni Accelerometro: misura l accelerazione* Giroscopio: misura la velocità angolare Magnetometro: misura l intensità del campo magnetico terrestre, in varie direzioni *compresa la gravità

3 Le tecnologie

4 MEMS Micro-electromechanical systems Circuito integrato con parti mobili

5 Schema di accelerometro supporto fisso massa mobile

6 Schema di accelerometro MEMS

7 Foto SEM di accelerometro MEMS SEM = Microscopio Elettronico a Scansione

8 Giroscopio classico massa rotante tende a conservare il momento angolare

9 Giroscopio MEMS The main principle of MEMS gyroscopes is the transfer of energy between two modes of vibration, the drive and the sense modes, through the Coriolis acceleration.

10 Foto SEM di giroscopio MEMS

11 Device immobile Accelerometro: misura la gravità indica l orientamento rispetto alla terra Giroscopio: misura zero

12 Device in caduta libera Accelerometro: misura zero su tutti gli assi Giroscopio: misura eventuali rotazioni

13 Esempio Bosch BMI160 (Arduino 101) accelerometro 3 assi + giroscopio 3 assi costo: 3 euro (x100) risoluzione: 16 bit range accelerometro: 2, 4, 8, 16g range giroscopio: 125, 250, 500, 1000, 2000 /s consumo: 1mA (una pila stilo ha 1Ah)

14 Di cosa abbiamo bisogno? Conoscere accelerazione attuale Conoscere rotazione (velocità angolare) attuale Nota: inutile accumulare questi eventi perché hanno frequenza inferiore al frame rate del gioco

15 localizzazione fine in Android

16 Direzioni

17 Android e i sensori L activity ha un sensor manager: SensorManager manager = (SensorManager) myactivity.getsystemservice(context.sensor_service); Per ogni tipo di sensore, il sensor manager ha una lista di sensori: List<Sensor> list = manager.getsensorlist(sensor.type_accelerometer); Altri tipi: TYPE_GYROSCOPE, TYPE_MAGNETIC_FIELD, TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE, TYPE_HEART_RATE, TYPE_LIGHT, etc.

18 Ricevere segnali dai sensori Il sensor manager permette di registrare osservatori per un sensore: Sensor accelerometer = manager.getdefaultsensor(sensor.type_accelerometer); manager.registerlistener(mylistener, accelerometer, SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME); Si deve specificare un periodo di campionamento (ma è solo un suggerimento per l OS) Possibili periodi: SENSOR_DELAY_NORMAL, SENSOR_DELAY_UI, SENSOR_DELAY_GAME, SENSOR_DELAY_FASTEST

19 L interfaccia per gli osservatori interface Sensor Event Listener: void onsensorchanged(sensorevent event) void onaccuracychanged(sensor sensor, int accuracy)

20 La classe per gli eventi dei sensori class SensorEvent: tempo in nanosecondi public long timestamp; public final float[] values; dati dal sensore

21 Dati dei sensori accelerometro (m/s2) giroscopio (radianti/s) values[0] accelerazione x rotazione intorno a x values[1] accelerazione y rotazione intorno a y values[2] accelerazione z rotazione intorno a z

22 Sensori virtuali Dati ricavati analizzando quelli reali (sensor fusion, da Android 2.3) TYPE_LINEAR_ACCELERATION accelerazioni esclusa la gravità TYPE_GRAVITY solo la gravità TYPE_ROTATION_VECTOR orientamento basato su giroscopio (quaternione) TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR orientamento basato su geomagnetometro

23 Determinare l orientamento In termini di 3 angoli: azimuth, pitch e roll float[] rotation = new float[9], orientation = new float[3]; dati da accelerometro (TYPE_ACCELEROMETER) SensorManager.getRotationMatrix(rotation, null, gravity, geomagnetic); dati da geomagnetometro (TYPE_MAGNETIC_FIELD) SensorManager.getOrientation(rotation, orientation); orientation contiene i tre angoli desiderati

24 Sensori e ciclo di vita Gli osservatori ricevono eventi dai sensori anche durante le pause (paused e stopped) onpause: rimuovere gli osservatori sensormanager.unregisterlistener(listener) onresume: registrare gli osservatori sensormanager.registerlistener(listener, sensor, delay)

25 demo

26 Approfondimenti Beginning Android Games, capitolo 4 Documentazione Android Seminario Google su sensor fusion (2010): link Bosch BMI160 spec sheet

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