Реалізація Core Motion (акселерометр, гіроскоп) в iOS-застосунку

Реалізація Core Motion (акселерометр, гіроскоп) в iOS-додатку

CoreMotion — єдина точка входу до інерціальних датчиків iPhone та iPad: акселерометр, гіроскоп, магнітометр, барометр, Motion Coprocessor. Прямий доступ до сирих даних зі 100 Гц плюс оброблені дані Device Motion з корекцією гравітації та фільтрацією дрейфу гіроскопа. Більшість завдань розв'язуються на рівні Device Motion — не потрібно реалізовувати фільтри Madgwick або Mahony вручну.

CMMotionManager: один екземпляр на додаток

Це не рекомендація — це вимога. Кілька екземплярів CMMotionManager у різних частинах додатку призводять до конфлікту оновлень та непередбачуваної поведінки. Стандартне рішення — singleton через DI-контейнер або статичну властивість:

final class MotionManager {
    static let shared = MotionManager()
    let motion = CMMotionManager()
    private init() {}
}

Device Motion проти Raw Accelerometer

Raw Accelerometer (startAccelerometerUpdates) — повне прискорення: сума гравітації та лінійного прискорення від руху. На iPhone в спокої на столі: (x: 0, y: 0, z: -1) приблизно — це g ≈ 9.81 м/с² по осі Z. При нахилі — проекція гравітації змінюється по всіх осях.

Device Motion (startDeviceMotionUpdates) — прискорення вже без гравітації (userAcceleration), плюс attitude (орієнтація в просторі: pitch, roll, yaw), плюс rotationRate з корекцією дрейфу.

let manager = MotionManager.shared.motion
manager.deviceMotionUpdateInterval = 1.0 / 60.0 // 60 Гц

manager.startDeviceMotionUpdates(
    using: .xMagneticNorthZVertical,
    to: .main
) { [weak self] motion, error in
    guard let motion = motion else { return }

    let pitch = motion.attitude.pitch  // нахил вперед/назад (радіани)
    let roll = motion.attitude.roll    // нахил вліво/вправо
    let yaw = motion.attitude.yaw      // поворот навколо вертикальної осі

    let accel = motion.userAcceleration  // лінійне прискорення без гравітації
    let rotation = motion.rotationRate   // кутова швидкість рад/с
}

CMAttitudeReferenceFrame.xMagneticNorthZVertical — орієнтація відносно магнітного північного полюса, Z вгору. Для ігрових додатків та AR — правильний вибір. Для простої детекції жестів — xArbitraryZVertical (без магнітометра, менша споживання).

Практичні застосування

Детекція жестів

Shake gesture вбудований в UIKit, але обмежений. Для користувацьких жестів — аналіз userAcceleration. Паттерн струсу: піки прискорення > 2.5g з чергуванням знаків на одній осі за < 500 мс.

var accelerationHistory: [Double] = []

// В обробнику device motion:
let magnitude = sqrt(
    pow(motion.userAcceleration.x, 2) +
    pow(motion.userAcceleration.y, 2) +
    pow(motion.userAcceleration.z, 2)
)

accelerationHistory.append(magnitude)
if accelerationHistory.count > 30 { accelerationHistory.removeFirst() }

let peakCount = accelerationHistory.filter { $0 > 2.5 }.count
if peakCount >= 3 {
    triggerShakeAction()
    accelerationHistory.removeAll()
}

Визначення орієнтації та нахилу

Для додатків-рівнів, AR-розмітки, управління камерою: attitude.pitch та attitude.roll достатньо точні (похибка < 1° у стаціонарних умовах).

Педометрія без CMPedometer

На пристроях без підтримки CMPedometer (iPod Touch без Motion Coprocessor) — детекція кроків з акселерометра. Алгоритм: low-pass фільтр на userAcceleration.y, детекція піків > 0.2g з мінімальним інтервалом 300 мс.

CMAltimeter: барометрична висота

CMAltimeter — окремий клас для барометра:

let altimeter = CMAltimeter()

guard CMAltimeter.isRelativeAltitudeAvailable() else { return }

altimeter.startRelativeAltitudeUpdates(to: .main) { data, error in
    guard let data = data else { return }
    let relativeAltitude = data.relativeAltitude.doubleValue // метри від старту
    let pressure = data.pressure.doubleValue // кПа
}

relativeAltitude — зміна висоти від моменту старту оновлень, не абсолютна висота над рівнем моря. Точність: ±0.1 м у стабільних погодних умовах. Використовується для розрахунку поверхів у CMPedometer.floorsAscended та для фітнес-додатків (набір/втрата висоти на маршруті).

Керування частотою та батарею

Не триматимути датчики активними без необхідності: stopDeviceMotionUpdates() у viewDidDisappear або при переході у фон (якщо дані у фоні не потрібні).

Терміни

Інтеграція базових датчиків (акселерометр, гіроскоп, attitude) з конкретним прикладним сценарієм — 3–7 робочих днів. Складні алгоритми обробки сигналів (детекція активностей, жестів, педометрія) — 2–4 тижні.