位置センサー

Android プラットフォームには、デバイスの位置を決定できる 2 つのセンサー(地磁気センサーと加速度計)が用意されています。Android プラットフォームには、デバイスの表面と物体との距離を測るセンサー(近接センサー)も用意されています。地磁気センサーと近接センサーはハードウェア ベースです。ほとんどのスマートフォン メーカーやタブレット メーカーは、地磁気センサーを搭載しています。同様に、ハンドセット メーカーは通常、近接センサーを搭載して、ハンドセットがユーザーの顔の近くに置かれているかどうかを判別します(通話中など)。デバイスの向きを判断するには、デバイスの加速度計と地磁気センサーの測定値を使用できます。

注: 方向センサーは Android 2.2(API レベル 8)で非推奨になり、方向センサータイプは Android 4.4W(API レベル 20)で非推奨になりました。

位置センサーは、世界基準のフレームにおけるデバイスの物理的な位置を特定するのに役立ちます。たとえば、地磁気センサーを加速度計と組み合わせて使用すると、磁北極に対するデバイスの位置を特定できます。また、これらのセンサーを使用して、アプリの基準フレームにおけるデバイスの向きを判断することもできます。 通常、位置センサーは、デバイスの動きや動き(揺れ、傾斜、推力など)のモニタリングには使用されません(詳細については、モーション センサーをご覧ください)。

地磁気センサーと加速度計は、SensorEvent ごとにセンサー値の多次元配列を返します。たとえば、地磁気センサーは、単一のセンサー イベント中に 3 つの座標軸のそれぞれで地磁場強度の値を提供します。同様に、加速度計センサーは、センサー イベント中にデバイスに適用される加速度を測定します。センサーで使用される座標系の詳細については、 センサー座標系をご覧ください。近接センサーは、各センサー イベントに対して単一の値を提供します。表 1 は、Android プラットフォームでサポートされている位置センサーをまとめたものです。

表 1. Android プラットフォームでサポートされている位置センサー。

センサー センサー イベント データ 説明 測定単位
TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] x 軸に沿った回転ベクトルの成分(x × sin(角度/2))。 単位なし
SensorEvent.values[1] y 軸に沿った回転ベクトルの成分(y × sin(角度/2))。
SensorEvent.values[2] z 軸に沿った回転ベクトルの成分(z × sin(角度/2))。
TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR SensorEvent.values[0] x 軸に沿った回転ベクトルの成分(x × sin(角度/2))。 単位なし
SensorEvent.values[1] y 軸に沿った回転ベクトルの成分(y × sin(角度/2))。
SensorEvent.values[2] z 軸に沿った回転ベクトルの成分(z × sin(角度/2))。
TYPE_MAGNETIC_FIELD SensorEvent.values[0] x 軸に沿った地磁場強度。 μT
SensorEvent.values[1] y 軸に沿った地磁場強度。
SensorEvent.values[2] z 軸に沿った地磁場強度。
TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED SensorEvent.values[0] x 軸に沿った地磁場強度(ハードアイアン キャリブレーションなし)。 μT
SensorEvent.values[1] Y 軸に沿った地磁場強度(ハードアイアン キャリブレーションなし)。
SensorEvent.values[2] z 軸に沿った地磁場強度(ハードアイアン キャリブレーションなし)。
SensorEvent.values[3] X 軸に沿った鉄バイアスの推定。
SensorEvent.values[4] Y 軸に沿った鉄バイアスの推定。
SensorEvent.values[5] Z 軸に沿った鉄バイアスの推定。
TYPE_ORIENTATION1 SensorEvent.values[0] 方位角(Z 軸を中心とした角度)。 度数
SensorEvent.values[1] ピッチ(X 軸を中心とした角度)。
SensorEvent.values[2] ロール(Y 軸を中心とした角度)。
TYPE_PROXIMITY SensorEvent.values[0] 対象物からの距離2 cm

1 このセンサーは Android 2.2(API レベル 8)でサポートが終了し、Android 4.4W(API レベル 20)でサポートが終了しました。センサー フレームワークには、デバイスの向きを取得する別の方法が用意されています。これについては、デバイスの向きを計算するをご覧ください。

2 一部の近接センサーは、近と遠を表すバイナリ値のみを提供します。

ゲームの回転ベクトル センサーを使用する

ゲームの回転ベクトル センサーは、回転ベクトル センサーと同じですが、地磁場を使用しない点で異なります。したがって、Y 軸は北を指しているのではなく、他の基準を指しています。この参照は、ジャイロスコープが Z 軸を中心としてドリフトするのと同じ桁数だけドリフトできます。

ゲーム回転ベクトル センサーは磁場を使用しないため、相対回転がより正確になり、磁場の変化の影響を受けません。このセンサーは、北の位置が重要ではなく、法線の回転ベクトルが磁場に依存しているためニーズに合わない場合に、このセンサーを使用します。

次のコードは、デフォルトのゲーム回転ベクトル センサーのインスタンスを取得する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GAME_ROTATION_VECTOR);

地磁気回転ベクトル センサーを使用する

地磁気回転ベクトル センサーは回転ベクトル センサーと似ていますが、ジャイロスコープを使用しません。このセンサーの精度は通常の回転ベクトル センサーよりも低くなりますが、消費電力は削減されます。このセンサーは、バッテリーの使用量を抑えながらバックグラウンドで回転情報を収集する場合にのみ使用します。このセンサーは、バッチ処理と組み合わせて使用すると非常に便利です。

次のコードは、デフォルトの地磁気回転ベクトル センサーのインスタンスを取得する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_GEOMAGNETIC_ROTATION_VECTOR);

デバイスの向きを計算する

デバイスの向きを計算することで、地球の基準座標系(具体的には磁気の北極)に対するデバイスの位置をモニタリングできます。次のコードは、デバイスの向きを計算する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
val rotationMatrix = FloatArray(9)
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null, accelerometerReading, magnetometerReading)

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
val orientationAngles = FloatArray(3)
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles)

Java

private SensorManager sensorManager;
...
// Rotation matrix based on current readings from accelerometer and magnetometer.
final float[] rotationMatrix = new float[9];
SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
    accelerometerReading, magnetometerReading);

// Express the updated rotation matrix as three orientation angles.
final float[] orientationAngles = new float[3];
SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles);

システムは、デバイスの地磁場センサーとデバイスの加速度計を組み合わせて使用して、方位角を計算します。システムはこれら 2 つのハードウェア センサーを使用して、次の 3 つの方位角のデータを提供します。

  • 方位角(-z 軸を中心とした回転角度)。デバイスの現在のコンパスの方向と磁北がなす角度です。 デバイスの上端が磁北を向いている場合、方位角は 0 度です。上端が南を向いている場合、方位角は 180 度です。同様に、上端が東を向いている場合は方位角は 90 度、上端が西を向いている場合は方位角は 270 度です。
  • ピッチ(X 軸を中心とした回転角度)。これは、デバイスの画面に平行な面と地面と平行な面がなす角度です。デバイスを地面と平行にして下端を地面に近づけ、上端を地面に向けて傾けると、ピッチ角が正になります。反対方向に傾ける(デバイスの上端を地面から離す)と、ピッチ角が負になります。値の範囲は -90 ~ 90 度です。
  • ロール(Y 軸を中心とした回転角度)。これは、デバイスの画面に垂直な面と地面に垂直な面がなす角度です。下端を自分のほうに持ってデバイスを地面と平行にして持ち、デバイスの左端を地面に向けて傾けると、ロール角が正になります。反対方向に傾ける(デバイスの右端を地面に向かって動かす)と、ロール角度は負になります。値の範囲は -180 ~ 180 度です。

注: センサーの回転の定義は、ジオセンサー エコシステムの実装の大部分を反映するように変更されました。

これらの角度は、航空業界で使用されるもの(ヨー、ピッチ、ロール)とは異なる座標系で機能します。航空システムでは、x 軸は機体の長辺に沿っており、尾から機首までです。

方向センサーは、加速度計と地磁気センサーからの未加工のセンサーデータを処理してデータを取得します。大量の処理が行われるため、方向センサーの精度と精度が低下します。具体的には、このセンサーはロール角度が 0 の場合にのみ信頼できます。そのため、方向センサーは Android 2.2(API レベル 8)で非推奨になり、方向センサータイプは Android 4.4W(API レベル 20)で非推奨になりました。 方向センサーの元データを使用する代わりに、次のコードサンプルに示すように、getRotationMatrix() メソッドを getOrientation() メソッドと組み合わせて使用することをおすすめします。このプロセスの一環として、remapCoordinateSystem() メソッドを使用して、画面の向きの値をアプリの参照フレームに変換できます。

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private val accelerometerReading = FloatArray(3)
    private val magnetometerReading = FloatArray(3)

    private val rotationMatrix = FloatArray(9)
    private val orientationAngles = FloatArray(3)

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    override fun onResume() {
        super.onResume()

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER)?.also { accelerometer ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    accelerometer,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
        sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)?.also { magneticField ->
            sensorManager.registerListener(
                    this,
                    magneticField,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_UI
            )
        }
    }

    override fun onPause() {
        super.onPause()

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
            System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading, 0, accelerometerReading.size)
        } else if (event.sensor.type == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading, 0, magnetometerReading.size)
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    fun updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(
                rotationMatrix,
                null,
                accelerometerReading,
                magnetometerReading
        )

        // "rotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles)

        // "orientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {

    private SensorManager sensorManager;
    private final float[] accelerometerReading = new float[3];
    private final float[] magnetometerReading = new float[3];

    private final float[] rotationMatrix = new float[9];
    private final float[] orientationAngles = new float[3];

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
        // You must implement this callback in your code.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();

        // Get updates from the accelerometer and magnetometer at a constant rate.
        // To make batch operations more efficient and reduce power consumption,
        // provide support for delaying updates to the application.
        //
        // In this example, the sensor reporting delay is small enough such that
        // the application receives an update before the system checks the sensor
        // readings again.
        Sensor accelerometer = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);
        if (accelerometer != null) {
            sensorManager.registerListener(this, accelerometer,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
        Sensor magneticField = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);
        if (magneticField != null) {
            sensorManager.registerListener(this, magneticField,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
        }
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();

        // Don't receive any more updates from either sensor.
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }

    // Get readings from accelerometer and magnetometer. To simplify calculations,
    // consider storing these readings as unit vectors.
    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
          System.arraycopy(event.values, 0, accelerometerReading,
              0, accelerometerReading.length);
        } else if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD) {
            System.arraycopy(event.values, 0, magnetometerReading,
                0, magnetometerReading.length);
        }
    }

    // Compute the three orientation angles based on the most recent readings from
    // the device's accelerometer and magnetometer.
    public void updateOrientationAngles() {
        // Update rotation matrix, which is needed to update orientation angles.
        SensorManager.getRotationMatrix(rotationMatrix, null,
            accelerometerReading, magnetometerReading);

        // "rotationMatrix" now has up-to-date information.

        SensorManager.getOrientation(rotationMatrix, orientationAngles);

        // "orientationAngles" now has up-to-date information.
    }
}

通常、センサーの座標系をアプリの基準フレームに変換する以外に、デバイスの未加工の向き角度のデータ処理やフィルタリングを行う必要はありません。

地磁気センサーを使用する

地磁気センサーを使用すると、地球の磁場の変化をモニタリングできます。次のコードは、デフォルトの地磁場センサーのインスタンスを取得する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD);

注: Android 12(API レベル 31)以降をターゲットとするアプリの場合、このセンサーにはレート制限があります。

このセンサーは、3 つの座標軸それぞれについて、未加工の電界強度データ(μT 単位)を提供します。通常、このセンサーを直接使用する必要はありません。代わりに、回転ベクトル センサーを使用して未加工の回転運動を決定できます。また、加速度計と地磁場センサーを getRotationMatrix() メソッドと組み合わせて使用することで、回転行列と傾斜行列を取得できます。これらの行列を getOrientation() メソッドと getInclination() メソッドで使用して、方位角と地磁気の傾きデータを取得できます。

注: アプリをテストする際、デバイスを 8 の字の形に振ることでセンサーの精度を改善できます。

未調整の磁力計を使用する

未調整の磁力計は、磁場に対して硬鉄の調整が適用されていない点を除き、地磁場センサーと似ています。工場でのキャリブレーションと温度補正は、磁場に対して引き続き適用されます。未調整の磁力計は、不適切な硬質鉄の推定を処理するのに有用です。一般に、geomagneticsensor_event.values[0]uncalibrated_magnetometer_event.values[0] - uncalibrated_magnetometer_event.values[3] に近い値になります。つまり、

calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x

注: 未調整のセンサーでは、未加工の結果が多くなり、バイアスが含まれることがありますが、測定値では、調整によって適用された補正からの変動が少なくなります。アプリケーションによっては、こうした未調整の結果をよりスムーズで信頼性の高いものとして好むことがあります。たとえば、アプリケーションが独自のセンサー フュージョンを実施しようとしている場合、調整を導入すると、実際に結果に歪みが生じる可能性があります。

未調整の磁力計は、磁場に加えて、各軸の推定ハードアイアン バイアスも出力します。次のコードは、デフォルトの未調整の磁力計のインスタンスを取得する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD_UNCALIBRATED);

近接センサーを使用する

近接センサーにより、デバイスから物体までの距離を判断できます。次のコードは、デフォルトの近接センサーのインスタンスを取得する方法を示しています。

Kotlin

private lateinit var sensorManager: SensorManager
private var sensor: Sensor? = null
...
sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)

Java

private SensorManager sensorManager;
private Sensor sensor;
...
sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
sensor = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);

近接センサーは通常、ユーザーの頭とハンドセット デバイスの顔の距離を測定するために使用されます(電話の発着信時など)。ほとんどの近接センサーは絶対距離(cm 単位)を返しますが、近接センサーと遠距離センサーのみを返すものもあります。

注: デバイスモデルによっては、近接センサーが画面の下に配置されているため、画面がオンのときにドットが点滅することがあります。

次のコードは、近接センサーの使用方法を示しています。

Kotlin

class SensorActivity : Activity(), SensorEventListener {

    private lateinit var sensorManager: SensorManager
    private var proximity: Sensor? = null

    public override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        setContentView(R.layout.main)

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE) as SensorManager
        proximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY)
    }

    override fun onAccuracyChanged(sensor: Sensor, accuracy: Int) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    override fun onSensorChanged(event: SensorEvent) {
        val distance = event.values[0]
        // Do something with this sensor data.
    }

    override fun onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume()

        proximity?.also { proximity ->
            sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL)
        }
    }

    override fun onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause()
        sensorManager.unregisterListener(this)
    }
}

Java

public class SensorActivity extends Activity implements SensorEventListener {
    private SensorManager sensorManager;
    private Sensor proximity;

    @Override
    public final void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.main);

        // Get an instance of the sensor service, and use that to get an instance of
        // a particular sensor.
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);
        proximity = sensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_PROXIMITY);
    }

    @Override
    public final void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {
        // Do something here if sensor accuracy changes.
    }

    @Override
    public final void onSensorChanged(SensorEvent event) {
        float distance = event.values[0];
        // Do something with this sensor data.
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        // Register a listener for the sensor.
        super.onResume();
        sensorManager.registerListener(this, proximity, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
      }

    @Override
    protected void onPause() {
        // Be sure to unregister the sensor when the activity pauses.
        super.onPause();
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }
}

注: 一部の近接センサーは、「近」または「遠」を表すバイナリ値を返します。この場合、センサーは通常、遠い状態では最大範囲値をレポートし、ニア状態ではそれより小さい値をレポートします。通常、far の値は 5 cm を超える値ですが、センサーごとに異なる場合があります。センサーの最大範囲を特定するには、getMaximumRange() メソッドを使用します。

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