Sensores de posição

A plataforma Android oferece dois sensores que permitem determinar a posição de um dispositivo: o sensor de campo geomagnético e o acelerômetro. A plataforma Android também oferece um sensor que permite determinar a proximidade do mostrador de um dispositivo a um objeto (conhecido como sensor de proximidade). Os sensores de campo geomagnético e de proximidade são baseados em hardware. A maioria dos fabricantes de celulares e tablets inclui um sensor de campo geomagnético. Da mesma forma, os fabricantes de celulares geralmente incluem um sensor de proximidade para determinar quando um dispositivo é mantido próximo ao rosto do usuário (por exemplo, durante uma chamada telefônica). Para determinar a orientação de um dispositivo, você pode usar as leituras do acelerômetro do dispositivo e do sensor de campo geomagnético.

Observação:o uso do sensor de orientação foi descontinuado no Android 2.2 (API de nível 8), e o tipo de sensor de orientação foi descontinuado no Android 4.4W (API de nível 20).

Os sensores de posição são úteis para determinar a posição física de um dispositivo no quadro de referência mundial. Por exemplo, você pode usar o sensor de campo geomagnético em combinação com o acelerômetro para determinar a posição de um dispositivo em relação ao polo norte magnético. Você também pode usar esses sensores para determinar a orientação de um dispositivo no frame de referência do aplicativo. Normalmente, os sensores de posição não são usados para monitorar o movimento do dispositivo, como trepidação, inclinação ou impulso. Para mais informações, consulte Sensores de movimento.

O sensor de campo geomagnético e o acelerômetro retornam matrizes multidimensionais de valores do sensor para cada SensorEvent. Por exemplo, o sensor de campo geomagnético fornece valores de intensidade para cada um dos três eixos de coordenadas durante um único evento. Da mesma forma, o sensor do acelerômetro mede a aceleração aplicada ao dispositivo durante um evento do sensor. Para mais informações sobre os sistemas de coordenadas usados pelos sensores, consulte Sistemas de coordenadas do sensor. O sensor de proximidade fornece um valor único para cada evento do sensor. A Tabela 1 resume os sensores de posição compatíveis com a plataforma Android.

Tabela 1. Sensores de posição compatíveis com a plataforma Android.

¹Esse sensor foi descontinuado no Android 2.2 (API de nível 8), e esse tipo de sensor foi descontinuado no Android 4.4W (API de nível 20). O framework do sensor oferece métodos alternativos para adquirir a orientação do dispositivo, que são discutidos em Calcular a orientação do dispositivo.

² Alguns sensores de proximidade oferecem apenas valores binários que representam perto e longe.

Usar o sensor vetorial de rotação para jogos

O sensor vetorial de rotação para jogos é idêntico ao sensor vetor de rotação, exceto por não usar o campo geomagnético. Portanto, o eixo Y não aponta para o norte, mas para outra referência. Essa referência pode se deslocar na mesma ordem de magnitude que o giroscópio em torno do eixo Z.

Como o sensor vetorial de rotação do jogo não usa o campo magnético, as rotações relativas são mais precisas e não são afetadas por mudanças no campo magnético. Use esse sensor em um jogo se não se importa a localização do norte e o vetor de rotação normal não atender às suas necessidades devido à dependência do campo magnético.

O código a seguir mostra como ter uma instância do sensor vetorial de rotação padrão para jogos:

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)

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

Usar o sensor vetorial de rotação geomagnética

O sensor vetorial de rotação geomagnética é semelhante ao sensor vetorial de rotação, mas não usa o giroscópio. A precisão desse sensor é menor do que o sensor vetorial de rotação normal, mas o consumo de energia é reduzido. Use esse sensor apenas se quiser coletar informações de rotação em segundo plano sem consumir muita bateria. Esse sensor é mais útil quando usado em conjunto com lotes.

O código a seguir mostra como ter uma instância do sensor vetorial de rotação geomagnética padrão:

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)

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

Calcular a orientação do dispositivo

Ao calcular a orientação de um dispositivo, você pode monitorar a posição dele em relação ao frame de referência da Terra (especificamente, o polo norte magnético). O código a seguir mostra como calcular a orientação de um dispositivo:

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)

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);

O sistema calcula os ângulos de orientação usando o sensor de campo geomagnético do dispositivo em combinação com o acelerômetro do dispositivo. Ao usar esses dois sensores de hardware, o sistema fornece dados para os três ângulos de orientação a seguir:

• Azimute (graus de rotação em torno do eixo -z). Esse é o ângulo entre a direção atual da bússola do dispositivo e o norte magnético. Se a borda superior do dispositivo estiver voltada para o norte magnético, o azimute será de 0 graus. Se a borda superior estiver voltada para o sul, o azimute será de 180 graus. Da mesma forma, se a borda superior estiver voltada para o leste, o azimute será de 90 graus, e se a borda superior estiver voltada para o oeste, o azimute será de 270 graus.
• Inclinação (graus de rotação em torno do eixo X). Esse é o ângulo entre um plano paralelo à tela do dispositivo e um plano paralelo ao solo. Se você segurar o dispositivo paralelamente ao solo com o canto inferior mais próximo de você e inclinar o canto superior em direção ao solo, o ângulo de inclinação será positivo. Inclinar o dispositivo na direção oposta, afastando o canto superior do chão, faz com que o ângulo de inclinação se torne negativo. O intervalo de valores é de -90 a 90 graus.
• Rolagem (graus de rotação em torno do eixo Y). Esse é o ângulo entre um plano perpendicular à tela do dispositivo e um plano perpendicular ao solo. Se você segurar o dispositivo paralelamente ao solo com a borda inferior mais próxima de você e inclinar o canto esquerdo do dispositivo em direção ao solo, o ângulo de rolagem será positivo. A inclinação na direção oposta (movimento da borda direita do dispositivo em direção ao solo) faz com que o ângulo de rolagem se torne negativo. O intervalo de valores é de -180 a 180 graus.

Observação:a definição de rolagem do sensor mudou para refletir a grande maioria das implementações no ecossistema do geossensor.

Esses ângulos funcionam com um sistema de coordenadas diferente daquele usado na aviação (para guinada, inclinação e rolagem). No sistema de aviação, o eixo x está ao longo do lado mais longo do avião, da cauda ao nariz.

O sensor de orientação deriva os dados processando os dados brutos do sensor do acelerômetro e do sensor de campo geomagnético. Devido ao processamento pesado envolvido, a precisão do sensor de orientação é reduzida. Especificamente, esse sensor só é confiável quando o ângulo de rolagem é 0. Como resultado, o uso do sensor de orientação foi descontinuado no Android 2.2 (API de nível 8), e o tipo dele foi descontinuado no Android 4.4W (API de nível 20). Em vez de usar dados brutos do sensor de orientação, recomendamos usar o método getRotationMatrix() com o método getOrientation() para calcular os valores de orientação, conforme mostrado no exemplo de código a seguir. Como parte desse processo, é possível usar o método remapCoordinateSystem() para traduzir os valores de orientação para o frame de referência do aplicativo.

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.
    }
}

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.
    }
}

Geralmente, não é necessário realizar nenhum processamento de dados ou filtragem dos ângulos brutos de orientação do dispositivo, a não ser traduzir o sistema de coordenadas do sensor para o frame de referência do aplicativo.

Usar o sensor de campo geomagnético

O sensor de campo geomagnético permite monitorar mudanças no campo magnético da Terra. O código a seguir mostra como ter uma instância do sensor de campo geomagnético padrão:

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

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

Observação : se o app for direcionado ao Android 12 (nível 31 da API) ou versões mais recentes, esse sensor terá limitação de taxa.

Este sensor fornece dados brutos de intensidade do campo (em μT) para cada um dos três eixos de coordenadas. Normalmente, não é preciso usar esse sensor diretamente. Em vez disso, é possível usar o sensor de vetor de rotação para determinar o movimento rotacional bruto ou usar o acelerômetro e o sensor de campo geomagnético com o método getRotationMatrix() para ter a matriz de rotação e de inclinação. Você pode usar essas matrizes com os métodos getOrientation() e getInclination() para conseguir dados de azimute e inclinação geomagnética.

Observação : ao testar seu app, você pode melhorar a precisão do sensor balançando o dispositivo em um padrão em forma de 8.

Usar o magnetômetro sem calibração

O magnetômetro não calibrado é semelhante ao sensor de campo geomagnético, exceto pelo fato de nenhuma calibração de ferro duro é aplicada ao campo magnético. A calibração de fábrica e a compensação de temperatura ainda são aplicadas ao campo magnético. O magnetômetro sem calibração é útil para lidar com estimativas ruins de ferro duro. Em geral, geomagneticsensor_event.values[0] estará próximo de uncalibrated_magnetometer_event.values[0] - uncalibrated_magnetometer_event.values[3]. Ou seja,

calibrated_x ~= uncalibrated_x - bias_estimate_x

Observação:sensores não calibrados fornecem resultados mais brutos e podem incluir alguns vieses, mas as medições deles contêm menos saltos de correções aplicadas pela calibragem. Alguns apps podem preferir esses resultados não calibrados por serem mais suaves e confiáveis. Por exemplo, se um aplicativo está tentando conduzir a própria fusão do sensor, a introdução de calibrações pode distorcer os resultados.

Além do campo magnético, o magnetômetro não calibrado também fornece a viés estimada de ferro duro em cada eixo. O código abaixo mostra como ter uma instância do magnetômetro não calibrado padrão:

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)

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

Usar o sensor de proximidade

O sensor de proximidade permite determinar a que distância um objeto está de um dispositivo. O código a seguir mostra como ter uma instância do sensor de proximidade padrão:

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

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

O sensor de proximidade geralmente é usado para determinar a distância entre a cabeça de uma pessoa e a face de um dispositivo móvel (por exemplo, quando um usuário está fazendo ou recebendo uma ligação). A maioria dos sensores de proximidade retorna a distância absoluta, em cm, mas alguns retornam apenas valores próximos e distantes.

Observação:em alguns modelos de dispositivo, o sensor de proximidade fica debaixo da tela. Isso pode fazer com que um ponto piscando apareça na tela quando ela está ativada.

O código a seguir mostra como usar o sensor de proximidade:

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)
    }
}

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);
    }
}

Observação:alguns sensores de proximidade retornam valores binários que representam "perto" ou "longe". Nesse caso, o sensor geralmente informa o valor máximo do intervalo no estado "longe" e um valor menor no estado "próximo". Normalmente, o valor de "longe" é > 5 cm, mas isso pode variar de sensor para sensor. É possível determinar o alcance máximo de um sensor usando o método getMaximumRange().

Leia também

• Sensores
• Visão geral dos sensores
• Sensores de movimento
• Sensores de ambiente