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 da face de um dispositivo de um objeto (conhecido como sensor de proximidade). O sensor de campo geomagnético e o sensor de proximidade são baseados em hardware. A maioria dos fabricantes de smartphones e tablets inclui um sensor de campo geomagnético. Da mesma forma, os fabricantes de smartphones geralmente incluem um sensor de proximidade para determinar quando um dispositivo está sendo mantido próximo ao rosto de um usuário (por exemplo, durante uma chamada telefônica). Para determinar a orientação de um dispositivo, use 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 frame 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 seu aplicativo. Os sensores de posição normalmente 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 coordenados 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 único valor para cada evento. 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 fornece métodos alternativos para adquirir a orientação do dispositivo, que são discutidos em Calcular a orientação do dispositivo.

² Alguns sensores de proximidade fornecem apenas valores binários que representam o que está perto e o que está longe.

Usar o sensor vetorial de rotação para jogos

O sensor vetorial de rotação para jogos é idêntico ao sensor de vetor de rotação, exceto pelo fato de não usar o campo geomagnético. Portanto, o eixo Y não aponta para o norte, mas para alguma outra referência. É permitido que essa referência se desloque na mesma ordem de magnitude que o giroscópio em torno do eixo Z.

Como o sensor vetorial de rotação para jogos não usa o campo magnético, as rotações relativas são mais precisas e não são afetadas por mudanças do campo magnético. Use esse sensor em um jogo se a direção do norte não for importante para você 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 que o sensor de vetor de rotação normal, mas o consumo de energia é reduzido. Use esse sensor apenas se quiser coletar informações de rotação em segundo plano sem usar muita bateria. Esse sensor é mais útil quando usado 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 computar 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 de um dispositivo em combinação com o acelerômetro do dispositivo. Usando 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 0 grau. Se a borda superior estiver voltada para o sul, o azimute será 180 graus. Da mesma forma, se a borda superior estiver voltada para o leste, o azimute será 90 graus e, se a borda superior estiver voltada para o oeste, o azimute será 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 paralelo ao solo com a borda inferior mais próxima de você e inclinar a borda superior do dispositivo em direção ao solo, o ângulo de inclinação será positivo. Inclinar o dispositivo na direção oposta (ao mover a borda superior do dispositivo para longe do solo) faz com que o ângulo de inclinação seja negativo. O intervalo de valores é de -90 a 90 graus.
• Rolagem (graus de rotação em torno do eixo Y). Este é o ângulo entre um plano perpendicular à tela do dispositivo e um plano perpendicular ao solo. Se você segurar o dispositivo paralelo ao solo com a borda inferior mais próxima de você e inclinar o canto esquerdo em direção ao solo, o ângulo de rolagem será positivo. A inclinação na direção oposta (mover a 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.

Observe que esses ângulos funcionam com base em um sistema de coordenadas diferente daquele usado na aviação (para guinada, inclinação e rolagem). No sistema de aviação, o eixo x abrange o 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 nesse processo, a precisão e a precisão do sensor de orientação são reduzidas. Especificamente, esse sensor só é confiável quando o ângulo de rolagem é 0. Como resultado, o uso do sensor de orientação foi suspenso 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). Em vez de usar dados brutos do sensor de orientação, recomendamos o uso dos métodos getRotationMatrix() e getOrientation() para calcular os valores de orientação, conforme mostrado no exemplo de código a seguir. Como parte desse processo, você pode usar o método remapCoordinateSystem() para converter os valores de orientação para o frame de referência do seu 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.
    }
}

Normalmente, não é necessário processar ou filtrar dados dos ângulos de orientação brutos do dispositivo, além de converter o sistema de coordenadas do sensor para o frame de referência do seu aplicativo.

Usar o sensor de campo geomagnético

O sensor de campo geomagnético permite monitorar as 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.

Esse sensor fornece dados brutos de intensidade do campo (em μT) para cada um dos três eixos coordenados. 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 em conjunto com o método getRotationMatrix() para extrair a matriz de rotação e de inclinação. Você pode usar essas matrizes com os métodos getOrientation() e getInclination() para receber dados de azimute e inclinação geomagnética.

Observação : ao testar seu app, é possível melhorar a precisão do sensor balançando o dispositivo no padrão da figura 8.

Usar o magnetômetro sem calibração

O magnetômetro sem calibração é semelhante ao sensor de campo geomagnético, exceto pelo fato de que 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 não calibrado é útil para lidar com estimativas ruins de ferro duro. Em geral, geomagneticsensor_event.values[0] estará próximo a 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 algumas tendências, mas as medições deles contêm menos saltos em relação às correções aplicadas pela calibragem. Alguns apps podem preferir esses resultados não calibrados como mais suaves e confiáveis. Por exemplo, se um aplicativo estiver tentando realizar a própria fusão de sensores, 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 a seguir mostra como ter uma instância do magnetômetro padrão sem calibração:

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 que distância a cabeça de uma pessoa está do rosto de um dispositivo móvel (por exemplo, quando um usuário está fazendo ou recebendo uma chamada telefônica). A maioria dos sensores de proximidade retorna a distância absoluta, em cm, mas alguns retornam apenas valores de perto e longe.

Observação:em alguns modelos de dispositivo, o sensor de proximidade fica abaixo da tela, o que pode fazer com que um ponto piscando apareça na tela se a opção estiver ativada enquanto a tela estiver ligada.

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 de intervalo no estado distante e um valor menor no estado próximo. Normalmente, o valor de "longe" é maior que 5 cm, mas isso pode variar de acordo com o sensor. Use o método getMaximumRange() para determinar o alcance máximo de um sensor.

Leia também

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