說文解字第23課:姿態感應器Orientation Sensor

2021.04.29 05:05PM
是說文解字第23課:姿態感應器Orientation Sensor這篇文章的首圖

當我們使用即時通訊App加入好友時,可以透過搖一搖手機的方式與朋友配對,難不成手機裡住著小精靈,會感應到手機搖晃的情況?當然不是。

先瞭解六軸姿態是什麼

相信沒有人會認真以為手機裡著小精靈,不過話說回來,手機又是怎麼感應運動情況的呢,在回答這個問題之前,我們要先瞭解常常聽到的「六軸姿態」、「六軸感應」中的六軸是如何定義。

為了要描述物體在空間中的位置,在數學上我們習慣使用三維直角座標,這種系統具有3組彼此互相正交的座標軸,如下面的附圖所示,3組座標軸的代號分別是X、Y、Z。其中X與Y軸分別代表平面上的前後與左右,Z軸則是高低,我們只要指出物體的座標,就能知道它的位置。

而物體在空間中移動的速度與加速度,也能利用座標描述情況,例如以時速5公里沿著X軸移動,如此一來我們就可以知道移動的方向與速度。但是如果不是沿著軸的方向移動,這樣要怎麼描述呢?這時候只要將移動的情況拆分為3組分量,分別計算沿著X、Y、Z軸方向移動的速度就可以了,例如往斜上的方式移動,就可以將它拆分為往前與往上的2組分量,並在計算時將其合成、還原為斜上方向即可。

至於轉動部分,也是以X、Y、Z軸的方式描述,看物體是繞著哪個座標軸旋轉。以烤肉串來形容,就會好懂許多,如果肉串像沙威瑪一樣直立旋轉的話,我們就會說它沿著Z軸旋轉。當物體同時沿多個軸向旋轉的話,也只需將它拆成3組分量描述即可。

如果上述內容太過深奧,讓讀者有看沒有懂的話,不妨將座標系統想像為1架飛機,機身的前後方向就是X軸,機翼展開的左右方向則是Y軸,至於上下方向就是Z軸。

在移動部分,飛機的前進、後退就是沿X軸移動,左、右平移則是沿Y軸移動,上升與下降就是沿Z軸移動。至於轉動部分,機身的滾轉是沿X軸轉動,機首的偏航是沿Y軸轉動,俯仰角度的改變則是沿Z軸轉動。

有了這些座標系統後,我們就能透過3軸移動與3軸轉動的數據,描述物體在空間中的移動,由於移動與轉動分別使用3個座標軸來描述,因此總體就稱為六軸姿態。

▲我們習慣用X、Y、Z等3組座標軸描述立體空間。(圖片來源:維基百科,本圖採用創用CC姓名標示-相同方式分享,作者為Falcorian)h
▲六軸姿態就分別是沿著3組座標軸的移動與轉動。(圖片來源:維基百科,本圖採用創用CC姓名標示-相同方式分享,作者為Quirón5)
▲轉動可能是大家會覺得比較複雜的部分,如果用飛機來想像的話,X軸轉動就是飛機的滾轉。
▲Y軸轉動則是飛機俯仰角度的變化。
▲Z軸轉動則對應飛機機首方向的偏航。

 

透過晶片偵測手機姿態

在智慧型手機或其他電子裝置上偵測六軸姿態,主要是透過微機電加速規與陀螺儀等晶片來達成,加速規的功能是測量移動的加速度,而陀螺儀則是測量轉動的角加速度。

不同於傳統採用機械式結構的設計,微機電加速規與陀螺儀則是採用電子方式進行測量,這類晶片中包含會隨移動、轉動產生微小偏移的細小元件,當這些元件偏移的時候,最在晶片內部產生微小的電容變化,只要偵測這些變化就能推算出加速度與角加速度,發揮加速規與陀螺儀測量移動與轉動的功能。

有了姿態感應器之後,系統就能知道使用者是否搖動、轉動手機,例如Line的「搖一搖、加好友」,或是遊戲的體感控制,都是利用姿態感應器來達成的功能。

例如任天堂Wii以及Sony PlayStation 3、PlayStation 4的控制器,也都內建姿態感應器,因此可以用於操作體感遊戲。以棒球打擊為例來說明,遊戲開發者可以在開發過程中,事先測量各種揮棒方式下,每個座標軸加速度與角加速度的變化情況,在實際遊玩時,程式就可以將玩家揮棒的情況,轉換成六軸姿態的參數,計算出揮棒的角度與力道,並將成果呈現於遊戲中,讓遊戲更加刺激有趣。

▲Line的加好友功能,會透過姿態感應器偵測搖動狀況。

▲Wii Sports的體感控制功能,就是將測量到的六軸姿態的參數,轉換為遊戲的操作指令。

 

說文解字使用範例:

O:智慧型手機中的姿態感應器能夠偵測手機的移動和旋轉,可以應用於操控遊戲。

X:把姿態感應器裝在坐姿不端正的人身上,就能校正姿勢。

相關消息

科技應用
EVOX《對話式 AI 白皮書》:掌握 AI 商務溝通新趨勢
癮特務
2 天前
App
三星One UI 8以Android桌面模式取代DeX
Chevelle.fu
2 天前
即拍即印普普風概念印章,製造屬於自己的圖像
annti wang
15 年前
開箱評測
和「那個鍵盤」相似的款式只要1290元 我的手指告訴我這可以買
Gizmodo Japan
1 天前
汽車未來
全新改款 BMW iX 豪華純電旗艦休旅強勢上市!「THE NEW BMW iX」現場直擊,亮點分享一次了解!
癮特務
8 天前
快訊
搭載 Chatgpt 的滑鼠,還能射出雷射光!Cheerdots2 可拆卸智能滑鼠,最棒的隨身助理
Shopping guide
1 天前
開箱評測
3coins緊急用壓縮襪:布料輕薄、夏天穿也不悶熱
Gizmodo Japan
1 天前
開箱評測
經濟實惠 3coins多功能工具組實在太優秀了
Gizmodo Japan
1 天前
遊戲天堂
PlayStation無線格鬥搖桿定名FlexStrike 方向範圍可透過快拆檔片限制方形、圓形或八角形
Chevelle.fu
1 天前