本文源自本人的学习记录整理与理解，其中参考阅读了部分优秀的博客和书籍，尽量以通俗简单的语句转述。引用到的地方如有遗漏或未能一一列举原文出处还望见谅与指出，另文章内容如有不妥之处还望指教，万分感谢。

前言

陀螺仪是一种硬件传感器，能够感知设备的旋转和方向变化。它通常通过MEMS（微机电系统）技术来实现，内部包含了微小但高精度的陀螺仪器件、加速度计和磁力计等传感器，可以实时地感知设备在空间中的旋转角度和方向。

在iOS系统中，可以通过CoreMotion框架来访问陀螺仪的数据。在开发iOS应用程序时，可以使用CoreMotion框架提供了一个CMMotionManager类，该类可以用来获取设备的运动数据，包括陀螺仪数据、加速度计数据等。

iOS陀螺仪的精度和灵敏度通常比较高，可以实现比加速度计更加准确的姿态估计和方向识别，也可以帮助开发者实现更加真实的虚拟现实和增强现实应用。同时，iOS陀螺仪的实时响应和低功耗特性，也使得它在移动应用程序开发中得到了广泛的应用和认可。

基础知识

在开发前，有几个基础的知识点，我们需要事先了解，这对我们后期开发会有更好的帮助

三轴方向

在 iOS 中，陀螺仪传感器的三轴方向通常遵循右手系的规则。具体来说：

• x 轴：表示设备绕着横轴旋转。当设备的屏幕朝上时，x 轴指向设备的右侧；当设备的屏幕朝下时，x 轴指向设备的左侧
• y 轴：表示设备绕着纵轴旋转。当设备的屏幕朝上时，y 轴指向设备的顶部；当设备的屏幕朝下时，y 轴指向设备的底部
• z 轴：表示设备绕着竖轴旋转。当设备的屏幕朝上时，z 轴指向设备的正面；当设备的屏幕朝下时，z 轴指向设备的背面

姿态信息

陀螺仪用于侦测设备沿三个轴为中线所旋转时的角速度，故有了三个姿态信息，分别为 pitch (纵倾), roll (横倾) 和 yaw (横摆)

• pitch（俯仰角）：表示设备绕着 x 轴旋转的角度，也称为纵倾角。当设备正面朝上时，俯仰角为 0°；当设备向上仰起时，俯仰角为正值；当设备向下倾斜时，俯仰角为负值
• roll（横滚角）：表示设备绕着 y 轴旋转的角度，也称为横倾角。当设备正面朝上时，横滚角为 0°；当设备向右侧倾斜时，横滚角为正值；当设备向左侧倾斜时，横滚角为负值
• yaw（偏航角）：表示设备绕着 z 轴旋转的角度，也称为横摆角。当设备正面朝北时，偏航角为 0°；当设备逆时针旋转时，偏航角为正值；当设备顺时针旋转时，偏航角为负值
• CMRotationMatrix 结构体表示设备绕X、Y、Z轴的旋转矩阵，可用于描述设备在三维空间中的方向和旋转状态, 这里再细讲该结构体中9个元素所代表的含义

陀螺仪的使用

import CoreMotion

let motionManager = CMMotionManager()
if motionManager.isGyroAvailable {
    motionManager.gyroUpdateInterval = 0.1
    motionManager.startGyroUpdates(to: OperationQueue.main) { (data, error) in
        if let gyroData = data {
            let rotationRateX = gyroData.rotationRate.x
            let rotationRateY = gyroData.rotationRate.y
            let rotationRateZ = gyroData.rotationRate.z
            
            print("Rotation Rate X: \(rotationRateX)")
            print("Rotation Rate Y: \(rotationRateY)")
            print("Rotation Rate Z: \(rotationRateZ)")
        }
    }
} else {
    print("Gyroscope is not available.")
}

关键类解析

CMDeviceMotion

CMDeviceMotion 是一个 Core Motion 框架中的类，用于表示设备的运动和姿态信息。通过 CMDeviceMotion 类，可以获取到设备在三维空间中的加速度、旋转速度、重力加速度、旋转矩阵以及设备的姿态信息等，以便进一步进行处理和计算。

下面是 CMDeviceMotion 类中常用的属性和方法：

• attitude 属性：表示设备的姿态信息，包括俯仰角（pitch）、横滚角（roll）和偏航角（yaw）等信息。
• userAcceleration 属性：表示设备在三维空间中的加速度，即不包括重力加速度的加速度
• rotationRate 属性：表示设备在三维空间中的旋转速度
• gravity 属性：表示设备在三维空间中的重力加速度，即不包括设备加速度的重力加速度

需要注意的是，在使用 CMDeviceMotion 类时，需要首先创建一个 CMMotionManager 对象，并设置其属性和回调函数，以便获取设备的运动和姿态信息。此外，由于设备运动和姿态信息的获取涉及到多个传感器的协同工作，因此在使用时需要考虑传感器的准确性和稳定性，以避免误差和不良体验。

CMAttitude

CMAttitude 表示设备在三维空间中的姿态信息，包括设备的旋转、倾斜、方向等信息。在 iOS 开发中，可以通过 CMMotionManager 获取设备的姿态信息，然后将其保存为 CMAttitude 对象，并使用其中的各个属性来进行相应的处理和计算。

CMAttitude 类中的主要属性如下：

• pitch：设备绕 x 轴的旋转角度，单位为弧度
• roll：设备绕 y 轴的旋转角度，单位为弧度
• yaw：设备绕 z 轴的旋转角度，单位为弧度
• quaternion：设备的四元数表示，用于表示设备的旋转状态，包括旋转角度和旋转轴等信息
• rotationMatrix：设备的旋转矩阵表示，用于表示设备在三维空间中的旋转状态

其中，pitch、roll 和 yaw 属性是最基本的属性，用于表示设备绕 x、y、z 轴的旋转角度。一般来说，可以通过这三个属性来进行设备的姿态检测和相应的处理。其余的属性包括四元数、旋转矩阵，都可以用于更加精确和复杂的姿态检测和处理。

应用场景