我正在开发一款 iOS 应用，它将使用 CoreMotion 来计算运动范围。

由于万向节锁定，我很快就放弃了欧拉角。所以，现在我正在尝试使用四元数。

您可能知道，CMMotionManager通过CMDeviceMotion类报告设备运动数据。这里的相关属性(为了我的目的)是attitude属性，CMAttitude的一个实例。当然，您可以从中访问pitch，roll和yaw。在记录结果时我仍然这样做是为了更好地了解从设备中传出的数据(因为这些值非常直观地设想)。它还提供quaternion属性，它是CMQuaternion的一个实例。

基于这里和其他地方的许多小时的研究，我确信使用四元数是在任何方向上获得正确结果的正确方法。问题是我发现CMQuaternion class/structure 非常密集且难以理解。 Apple 的文档很少，我无法退出我认为是CMQuaternion的有效 axis-angle 表示。 (如果某人有从CMQuaternion计算 axis-angle 表示的数学计算，我全都耳朵！)

当我在他们的 GLKit 库中偶然发现 Apple 的GLKQuaternion结构时，我以为我已经解决了这个问题。 GLKit 具有从GLKQuaternion实例提供轴和角度的方法。甚至还有一个很好的构造方法：GLKQuaternionMake(x, y, z, w)。

由于CMQuaternion有 x，y，z 和 w 属性，我推断我可以使用此方法在CMQuaternion和GLKQuaternion的实例之间基本上“强制转换”。我仍然不确定这是否正确。

无论如何，当我遇到一些特别奇怪的结果时，我正在从我的 iPhone 记录结果。

我编写的代码具有**用于捕获初始姿态(当用户点击按钮时)然后对 CoreMotion 数据进行采样并确定起始位置和当前位置之间的差异的目的。

这是代码：

- (void)sampleDeviceMotion {
    // I've tested this, and "self.startingAttitude" is set/reset correctly
    if (self.startingAttitude == nil) {
        self.startingAttitude = self.motionManager.deviceMotion.attitude;
    }

    CMQuaternion quaternion1  = self.startingAttitude.quaternion;
    GLKQuaternion q1          = GLKQuaternionMake(quaternion1.x, quaternion1.y, quaternion1.z, quaternion1.w);
    GLKVector3 v1             = GLKQuaternionAxis(q1);
    float angle1              = GLKQuaternionAngle(q1);

    CMQuaternion quaternion2  = self.motionManager.deviceMotion.attitude.quaternion;
    GLKQuaternion q2          = GLKQuaternionMake(quaternion2.x, quaternion2.y, quaternion2.z, quaternion2.w);
    GLKVector3 v2             = GLKQuaternionAxis(q2);
    float angle2              = GLKQuaternionAngle(q2);

    float dotProduct          = GLKVector3DotProduct(v1, v2);
    float length1             = GLKVector3Length(v1);
    float length2             = GLKVector3Length(v2);
    float cosineOfTheta       = dotProduct / (length1 * length2);
    float theta               = acosf(cosineOfTheta);
    theta                     = radiansToDegrees(theta);

    float rotationDelta       = angle2 - angle1;
    rotationDelta             = radiansToDegrees(rotationDelta);

    printf("v1: (%.02f, %.02f, %.02f) v2: (%.02f, %.02f, %.02f) angle1: %.02f, angle2: %.02f - vectorDelta: %dº. rotationDelta: %dº (pitch: %.02f, roll: %.02f, yaw: %.02f)\n", v1.x, v1.y, v1.z, v2.x, v2.y, v2.z, angle1, angle2, (int)theta, (int)rotationDelta, self.motionManager.deviceMotion.attitude.pitch, self.motionManager.deviceMotion.attitude.roll, self.motionManager.deviceMotion.attitude.yaw);

}

我已经看了 20 多次这个代码，我没有看到任何缺陷，除非我对CMQuaternion和GLKQuaternion之间移动能力的假设是有缺陷的。

我希望当设备平放在桌子上时，点击按钮并保持设备仍然会给我结果，其中q1和q2基本相同。我会理解数据中有少量“摆动”，但如果设备不移动，则不同四元数的轴和角度应该(几乎)相同。

有时我会得到它(当点击按钮并且设备保持静止时)，但有时“初始”(self.startingAttitude)和后续值会大量关闭(40º-70º)。

此外，在初始值和后续值一致的一种情况下，当我尝试测量旋转时，我得到了一个奇怪的结果。

我“旋转”手机(围绕“Z”轴旋转)，并得到以下结果：

之前：

v1：(-0.03，-0.03，-1.00)v2：(0.01，-0.04，-1.00)angle1：0.02，angle2：0.01 - vectorDelta：2º。 rotationDelta：0º(音高：0.00，roll：-0.00，yaw：-0.01)

后：

v1：(-0.03，-0.03，-1.00)v2：(-0.00，-0.01，1.00)angle1：0.02，angle2：0.14 - vectorDelta：176º。 rotationDelta：7º(音高：-0.00，roll：-0.00，yaw：0.14)

我相信 pitch/roll/yaw 数据两次都是正确的。也就是说，我向手机传递了少量的偏航旋转。那么，为什么 Z 轴完全翻转而只有很小的偏航变化？

ios rotation quaternions core-motion