[Android] Accelerometer 加速度センサーをグラフにしてみた

加速度センサーの3軸をタイムチャートでグラフにして見ました。
low-pass filterの効果がわかり易くなりましたね、数値ではやはりわかりにくい。
　

Android Studio
2021.2.1

Accelerometer

チャートはMPAndroidChartを使うことにしました。いろいろありますが、Androidの仕様変更に対応が比較的早いので（今の所ですが）。
チャートはLinerChartを使いました。こちら MPAndroidChart ライブラリーでグラフを描画でも試しています。
　
また、SensorEvent | Android Developersにあるlow-pass filterも試してみます。
　

目次
1. low-pass filter
2. サンプルコード

low-pass filter

GoogleのSensorEventには次のような式が載せてあります。
加速度センサーの生データは敏感に反応するため、急激な変動をある程度除去して、ゆっくりした動きを取り出す、つまりlow-passのフィルタリングをした方が人間にはわかりやすい場合があります。またある程度というのが味噌で、この場合alphaという定数によって変化が変わって来ます。
　

public void onSensorChanged(SensorEvent event)
     {
          // alpha is calculated as t / (t + dT)
          // with t, the low-pass filter's time-constant
          // and dT, the event delivery rate

          final float alpha = 0.8;

          gravity[0] = alpha * gravity[0] + (1 - alpha) * event.values[0];
          gravity[1] = alpha * gravity[1] + (1 - alpha) * event.values[1];
          gravity[2] = alpha * gravity[2] + (1 - alpha) * event.values[2];

          linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0];
          linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1];
          linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];
     }

public void onSensorChanged(SensorEvent event)

{

// alpha is calculated as t / (t + dT)

// with t, the low-pass filter's time-constant

// and dT, the event delivery rate

final float alpha = 0.8;

gravity[0] = alpha * gravity[0] + (1 - alpha) * event.values[0];

gravity[1] = alpha * gravity[1] + (1 - alpha) * event.values[1];

gravity[2] = alpha * gravity[2] + (1 - alpha) * event.values[2];

linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0];

linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1];

linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];

}

サンプルコード

早速実装してみます。加速度センサーの元になるのは、加速度センサー Accelerometer を使ってみるです。ここでは生データを扱っているので、それに上のlow-passを入れた場合をボタンで切り分けるようにして見ます。
グラフは、MPAndroidChart ライブラリーでグラフを描画で使ったLineChartです。
　
最初にライブラリーのgradle設定からです。

settings.gradle

pluginManagement {
    ...
}
dependencyResolutionManagement {
    repositoriesMode.set(RepositoriesMode.FAIL_ON_PROJECT_REPOS)
    repositories {
        google()
        mavenCentral()
        maven {
            url "https://jitpack.io"
        }
    }
}
...

pluginManagement {

...

}

dependencyResolutionManagement {

repositoriesMode.set(RepositoriesMode.FAIL_ON_PROJECT_REPOS)

repositories {

google()

mavenCentral()

maven {

url "https://jitpack.io"

}

...

　
build.gradle (Module…)

...
dependencies {
    ...
    implementation 'com.github.PhilJay:MPAndroidChart:v3.1.0'

}

...

dependencies {

...

implementation 'com.github.PhilJay:MPAndroidChart:v3.1.0'

}

　
MainActivity.java

//package your.package.name

import android.annotation.SuppressLint;
import android.os.Bundle;
import android.app.Activity;
import android.content.pm.ActivityInfo;
import android.graphics.Color;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;

import com.github.mikephil.charting.charts.LineChart;
import com.github.mikephil.charting.data.Entry;
import com.github.mikephil.charting.data.LineData;
import com.github.mikephil.charting.data.LineDataSet;
import com.github.mikephil.charting.interfaces.datasets.ILineDataSet;

import java.util.Locale;


public class MainActivity extends Activity
        implements SensorEventListener, View.OnClickListener {

    private SensorManager sensorManager;
    private Sensor accel;
    private TextView textView;

    private LineChart mChart;
    private final String[] labels = new String[]{
            "linear_accelerationX",
            "linear_accelerationY",
            "linear_accelerationZ"};
    private final int[] colors = new int[]{
            Color.BLUE,
            Color.GRAY,
            Color.MAGENTA};

    private boolean lineardata = true;


    @SuppressLint("SourceLockedOrientationActivity")
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // 縦画面
        setRequestedOrientation(ActivityInfo.SCREEN_ORIENTATION_PORTRAIT);

        // Get an instance of the SensorManager
        sensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

        // Get an instance of the TextView
        textView = findViewById(R.id.text_view);


        mChart = findViewById(R.id.chart);
        // インスタンス生成
        mChart.setData(new LineData());
        // no description text
        mChart.getDescription().setEnabled(false);
        // Grid背景色
        mChart.setDrawGridBackground(true);
        // 右側の目盛り
        mChart.getAxisRight().setEnabled(false);

        Button buttonStart = findViewById(R.id.button_start);
        buttonStart.setOnClickListener(this);

        Button buttonStop = findViewById(R.id.button_stop);
        buttonStop.setOnClickListener(this);

        Button buttonChange = findViewById(R.id.button_change);
        buttonChange.setOnClickListener(this);
    }

    @Override
    public void onClick(View view) {
        if(view.getId() == R.id.button_start){
            sensorManager.registerListener(this, accel,
                    SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
        }
        else if(view.getId() == R.id.button_stop){
            sensorManager.unregisterListener(this);
        }
        else if(view.getId() == R.id.button_change){
            lineardata = !lineardata;
        }
    }
    
    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        // Listenerの登録
        accel = sensorManager.getDefaultSensor(
                Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

        sensorManager.registerListener(this, accel,
                SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
    }

    // 解除するコードも入れる!
    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        // Listenerを解除
        sensorManager.unregisterListener(this);
    }

    @Override
    public void onSensorChanged(SensorEvent event) {

        float[] gravity = new float[3];
        float[] linear_acceleration = new float[3];

        final float alpha = 0.6f;


        if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER ) {

            // alpha is calculated as t / (t + dT)
            // with t, the low-pass filter's time-constant
            // and dT, the event delivery rate

            gravity[0] = alpha * gravity[0] + (1 - alpha) * event.values[0];
            gravity[1] = alpha * gravity[1] + (1 - alpha) * event.values[1];
            gravity[2] = alpha * gravity[2] + (1 - alpha) * event.values[2];

            linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0];
            linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1];
            linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];

            String accelero;

            if(!lineardata){
                accelero = String.format(Locale.US,
                        "X: %.3f\nY: %.3f\nZ: %.3f",
                        event.values[0],event.values[1],event.values[2]);
            }
            else {
                accelero = String.format(Locale.US,
                        "X: %.3f\nY: %.3f\nZ: %.3f",
                        gravity[0],gravity[1],gravity[2]);
            }

            textView.setText(accelero);


            LineData data = mChart.getLineData();

            if(data != null){
                for(int i = 0; i < 3; i++){
                    ILineDataSet set3 = data.getDataSetByIndex(i);
                    if(set3 == null){
                        LineDataSet set = new LineDataSet(null, labels[i]);
                        set.setLineWidth(2.0f);
                        set.setColor(colors[i]);
                        // liner line
                        set.setDrawCircles(false);
                        // no values on the chart
                        set.setDrawValues(false);
                        set3 = set;
                        data.addDataSet(set3);
                    }

                    // data update
                    if(!lineardata){
                        data.addEntry(new Entry(set3.getEntryCount(), event.values[i]), i);
                    }
                    else{
                        data.addEntry(new Entry(set3.getEntryCount(), linear_acceleration[i]), i);
                    }

                    data.notifyDataChanged();
                }

                mChart.notifyDataSetChanged(); // 表示の更新のために変更を通知する
                mChart.setVisibleXRangeMaximum(50); // 表示の幅を決定する
                mChart.moveViewToX(data.getEntryCount()); // 最新のデータまで表示を移動させる
            }
        }
    }

    @Override
    public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {

    }
}

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//package your.package.name

import android.annotation.SuppressLint;

import android.os.Bundle;

import android.app.Activity;

import android.content.pm.ActivityInfo;

import android.graphics.Color;

import android.hardware.Sensor;

import android.hardware.SensorEvent;

import android.hardware.SensorEventListener;

import android.hardware.SensorManager;

import android.view.View;

import android.widget.Button;

import android.widget.TextView;

import com.github.mikephil.charting.charts.LineChart;

import com.github.mikephil.charting.data.Entry;

import com.github.mikephil.charting.data.LineData;

import com.github.mikephil.charting.data.LineDataSet;

import com.github.mikephil.charting.interfaces.datasets.ILineDataSet;

import java.util.Locale;

public class MainActivity extends Activity

implements SensorEventListener, View.OnClickListener {

private SensorManager sensorManager;

private Sensor accel;

private TextView textView;

private LineChart mChart;

private final String[] labels = new String[]{

"linear_accelerationX",

"linear_accelerationY",

"linear_accelerationZ"};

private final int[] colors = new int[]{

Color.BLUE,

Color.GRAY,

Color.MAGENTA};

private boolean lineardata = true;

@SuppressLint("SourceLockedOrientationActivity")

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

// 縦画面

setRequestedOrientation(ActivityInfo.SCREEN_ORIENTATION_PORTRAIT);

// Get an instance of the SensorManager

sensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

// Get an instance of the TextView

textView = findViewById(R.id.text_view);

mChart = findViewById(R.id.chart);

// インスタンス生成

mChart.setData(new LineData());

// no description text

mChart.getDescription().setEnabled(false);

// Grid背景色

mChart.setDrawGridBackground(true);

// 右側の目盛り

mChart.getAxisRight().setEnabled(false);

Button buttonStart = findViewById(R.id.button_start);

buttonStart.setOnClickListener(this);

Button buttonStop = findViewById(R.id.button_stop);

buttonStop.setOnClickListener(this);

Button buttonChange = findViewById(R.id.button_change);

buttonChange.setOnClickListener(this);

}

@Override

public void onClick(View view) {

if(view.getId() == R.id.button_start){

sensorManager.registerListener(this, accel,

SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

}

else if(view.getId() == R.id.button_stop){

sensorManager.unregisterListener(this);

}

else if(view.getId() == R.id.button_change){

lineardata = !lineardata;

}

@Override

protected void onResume() {

super.onResume();

// Listenerの登録

accel = sensorManager.getDefaultSensor(

Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

sensorManager.registerListener(this, accel,

SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);

}

// 解除するコードも入れる!

@Override

protected void onPause() {

super.onPause();

// Listenerを解除

sensorManager.unregisterListener(this);

}

@Override

public void onSensorChanged(SensorEvent event) {

float[] gravity = new float[3];

float[] linear_acceleration = new float[3];

final float alpha = 0.6f;

if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER ) {

// alpha is calculated as t / (t + dT)

// with t, the low-pass filter's time-constant

// and dT, the event delivery rate

gravity[0] = alpha * gravity[0] + (1 - alpha) * event.values[0];

gravity[1] = alpha * gravity[1] + (1 - alpha) * event.values[1];

gravity[2] = alpha * gravity[2] + (1 - alpha) * event.values[2];

linear_acceleration[0] = event.values[0] - gravity[0];

linear_acceleration[1] = event.values[1] - gravity[1];

linear_acceleration[2] = event.values[2] - gravity[2];

String accelero;

if(!lineardata){

accelero = String.format(Locale.US,

"X: %.3f\nY: %.3f\nZ: %.3f",

event.values[0],event.values[1],event.values[2]);

}

else {

accelero = String.format(Locale.US,

"X: %.3f\nY: %.3f\nZ: %.3f",

gravity[0],gravity[1],gravity[2]);

}

textView.setText(accelero);

LineData data = mChart.getLineData();

if(data != null){

for(int i = 0; i < 3; i++){

ILineDataSet set3 = data.getDataSetByIndex(i);

if(set3 == null){

LineDataSet set = new LineDataSet(null, labels[i]);

set.setLineWidth(2.0f);

set.setColor(colors[i]);

// liner line

set.setDrawCircles(false);

// no values on the chart

set.setDrawValues(false);

set3 = set;

data.addDataSet(set3);

}

// data update

if(!lineardata){

data.addEntry(new Entry(set3.getEntryCount(), event.values[i]), i);

}

else{

data.addEntry(new Entry(set3.getEntryCount(), linear_acceleration[i]), i);

}

data.notifyDataChanged();

}

mChart.notifyDataSetChanged(); // 表示の更新のために変更を通知する

mChart.setVisibleXRangeMaximum(50); // 表示の幅を決定する

mChart.moveViewToX(data.getEntryCount()); // 最新のデータまで表示を移動させる

}

@Override

public void onAccuracyChanged(Sensor sensor, int accuracy) {

}

　
activity_main.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:id="@+id/activity_main"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:padding="16dp"
    android:orientation="vertical"
    android:background="#dfe"
    tools:context=".MainActivity">

    <LinearLayout
        android:orientation="horizontal"
        android:gravity="center"
        android:layout_margin="10dp"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content">

        <TextView
            android:id="@+id/text_view"
            android:textColor="#00f"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content" />

        <Button
            android:id="@+id/button_start"
            android:text="@string/start"
            android:layout_margin="5dp"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content" />

        <Button
            android:id="@+id/button_stop"
            android:text="@string/stop"
            android:layout_margin="5dp"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content" />

        <Button
            android:id="@+id/button_change"
            android:text="@string/change"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content" />

    </LinearLayout>


    <com.github.mikephil.charting.charts.LineChart
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        android:id="@+id/chart"/>


</LinearLayout>

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"

xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"

android:id="@+id/activity_main"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:padding="16dp"

android:orientation="vertical"

android:background="#dfe"

tools:context=".MainActivity">

<LinearLayout

android:orientation="horizontal"

android:gravity="center"

android:layout_margin="10dp"

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="wrap_content">

<TextView

android:id="@+id/text_view"

android:textColor="#00f"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

<Button

android:id="@+id/button_start"

android:text="@string/start"

android:layout_margin="5dp"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

<Button

android:id="@+id/button_stop"

android:text="@string/stop"

android:layout_margin="5dp"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

<Button

android:id="@+id/button_change"

android:text="@string/change"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

</LinearLayout>

<com.github.mikephil.charting.charts.LineChart

android:layout_width="match_parent"

android:layout_height="match_parent"

android:id="@+id/chart"/>

</LinearLayout>

　
strings.xml

<resources>
    <string name="app_name">YourAppName</string>
    <string name="start">Start</string>
    <string name="stop">Stop</string>
    <string name="change">Change</string>
</resources>

<string name="app_name">YourAppName</string>

<string name="start">Start</string>

<string name="change">Change</string>

</resources>

　
ボタンでlow-pass filterを切り替えてその効果を確認してください。また定数alphaによる違いはコードで変更するとわかります。
　
　
　