[Android] 加速度センサー Accelerometer を使ってみる

スマホに搭載されている加速度センサーを使うと、スマホを傾けると球が転がるようなアプリを作ることができます。これはMEMSと呼ばれる半導体を使っているのですね

Android Studio
2021.2.1

Accelerometer

　
加速度センサーは端末のx, y, z軸方向の加速度を計測します。単位[m/s²]

実際(?)にその動きをAndroid Studioのemulatorから加速度センサーの動きを見てみたいと思います。
　

目次
1. Virtuial Sensors
2. Coding
3. samplingPeriodUs

Virtuial Sensors

　
emulatorを立ち上げて右バーのmore「…」をクリックするとExtended controlsダイアログが表れます。
　

　
「Virtual sensors」を選択、右サイドに端末が現れ、その上にある「Device Pose」をセットして、画面のスマホをマウスでドラッグすると「Rotation」によって「Resulting values」にx,y,z方向のセンサー出力が表示されます。
　
加速度なので動かす速度の変化で値が変わるのが分かります。
こちらはGoogleのSensorで説明されているTest with the Android Emulatorの動画です。
　

Coding

　
codingに移ります。実装方法を簡単に説明すると

SensorEventListener の設定
SensorManager のインスタンス生成
registerListener の登録
onSensorChanged でセンサー値の受け取り

となります。以下のコードはAndroid Studioから取り出せるSampleの中の「Accelemrometer Play」から切り出して簡単にしたものです。

センサー情報を取得する部分はセンサーのデバイス名やメーカー名などでアプリを作る時にはあまり関係ないので省いてもいいでしょう。
　
MainActivity.java

//package your.package.name

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.hardware.Sensor;
import android.hardware.SensorEvent;
import android.hardware.SensorEventListener;
import android.hardware.SensorManager;
import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends AppCompatActivity
        implements SensorEventListener {

    private SensorManager sensorManager;
    private TextView textView, textInfo;

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

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

        textInfo = findViewById(R.id.text_info);

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

    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        // Listenerの登録
        Sensor accel = sensorManager.getDefaultSensor(
                Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

        sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL);
        //sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST);
        //sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);
        //sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);
    }

    // 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 sensorX, sensorY, sensorZ;

        if (event.sensor.getType() == Sensor.TYPE_ACCELEROMETER) {
            sensorX = event.values[0];
            sensorY = event.values[1];
            sensorZ = event.values[2];

            String strTmp = "加速度センサー\n"
                    + " X: " + sensorX + "\n"
                    + " Y: " + sensorY + "\n"
                    + " Z: " + sensorZ;
            textView.setText(strTmp);

            showInfo(event);
        }
    }

    // （お好みで）加速度センサーの各種情報を表示
    private void showInfo(SensorEvent event){
        // センサー名
        StringBuffer info = new StringBuffer("Name: ");
        info.append(event.sensor.getName());
        info.append("\n");

        // ベンダー名
        info.append("Vendor: ");
        info.append(event.sensor.getVendor());
        info.append("\n");

        // 型番
        info.append("Type: ");
        info.append(event.sensor.getType());
        info.append("\n");

        // 最小遅れ
        int data = event.sensor.getMinDelay();
        info.append("Mindelay: ");
        info.append(data);
        info.append(" usec\n");

        // 最大遅れ
        data = event.sensor.getMaxDelay();
        info.append("Maxdelay: ");
        info.append(data);
        info.append(" usec\n");

        // レポートモード
        data = event.sensor.getReportingMode();
        String stinfo = "unknown";
        if(data == 0){
            stinfo = "REPORTING_MODE_CONTINUOUS";
        }else if(data == 1){
            stinfo = "REPORTING_MODE_ON_CHANGE";
        }else if(data == 2){
            stinfo = "REPORTING_MODE_ONE_SHOT";
        }
        info.append("ReportingMode: ");
        info.append(stinfo);
        info.append("\n");

        // 最大レンジ
        info.append("MaxRange: ");
        float fData = event.sensor.getMaximumRange();
        info.append(fData);
        info.append("\n");

        // 分解能
        info.append("Resolution: ");
        fData = event.sensor.getResolution();
        info.append(fData);
        info.append(" m/s^2\n");

        // 消費電流
        info.append("Power: ");
        fData = event.sensor.getPower();
        info.append(fData);
        info.append(" mA\n");

        textInfo.setText(info);
    }

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

    }
}

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//package your.package.name

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;

import android.hardware.Sensor;

import android.hardware.SensorEvent;

import android.hardware.SensorEventListener;

import android.hardware.SensorManager;

import android.widget.TextView;

public class MainActivity extends AppCompatActivity

implements SensorEventListener {

private SensorManager sensorManager;

private TextView textView, textInfo;

@Override

protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.activity_main);

// Get an instance of the SensorManager

sensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE);

textInfo = findViewById(R.id.text_info);

// Get an instance of the TextView

textView = findViewById(R.id.text_view);

}

@Override

protected void onResume() {

super.onResume();

// Listenerの登録

Sensor accel = sensorManager.getDefaultSensor(

Sensor.TYPE_ACCELEROMETER);

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

//sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST);

//sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME);

//sensorManager.registerListener(this, accel, SensorManager.SENSOR_DELAY_UI);

}

// 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 sensorX, sensorY, sensorZ;

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

sensorX = event.values[0];

sensorY = event.values[1];

sensorZ = event.values[2];

String strTmp = "加速度センサー\n"

+ " X: " + sensorX + "\n"

+ " Y: " + sensorY + "\n"

+ " Z: " + sensorZ;

textView.setText(strTmp);

showInfo(event);

}

// （お好みで）加速度センサーの各種情報を表示

private void showInfo(SensorEvent event){

// センサー名

StringBuffer info = new StringBuffer("Name: ");

info.append(event.sensor.getName());

info.append("\n");

// ベンダー名

info.append("Vendor: ");

info.append(event.sensor.getVendor());

info.append("\n");

// 型番

info.append("Type: ");

info.append(event.sensor.getType());

info.append("\n");

// 最小遅れ

int data = event.sensor.getMinDelay();

info.append("Mindelay: ");

info.append(data);

info.append(" usec\n");

// 最大遅れ

data = event.sensor.getMaxDelay();

info.append("Maxdelay: ");

info.append(data);

info.append(" usec\n");

// レポートモード

data = event.sensor.getReportingMode();

String stinfo = "unknown";

if(data == 0){

stinfo = "REPORTING_MODE_CONTINUOUS";

}else if(data == 1){

stinfo = "REPORTING_MODE_ON_CHANGE";

}else if(data == 2){

stinfo = "REPORTING_MODE_ONE_SHOT";

}

info.append("ReportingMode: ");

info.append(stinfo);

info.append("\n");

// 最大レンジ

info.append("MaxRange: ");

float fData = event.sensor.getMaximumRange();

info.append(fData);

info.append("\n");

// 分解能

info.append("Resolution: ");

fData = event.sensor.getResolution();

info.append(fData);

info.append(" m/s^2\n");

// 消費電流

info.append("Power: ");

fData = event.sensor.getPower();

info.append(fData);

info.append(" mA\n");

textInfo.setText(info);

}

@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:orientation="vertical"
    android:background="#afe"
    tools:context=".MainActivity">

    <TextView
        android:id="@+id/text_info"
        android:layout_marginTop="40dp"
        android:layout_marginStart="20dp"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />

    <TextView
        android:id="@+id/text_view"
        android:layout_marginTop="20dp"
        android:layout_marginStart="20dp"
        android:textSize="20sp"
        android:textColor="#00f"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" />

</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:orientation="vertical"

android:background="#afe"

tools:context=".MainActivity">

<TextView

android:id="@+id/text_info"

android:layout_marginTop="40dp"

android:layout_marginStart="20dp"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

<TextView

android:id="@+id/text_view"

android:layout_marginTop="20dp"

android:layout_marginStart="20dp"

android:textSize="20sp"

android:textColor="#00f"

android:layout_width="wrap_content"

android:layout_height="wrap_content" />

</LinearLayout>

　
ちなみに、加速度センサーを試すとどうしても傾けたりしますが、そうすると画面が回転してしまうことがあります。
android:screenOrientation=”portrait”
を使うと画面の回転を「portrait」に固定できます。
AndroidManifest.xml

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.testaccelerometer">

    <application
        ... 
        >
        <activity android:name=".MainActivity"
            android:screenOrientation="portrait" >
            <intent-filter>
                ...
            </intent-filter>
        </activity>
    </application>

</manifest>

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

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

package="com.example.testaccelerometer">

<application

...

<activity android:name=".MainActivity"

android:screenOrientation="portrait" >

<intent-filter>

...

</intent-filter>

</activity>

</application>

</manifest>

Nexus 5X での結果です。
　

　
スマホをディスクの上に置くと、Z値が10近い値となりますがこれは重力のＧのせいです。
　
この加速度データはMEMSからの生データなのでノイズに反応しすぎて使いづらいかもしれません。使う用途によってフィルターを入れるのがいいでしょう。
また、getReportingMode()はそれによって返ってくるタイミングが変わるので実装上は気を付ける必要があると思います。

samplingPeriodUs

　
センサーのサンプリング期間はスペックでは
　

registerListener (SensorEventListener listener, 
                  Sensor sensor, 
                  int samplingPeriodUs)

registerListener (SensorEventListener listener,

Sensor sensor,

int samplingPeriodUs)

　
とあるのでこの samplingPeriodUs にusecオーダーで値を設定すればいいのかと思ったのですがそうではないようでした。Nuxus 5Xでのテストでは

input	10	100	1,000	5,000	8,000	10,000	15,000	20,000	50,000	100,000
period[ms]	2.5	2.5	2.5	5.0	5.0	10.0	10.0	20.0	20.0	20.0

となりましたこれは階段状に変化するもので設定値に対して比例していません。
　
結局これらを使えということでしょうか

SENSOR_DELAY_FASTEST	最速通知頻度（デバイスのスペック次第）
SENSOR_DELAY_NORMAL	通常のサンプリング
SENSOR_DELAY_GAME	ゲームに適した間隔
SENSOR_DELAY_UI	ゲームではないアプリ向け

Nexus 5Xで使っているAccelerometerはBosche BMI10でしたので
あくまでこの端末でこのデバイスでのケースです。
因みにこのdatasheetによれば最小遅れは2.5msecのようなので実験と合っています。

　
次はこれを使って球ころがしをしてみます。
　
　
関連ページ：
Sensor 一覧を取得する
 加速度センサー：Accelerometer
加速度センサーで球ころがし
 Gyroscope ジャイロセンサー
　
Reference:
Sensor
SensorEvent
SensorManager