Гироскопы в телефонах применяются на протяжении последних пяти лет. Сегодня без них не обходится ни одно устройство. Но до сих пор многие не знают, что это такое.
Если при создании телефона первоначальная задумка заключалась в возможности вести общение на расстоянии, ввиду развития современных технологий это полноценное многофункциональное устройство.
Поскольку на мировом рынке всегда удерживается большая конкуренция между брендами, компании стремятся показать своей целевой аудитории новые решения, выгодно отличающиеся от остальных производителей. Именно конкуренция стала причиной появления в смартфонах гироскопа.
Именно благодаря ему устройства стали более функциональными, завоевали хорошие отзывы от владельцев. Если совсем недавно гироскопы считались диковинным элементом девайса, сегодня целевую аудиторию сложно удивить их наличием. И несмотря на то, что некоторые считают гироскоп полезным элементом системы телефона, остальные предпочитают отключать его.
Что это такое?
Гироскопом является специальный чип (в смартфоне), который анализирует положение объекта в пространстве и определяет углы его размещения. Самым простым примером стандартного гироскопа является юла – игра, разработанная специально для детей. Впервые гироскоп был представлен общественности немецким астрономом и математиком И. Боненбергером.
В некоторых научных трудах также присутствует информация о том, что на самом деле устройство изобрели на три года раньше. Гиродатчики активно применяются в большом количестве сфер наук и техники, включая авиацию, судоходство, космонавтику. Их устанавливают в бытовой технике, и, естественно, современных смартфонах.
Гироскоп и акселерометр – принципиально разные вещи
В обществе почему-то сформировалась мысль о том, что акселерометр и гироскоп являются идентичными устройствами, которые, соответственно, предназначены для выполнения аналогичных функций. На самом деле, это далеко не так. монтируется в смартфон для того, чтобы отслеживать его поворот в пространстве. Гиродатчики отвечают за куда больший перечень задач:
- перемещение устройства в пространстве;
- определение стороны света;
- скорость перемещения в пространстве;
- другие функции.
В общей сложности, функционал очень сильно похож, поэтому гиродатчик сам по себе является значительно модернизированным акселерометром, выпускаемым в виде отдельного устройства. Если акселерометр регистрирует поворот дисплея, гироскопы дают возможность определить передвижение в трех плоскостях. Некоторые приложения активно используют интегрированный микрочип для решения внутренних задач.
Основные функции гироскопа в современных смартфонах
Благодаря использованию гиродатчиков в смартфонах производители позволили воспользоваться рядом новых возможностей. Вне зависимости от того, в каком именно аппарате установлен микрочип, владелец непременно отметит функционал.
Например, раньше для того, чтобы ответить на важный звонок, необходимо было нажимать на кнопку или коснуться экрана. Теперь, всего лишь встряхнув телефон, вы можете начать разговор. Кроме того, гироскоп дает возможность смотреть фотографии, интересные изображения, перевернуть страницу в электронной книге. В аудиоплеерах перед вами появляется возможность выбрать другую песню, не касаясь при этом никаких кнопок.
Гиродатчики невероятно удобны в калькуляторах. При портретном использовании появляется возможность справиться с минимальным количеством функций – умножить, поделить, вычесть или сложить.
Если владелец перевернет телефон на 90 градусов, получит ряд дополнительных возможностей. По сути, перед ним появится настоящий инженерный калькулятор. И что самое главное – не нужно каждый раз тратить время на поиск и выбор нужной функции в меню настроек – система самостоятельно определяет, когда необходимо переключиться на инженерную версию, а когда – вернуться обратно на обычную.
Может показаться, что гироскоп отвечает только за выполнение обычных функций. На самом деле, это далеко не так. Разработчики программного обеспечения также обратили внимание на возможности гиродатчиков.
Некоторые операционные системы предусматривают возможность повторного поиска устройств, . Микрочипы дают пользователю возможность пользоваться специфическими программами, посредством которых определяется уровень и угол наклона объекта. Поэтому если вы увидите строителя, который измеряет угол размещения тех или иных предметов дома с помощью айфона, не стоит удивляться.
Гироскопы очень удобны, если владельцу смартфона необходимо определить местность, в которой находится человек. Вам может показаться, что за такую функцию отвечает только GPS-датчик, но на самом деле, это не так.
Сейчас самостоятельно подсчитывает текущие координаты местонахождения, а гироскоп определяет направление, в которую повернут человек в режиме реального времени. К примеру, если вы находитесь на открытой местности, где нет дорог, но вам надо добраться до ближайшего населенного пункта, достаточно повернуться лицом к нему – и на экране вы сможете увидеть, куда сможете прийти, если постоянно шагать прямо. Наоборот, отвернувшись спиной к требуемому населенному пункту, вы заметите и это.
Наличие подобных помощников делает ориентирование на незнакомой местности куда более простым. Таким образом, гиродатчик является незаменимым элементом смартфона, используемого людьми, которым нравятся активные виды отдыха.
Естественно, дело не обходится без минусов. Некоторые владельцы телефонов, где присутствует гироскоп, предпочитают отключать его. Так, например, некоторые приложения могут медленно реагировать на изменения в текущем положении в пространстве. Кроме того, если вы лежа читаете книгу, перевернувшись на бок, гиродатчик сразу же укажет программе на необходимость изменения ориентации страницы. Как результат, вы можете столкнуться с рядом неудобств.
Как и кто использует гироскоп чаще всего?
Практика показывает, что наиболее часто гироскоп задействуют геймеры. Присутствие такого микрочипа в смартфоне существенно меняет принцип игры. Картинка получается более качественной. Так, к примеру, раньше необходимо было нажимать на кнопку экране, чтобы указать направление поворота транспортного средства.
Сейчас же достаточно повернуть смартфон в сторону, чтобы машина поехала в указанную сторону . Причем интенсивность поворота зависит от угла расположения телефона. Для крутого вхождения в поворот придется перевернуть устройство на 60-70 градусов.
В шутерах же применение гиродатчиков способствует быстрому наведению на вражескую цель. Не обошли стороной задействование гироскопа и разработчики симуляторов.
Второй категорией пользователей по популярности являются представители сложных профессий, в которых требуется предельная точность. Так, например, некоторые автослесари могут определять правильность установки деталей, всего лишь приложив телефон к ним. Строители проверяют ровность несущих конструкций – информация о градусе расположения выводится прямо на экран.
Выводы
Гироскоп – это сложное устройство, без которого не обходится ни один современный смартфон. Его изобретение и внедрение в мобильные аппараты позволило значительно расширить функциональные возможности. Телефон, где есть собственный гиродатчик, можно использовать не только для совершения звонков, но и определения углов объектов, текущего направления объекта в пространстве и так далее. Даже для принятия входящего вызова достаточно легко встряхнуть свой телефон и начать диалог, не нажимая никаких кнопок, не касаясь экрана.
Производители постоянно совершенствуют конструкцию гироскопов. Поэтому современные модели не требуют так много энергии, как раньше. Даже если вы не пользуетесь гироскопом , не выключайте его, но при условии, что он не мешает.
В противном случае (например, при чтении электронной книги лежа на диване) его все-таки придется деактивировать. Без гироскопа мы не могли бы полноценно ориентироваться в условиях пребывания на незнакомой территории. Гиродатчик по праву можно считать одним из самых важных элементов современных телефонов и планшетов, увеличивающим количество полезных функций.
Для каждого современного смартфона обычным делом является оснащение различными датчиками. К примеру, в смартфонах датчики отвечают за освещенность, приближение, магнитометрию, ускорение, приближение, измерение расстояния. Кроме того, смартфоны оснащаются акселерометрами и гироскопами. Вот о последнем мы и поговорим, поскольку многих интересует – что такое гироскоп, который зачастую работает в тандеме с акселерометром, а также – как им пользоваться?
Примечательно, что гироскоп был изобретен еще в середине XIX столетия французским ученым Леоном Фуко. С помощью изобретенного им гироскопа Фуко проводил наблюдения суточного вращения Земли. Что касается современных гироскопов, они применяются не только для того, чтобы определить вращение тела. Их основное предназначение – определить угол отклонения определенного тела по отношению к плоскости. Очень часто в смартфонах гироскоп работает в паре с акселерометром, благодаря чему можно отслеживать и фиксировать движение, причем в данном случае это касается трехмерного пространства.
Интересно, что первый смартфон, в спецификациях которого фигурировал гироскоп, стал «яблочный» гаджет iPhone 4. А, поскольку очень часто компания Apple выступает в роли законодателя моды, многие производители мобильных аппаратов подхватили идею и стали также оснащать свои смартфоны гироскопом. Справедливости ради стоит заметить, что применение гироскопа является не просто трендом, когда практическая польза вызывает сомнение. Применение гироскопа на самом деле привнесло пару совершенно новых и интересных возможностей. Как уже было сказано, в смартфонах гироскоп как правило применяется вместе с акселерометром, благодаря чему устройство становится более чувствительным к изменению положения, к примеру, это касается наклона, поворота и прочих даже самых незначительных движений. Такое оснащение с определенным программным обеспечением может обеспечить защиту смартфона во время его падения или удара.
Рентген гироскопа в iPhone 4
Кроме того, чтобы можно было полноценно взаимодействовать с гарнитурой виртуальной реальности гироскоп является просто незаменимой вещью, поскольку с его помощью происходит определение движения смартфона во всех направлениях. Иными словами, для того, чтобы нормально взаимодействовать с виртуальной реальностью, необходимо точное определение человека в пространстве, для чего собственно и нужен гироскоп. И, несмотря на то, что на сегодняшний день даже недорогие аппараты оснащена акселерометром, но для работы с приложениями виртуальной реальности его датчиков недостаточно по причине многих погрешностей и невозможности определения поворотов и движения в горизонтальной плоскости. Для наиболее эффективного погружения в виртуальную реальность требуется как акселерометр, так и гироскоп.
По своей сути, гироскоп в смартфоне является микроэлектромеханическим преобразователем угловых скоростей в электрический сигнал. Иными словами, в способность гироскопа входит расчет изменения угла наклона по отношению к оси в процессе поворота смартфона. Гироскоп относится к такому типу микроэлектромеханических систем (МЭМС), в которых присутствует как механическая, так и электронная часть. Размер такого чипа в среднем достигает нескольких миллиметров или даже меньше.
Между тем, современные мобильные аппараты оснащены гироскопом в основном для того, чтобы улучшить качество игры. Чтобы играть в гонку или другую игру на смартфоне уже не нужны виртуальные джойстики. Управление автомобилем или вертолетом можно осуществлять, просто изменяя положение смартфона в пространстве – наклоняя его вправо или влево, на себя или от себя, а также вперед или назад, держа его горизонтально. Гироскоп также умеет определять скорость, с которой аппарат перемещается. К примеру, для того, чтобы управлять игрой, можно воспользоваться не только поворотом смартфона, но и скоростью поворота. Благодаря этому не только играть, но и управлять смартфоном в целом можно более точно и удобно.
Вдобавок ко всему, гироскоп в смартфоне можно использовать для того, чтобы определить текущее местоположение на местности. С помощью смартфона, в оснащение которого входит гироскоп удобно определять направленность движения. В частности, это можно сделать с помощью GPS-навигации, когда карту можно повернуть в нужную сторону. Это можно сделать, просто повернувшись со смартфоном в руках в нужную сторону по отношению к искомому объекту, например, населенному пункту – карта также повернется в нужную вам сторону. Познавательную статью о том, какая разница между GPS и A-GPS вы найдете на нашем портале.
Чем отличается акселерометр от гироскопа
Между тем, раз уж мы упомянули об акселерометре, не вдаваясь в лишние подробности, коротко отметим, в чем заключается основное отличие акселерометра от гироскопа. Если коснуться основных отличий акселерометра и гироскопа, то стоит упомянуть о принципе их работы. В случае с гироскопом происходит вычисление угла наклона по отношению к земле, в то время как в возможности акселерометра входит подсчет собственного ускорения, также – относительно к земле. Как показывает практика, оба этих аппаратных компонента могут служить как поодиночке – хотя в некоторых случаях недостаточно эффективно – так и дополнять друг друга. Поэтому на сегодня подавляющее большинство смартфонов получают в оснащение как гироскоп, так и акселерометр.
В заключение стоит отметить, что некоторые пользователи предпочитают отключить гироскоп на смартфоне. Обусловлено это тем, что многие программы могут реагировать на изменение положение в пространстве с некоторым запозданием. Например, при просмотре картинок или фотографий, ориентация страницы может меняться при малейшем изменении положения тела, что может нервировать.
Сейчас все смартфоны оснащены как минимум одним датчиком, а чаще всего несколькими. Самыми распространенными стали датчики приближения, освещения и движения. Большинство смартфонов оснащены акселерометром, реагирующим на перемещение устройства в двух или максимум в трех плоскостях. Для полноценного взаимодействия с гарнитурой виртуальной реальности нужен гироскоп, который определяет движения в любом направлении.
Гироскоп в смартфоне – это микроэлектромеханический преобразователь угловых скоростей в электрический сигнал. Другими словами этот датчик рассчитывает изменение угла наклона относительно оси при повороте устройства.
Гироскоп относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), которые совмещают в себе механическую и электронную часть. Подобные чипы имеют размеры порядка пары миллиметров или меньше.
Обычный гироскоп состоит из инерционного предмета, который быстро вращается вокруг своей оси. Тем самым он сохраняет свое направление, а смещение контролируемого объекта измеряется по изменению положения подвесов. В смартфоны такой волчок явно не поместиться, вместо него используется МЭМС.
Преобразование механического движения в электрический сигнал
В самом простом одноосевом гироскопе есть две подвижные массы, двигающиеся в противоположных направлениях (на картинке изображены синим цветом). Как только прикладывается внешняя угловая скорость, на массу действует сила Кориолиса, которая направлена перпендикулярно их движению (отмечена оранжевым цветом).
Под действием силы Кориолиса происходит смещение масс на величину пропорциональную прикладываемой скорости. Изменение положения масс меняет расстояние между подвижными электродами (роторами) и неподвижными (статорами), что приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно напряжения на его обкладках, а это уже электрический сигнал. Вот такие множественные сигналы и распознаются гироскопом MEMS, определяя направление и скорость движения.
Вычисление ориентации смартфона
Микроконтроллер получает сведения о напряжении и преобразует их в угловую скорость в данный момент. Величину угловой скорости можно определять с заданной точностью, например до 0,001 градусов в секунду. Чтобы определить насколько градусов вокруг оси повернули устройство, необходимо мгновенную скорость умножить на время между двумя показаниями датчика. Если использовать трехосевой гироскоп, то получим данные о поворотах относительно всех трех осей, то есть таким образом определить ориентацию смартфона в пространстве.
Здесь стоит отметить, что для получения значений углов, необходимо интегрировать первоначальные уравнения, в которые входят угловые скорости. При каждом интегрировании увеличивается погрешность. Если вычислять положение только при помощи гироскопа, то со временем рассчитываемые значения станут некорректными.
Поэтому в смартфонах для точного определения ориентации в пространстве необходимы данные еще и акселерометра. Этот датчик измеряет линейное ускорение, но не реагирует на повороты. Оба датчика способны полностью описать все виды движения. Основное преимущество гироскопа над акселерометром в том, что он реагирует на движение в любом направлении.
Зачем нужен гироскоп в смартфоне
Повышенное внимание этому датчику оказывается последние пару лет, когда активно начали развиваться игры и приложения виртуальной реальности. Для взаимодействия пользователя с виртуальной реальностью программе необходимо точно определить положение человека в пространстве. Сейчас даже в самых бюджетных смартфонах установлен акселерометр, но его показания сопровождаются шумами, и датчик не реагирует на повороты и движения в горизонтальной плоскости. Следовательно, для полного погружения в виртуальную реальность в смартфоне обязательно должен быть гироскоп и акселерометр.
Как узнать есть ли в смартфоне гироскоп
Обычно в характеристиках смартфона указано, какие в нем есть датчики. Если же вы сомневаетесь в правдивости информации, то помогут специальные программы. Например, Sensor Box for Android показывает информацию о всех встроенных датчиках. Гироскоп в нем обозначен как Gyroscope. Есть и другие способы, которые мы
Гироскоп — это такое устройство, которое способно реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчета. Простейший пример гироскопа — игрушка волчок.
Считается, что гироскоп был создан немецким астрономом и математиком Иоанном Боненбергером в 1817 году, хотя есть другие данные, в которых Боненбергер упоминается в качестве создателя устройства еще в 1813 году.
Гироскопы применяются в судоходстве, космонавтике, авиации, в бытовой технике, игрушках и т.д. Разумеется, применяется гироскоп и в мобильных устройствах.
Бытует мнение, что гироскоп — это тоже самое, что и , но это совсем не так. Если последний измеряет проекцию кажущегося ускорения, то гироскоп фиксирует положение объекта в пространстве относительно трех плоскостей. Впрочем, функции эти два устройства выполняют схожие: гироскоп отвечает за небольшие движения в любой плоскости, в то время как акселерометр — за поворот дисплея. Как бы там ни было, если в вашем девайсе устанавливаются оба этих устройства, он куда лучше и быстрее реагирует на различные движения.
Для чего нужен гироскоп?
Используется гироскоп для различных целей. К примеру, во многих устройствах есть возможность использования различных функций с помощью встряхивания. Например, потряхиванием можно ответить на звонок или переключить песню в плеере.
Разумеется, используется гироскоп и в играх. И хотя большую часть роли исполняет акселерометр, вкупе с гироскопом игра становится намного более интереснее за счет реалистичной картинки, когда вход в поворот на виртуальной машине схож с поездкой на реальном автомобиле.
В этой заметке речь пойдет о паре миниатюрных приспособлений, которые встраиваются во многие современные электронные устройства: плееры, планшеты, коммуникаторы, фото- и видеокамеры. А именно - о гироскопе и акселерометре. Стоит, кстати, сказать, что синонимом слова «гироскоп» является слово «гиродатчик», а синонимом «акселерометра» - G-сенсор. Сами же гироскоп и акселерометр - вещи разные (некоторые их путают), но они отлично дополняют друг друга, работая в паре.
Акселерометр (G-сенсор) - это миниатюрное устройство, которое, если говорить научным языком, измеряет проекцию кажущегося ускорения. Если говорить проще, то оно определяет угол наклона устройства относительно поверхности Земли. Программное обеспечение, получающее информацию об угле наклона с акселерометра, поворачивает изображение на экране. Например, на устройстве с G-сенсором для перехода в альбомную (ландшафтную) ориентацию экрана достаточно всего лишь повернуть устройство на 90 градусов. Изображение на экране повернется как бы «само», так как сработает акселерометр.
Гироскоп (гиродатчик) - это приспособление, которое служит для определения ориентации устройства в пространстве, для отслеживания его перемещения. Программное обеспечение, используемое вместе с гироскопом, способно быстро реагировать на перемещение устройства в пространстве и принимать соответствующие решения. Например, в ноутбуках гироскоп позволяет быстро включить режим фиксации жесткого диска в случае падения или просто резкого перемещения устройства. Это очень полезно, поэтому желательно, чтобы покупаемый вами ноутбук/нетбук был оснащен гиродатчиком. Впрочем, во многих ноутбуках для аналогичных целей используется и акселерометр.
В современных коммуникаторах, телефонах и планшетах акселерометр и гироскоп используются также как важные элементы управления игровым процессом. В результате у игрока появляется возможность управления, например, виртуальным автомобилем в каких-нибудь гонках простыми поворотами, встряхиваниями и прочими движениями устройства. И, естественно, спектр игр не ограничивается только гонками. Существует огромное количество самых разных игр, использующих гироскоп и акселерометр как средство управления. Все это делает игровой процесс более увлекательным и интерактивным.
В ряде устройств программное обеспечение также может использовать акселерометр и гироскоп в самых различных случаях. Например, на коммуникаторах iPhone в портретной (стандартной) ориентации экрана калькулятор самый обычный - отображаются лишь кнопки с цифрами и простейшими арифметическими действиями. А вот при повороте устройства на 90 градусов калькулятор автоматически переходит в профессиональный режим - появляются кнопки с тригонометрическими, логарифмическими и прочими функциями.
Помимо этого, в iPhone, iPod и iPad акселерометр задействуется музыкальным проигрывателем: в портретной (вертикальной) ориентации экрана на дисплее отображается список песен/авторов/альбомов, а при повороте устройства на 90 градусов происходит переход в своеобразный режим, который называется CoverFlow. На экране появляются изображения обложек альбомов, которые можно прокручивать простым движением пальца. Важно понимать, что акселерометр здесь выполняет только одну функцию: обеспечение автоматического перехода из стандартного режима в режим CoverFlow.
Еще одно применение описываемых датчиков можно увидеть в режиме навигации. Например, смотрите вы на устройстве (с GPS-модулем, конечно) карту местности. Карта эта - с помощью гироскопа - отображается в соответствии с вашим расположением; иными словами, на экране изображается схема той местности, которая находится прямо перед вами. Вы поворачиваетесь, и карта на экране тоже поворачивается. Фактически, карта всегда соотвествует направлению вашего взгляда/тела. Это очень практично.
Наконец, стоит отметить функцию шагомера, которой обладают некоторые устройства с акселерометром (например, плееры iPod Nano 5-го и 6-го поколений, коммуникаторы iPhone). Шагомер позволяет измерять пройденное за день расстояние (или же, к примеру, расстояние, которое вы пробежали за какое-то время). Правда, точность измерения зависит от многих факторов и иногда бывает весьма низка.
Как видите, акселерометр и гироскоп - вещи достаточно полезные, хотя жизненной необходимости в них, разумеется, нет. Хотелось бы также заметить, что гиродатчик и акселерометр не обладают телепатическими свойствами и реагируют на любые повороты и передвижения устройства, в том числе и случайные. Это, естественно, раздражает, и многие данные датчики просто-напросто отключают. Лично я - использую.
Отдельно стоит сказать несколько слов об акселеромтрах (G-сенсорах) в e-ink ридерах. Из-за специфики е-инк экрана (он отличается медлительностью), G-сенсор в ридере - удовольствие очень сомнительное. Если он ошибочно сработает, вам придется ждать, пока произойдет поворот изображения/текста на экране в ненужный вам режим, а потом - пока произойдет обратный поворот.
А ошибочные срабатывания, на самом деле, не так уж редки. Например, ложитесь вы с ридером на кровать или на диван, и G-сенсор подает сигнал - надо повернуть текст на экране. А вам это вовсе не требуется. Подождали, повернули текст обратно. Затем решили повернуться на бок. Снова сработал G-сенсор, и снова зря. Как видите, неудобно. Именно поэтому многие пользователи е-инк ридеров акселерометр отключают. И именно поэтому я не советую делать наличие акселерометра (равно как и гиродатчика) одним из критериев выбора ридера. Лучше, чтобы у ридера была возможность осуществлять поворот текста/изображения на экране при помощи одной кнопки. Вот это действительно удобно.
Раз уж я вспомнил про ридеры, то стоит сказать пару слов о читалках PocketBook, на которые можно установить дополнительную программу, которая называется FBReader 180 (распространяется она бесплатно). Данная программа обладает очень интересной функцией: листание наклоном устройства. Фактически, вы можете перелистывать страницы книг без нажатий на кнопки, достаточно просто наклонять устройство на определенный угол вправо/влево. Величина этого угла задается в настройках. Имейте в виду, что эта функция работает только на устройствах PocketBook со встроенным G-сенсором: модели 360, 360+, 602, 603, 612, 902, 903, 912.
Напоследок дам такой совет : если вы планируете пользоваться акселерометром или гиродатчиком устройства, обязательно проверьте корректность их работы при покупке, чтобы потом не было разочарования. И ещё я очень не советую покупать устройства со встроенным акселерометром без возможности его отключения. Такие устройства, к сожалению, выпускаются (обычно мелкими китайскими фирмами), и подчас они весьма раздражают своих владельцев ложными срабатываниями данного датчика.
И помните, что наличие и гироскопа, и акселерометра гораздо лучше наличия одного лишь акселерометра (G-сенсора). Гироскоп в паре с G-сенсором способен точнее определять положение устройства в пространстве, и возможностей интерактивного управления - например, в играх - будет больше.