Unity Gyro Camera ---- 传感器控制摄像头旋转 + 正北校准 （纯原生支持Android+IOS，无需安装ARKit，ARCore等插件）

Unity Gyro Camera

传感器控制摄像头旋转 + 正北校准

纯原生支持Android+IOS，无需安装ARKit，ARCore等插件

这篇文章主要介绍如何利用手机原生的传感器，控制摄像头的旋转，最终可以实现AR或者VR的摄像头旋转控制

问题提出

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　　虽然，目前有一些用手机传感器控制虚拟摄像头旋转的方案，但是实际在一些应用中，需要手机的旋转和物理世界的是一样的。也就是说，如果手机朝着物理世界的正北方向，游戏里的场景也是朝着正北方向的。如果您不需要做正北的校准，那么可以忽略这篇文章，Unity官方文档就有实现方式。

目前情况

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　　虽然，目前网络上（无论国内还是国外）都有一些案例在Unity中利用传感器控制虚拟摄像头旋转的操作，但是总体来说存在以下的问题：

1. 网上的方案都太旧了，适配Unity5或者IOS很早的版本
2. 网上的方案层次不齐，有的方案写的代码太复杂了，最后化简下来都一样，但可能就看到一个复杂的方案，研究半天
3. 目前的方案，在安卓下可以很好的解决问题（旋转和物理正北是一致的），但是在IOS的手机上却不成功，没有做正北的校准
4. 网上又Unity Store中的方案，但是需要花钱购买（实际我购买后发现还是有问题的）
5. 屏幕不同转向，结果不一样，有错误
6. 或者需要安卓ARKit或者ARCore，ARFoundation等插件（如果要安装ARKit还需要申请摄像头访问权限，但实际上如果在VR的环境，完全不需要用到摄像头）

https://discussions.unity.com/t/how-can-i-make-the-camera-rotate-with-gyroscope-appropriately/220673

Unity gyroscope: Explained with code examples - VionixStudio

GitHub - Deankovitch/UnityGyroAccelCamera: Some way to make gyroscope and accelerometer work on all devices, in all Unity versions, using AHRS algoritm

Using gyroscope to control a camera? - Questions & Answers - Unity Discussions

[Sharing] Gyroscope Camera Script (iOS tested) - Unity Engine - Unity Discussions

Sensor Camera (Not AR): Gyroscope & Accelerometer | 镜头 | Unity Asset Store

GitHub - hbollon/GyroscopeControl: 🌀 Unity script used for smooth and customizable object rotation with gyroscope (initially configured to rotate x and z axis using x and y axis of gyro but can be easily edited). It include initial calibration with offset, rotation speed (Time.deltaTime * velocity), smoothing parameter editable in Unity inspector and debug overlay.

Quaternions applied to Sensor Fusion: gyro.attitude with compass - Questions & Answers - Unity Discussions

Match Unity camera with iPhone camera - Unity Engine - Unity Discussions

About attaching the unity camera to a gyro + magnetometer - Unity Engine - Unity Discussions

目标

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    所以，我们要实现的目标是：

1. 兼容安卓/IOS
2. 有正北校准
3. 无需安装多余插件
4. 无需创建多余游戏物体，直接代码附加在要控制的组件（虚拟摄像头）
5. 支持各种屏幕旋转方向

问题的产生

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之所以，在安卓的环境下，不会有正北校准的问题，是因为Unity的接口: 

Input.gyro.attitude

本身已经融合了地磁的数据，所以无论手机在什么方向，都可以和物理的世界保持一致。但是IOS系统中，并没有做融合，需要手动操作。

虽然，我们可以通过：

Input.compass.trueHeading;
Input.compass.magneticHeading;

两个值，拿到当前物理正北的朝向，但是注意，这里返回的朝向是和屏幕方向密切相关的。它返回的值是，手机下方到上方的这条直线所在的方向，和物理世界的北极之间的角度。如果手机屏幕发生了旋转，最下方和最上方所在的轴并不是垂直与水平面的话，那么这个值是不准确的。

 例如上方的示意图，在手机完全水平（从下往上的轴在水平面的时候），这个时候的trueHeading或者magneticHeading的值，是和正北的夹角，但是当手机不是水平的时候（图例右侧），则这个角度（橙色的角）并不是真的正北朝向，而是蓝色角度，即手机从下往上的轴在水平面的投影与正北的夹角。

解决方案

综上所述，可以按照以下的代码完成最后的正北校准。

using UnityEngine;

public class GyroWithCompass : MonoBehaviour
{
    private double _lastCompassUpdateTime = 0;
    private Quaternion _correction = Quaternion.identity;
    private Quaternion _targetCorrection = Quaternion.identity;

    void Start()
    {
        Input.location.Start();
        Input.gyro.enabled = true;
        Input.compass.enabled = true;
    }

    void Update()
    {
        //当前陀螺仪的值
        Quaternion q = Input.gyro.attitude;
        //转到unity坐标系
        Quaternion gyro = new(q.x, q.y, -q.z, -q.w);
        //因为在AR/VR环境，我们希望手机是竖起来的，所以需要x轴旋转90度
        Quaternion gyroOrientation = Quaternion.Euler(90, 0, 0) * gyro;
#if UNITY_ANDROID
        transform.rotation = gyroOrientation;
#else
        //下面需要做正北校准
        //如果地磁计有新数据的时候
        if (Input.compass.timestamp > _lastCompassUpdateTime)
        {
            //存储刷新时间，以便判断是否有更新
            _lastCompassUpdateTime = Input.compass.timestamp;

            //根据水平仪（重力传感器，将手机从下网上的轴投影到水平面）
            Vector3 gravity = Input.gyro.gravity.normalized;
            Vector3 flatNorth = Input.compass.rawVector -
                Vector3.Dot(gravity, Input.compass.rawVector) * gravity;
            Quaternion compassOrientation = Quaternion.Inverse(Quaternion.LookRotation(flatNorth, -gravity));
            //转换到Unity坐标
            compassOrientation.z *= -1;
            compassOrientation.w *= -1;
            //计算最终正北校准需要的旋转四元数
            _targetCorrection = compassOrientation * Quaternion.Inverse(gyroOrientation);
        }
        //滤波
         _correction = Quaternion.Slerp(_correction,_targetCorrection,0.1f);
        //赋值
        transform.rotation = Quaternion.Euler(0, 180, 0) * _correction * gyroOrientation;
#endif
    }
}