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    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?比你想到的还要多

      [  中关村在线 原创  ]   作者:赵国庆   |  责编:周博林

    手机是硬件软件集合体,二者大家都不陌生,尤其是硬件部分,很多人都能随口说出几个——CPU处理器、扬声器、内存、马达、摄像头、各种传感器等等。不过,论及存在感,大部分人往往更关注处理器、摄像头、内存这一类的核心部件,对传感器反而知之甚少。

    而作为传感器中最特别的存在,大家对“陀螺仪”就更陌生了,这名字一听就很硬核,感觉十分高大上的样子,事实上也确实如此,现代社会几乎已经离不开“陀螺仪”的参与,其普遍应用于航空、航海、军事、生活娱乐等领域,而在智能手机上更是有着向标配发展的趋势。

    陀螺仪到底是什么?

    陀螺仪,用百度百科的话来说:是一种基于角动量守恒的理论,来感测与维持方向的装置。通俗点讲,你可以设想一只陀螺,当它旋转起来的时候,轴体的方向是不会被改变的,哪怕受到外力影响,也会在方向上保持恒定如一,这就是角动量守恒原理。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗?
    飞行器陀螺仪示意图

    而依据此理论研制而出的陀螺仪,天生具备抗拒方向改变的特性,其转轴的指向不随承载它的支架旋转而变化,因此可以用来测量方向、角速度等。

    智能手机上的陀螺仪都长什么样?

    传统机械陀螺仪应用广泛,不过因为转子需要与轴承直接接触,存在很大的摩擦力,所以精度会有损失,但可靠性不错,现在还被用于一些对精度要求不高的作业环境中。后来有了浮力、静电陀螺仪,可以利用悬浮力、静电磁场凭空托起转子,没有摩擦力,也带来更高的精度。

    接下来陀螺仪又有了诸多发展,包括常用于导弹制导的挠性陀螺仪以及用于空间飞行器导航的激光陀螺仪等等,但不管哪一种,显然并不适合用在智能手机上,毕竟手机内部空间就那么大点,大部分陀螺仪的体积都无法满足装载需求,于是一种可以用在手机上的“小型化”传感器——MEMS(微机电)陀螺仪诞生了。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗? MEMS(微机电)陀螺仪

    微机电陀螺仪最大的意义在于对陀螺仪用于日常生活起到了普及作用,它成本低、价格便宜、寿命久、功耗低、容易批量生产,关键是体小量轻,更符合电子元件的发展趋势,被塞进诸如手机一类的小型终端里十分合适。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗? 主板上陀螺仪元件(图源网络)

    从外观上看,手机微机电陀螺仪和一枚普通的芯片没太大区别,其通常被集成于主板之上,所以它并不是一个独立的元器件,一般拆机也不会闲的没事把陀螺仪拆下来。

    微机电陀螺仪工作原理

    虽然都叫“陀螺仪”,不过智能手机上的微机电陀螺仪和传统的机械陀螺仪已经是两码事了。顾名思义,陀螺仪就是一个不停转动的物体,但你没法想象怎么把这种空间结构的物体实现在微米级甚至纳米级层面上的“小型化”,更别说还需要整合成一整个单元的微型系统,因此微机电陀螺仪与传统机械陀螺仪在原理上有着很明显的不同。

    微机电陀螺仪则是在传统“陀螺仪”理论的基础上,通过利用一种“科里奥利力”,在内部产生微小的电容变化,此时的电容变化就好比角速度,只要测量出电容值,就能计算出角速度,从而替代机械测量。当然,这其中的计算过程还是非常复杂的,但原理上大差不差,我们可以视之为在硅基板上完成的角速度测量。

    手机上的陀螺仪有什么用?

    当然,废了九牛二虎之力也要给手机装上微机电陀螺仪,自然也是有大用途的。远的不说,熟悉《和平精英》的小伙伴应该都晓得,在游戏设置中就有“陀螺仪开启/关闭”的选项卡,只不过并不是每一名玩家都知晓这个选项到底有何作用,也很少有人深究这个功能开启和不开的区别是什么。

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    其实,开启手游陀螺仪功能后,游戏操作就不再局限于手机屏幕了,《和平精英》的压枪操作也由原来单纯手指移动按压屏幕改成了一面按压屏幕,一面及时调整手机前倾或后仰姿势来实现,看起来很难的样子,事实上也确实如此,很多玩家开启了此项功能,但并没有发现有何不同,一般也只有经历反复练习后才有体会。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗? 手游《狂野飙车》系列

    对于手游而言,陀螺仪影响最大的非体感游戏莫属了,尤其是赛车、飞机或者体育类游戏,通过调整手机姿势便可以实现对游戏角色的精准控制,手机上下左右的摆动,镜头视角也会在3D空间里上下翻飞,带来了不错的代入感和沉浸感。

    而没有陀螺仪的机型,只能感受到水平方向的转角,感受不到任意方向上的转角。所以说,几乎所有的需要感知三维空间变化的游戏,都需要用到陀螺仪。

    除此之外,手机上的陀螺仪还对拍照有着至关重要的影响。拍照时,最忌讳手抖,很容易弱化成像质量,但有了陀螺仪的参与后,就能够检测出手机拍照时的运动倾向,并将手抖产生的偏差反馈给图像处理器,这个时候通过一些拍照算法,手机便可以对拍摄时产生的抖动幅度进行补偿,从而让所拍摄的画面效果更好,更清晰。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗?
    谷歌Pixel手机

    这其中最典型的代表便是谷歌Pixel手机,它的电子防抖便是通过配合陀螺仪实现的。另外,OPPO Reno系列早期的一些机型也曾通过改变和提升陀螺仪灵敏度,从而快速针对剧烈抖动场景做出补偿,使得拍摄出的视频更为稳定清晰。

    另外一方面,陀螺仪自被发明伊始,就一直被用于导航。比如在没有全球定位系统的二战时期,德国人的V2导弹便是靠着陀螺仪的导航,一枚枚被送到了几百公里外的伦敦,给伦敦人民造成了巨大的灾难。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗?
    V2导弹袭击伦敦

    如今,大部分手机的导航系统都会采用陀螺仪+GPS相结合的导航机制,比如当通过一个隧道时,GPS导航信号可能丢失,但手机上的导航地图依旧会有路线提示,这就是陀螺仪通过感知方向和速度,模拟出的行进轨迹。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗?

    因此,陀螺仪一般只是用来辅助惯性导航而已,如果没有GPS模块,光有一个陀螺仪是没用的。但如果没有陀螺仪,配备有GPS模块的手机依旧可以进行导航,只不过导航机制发生了变化而已。

    除了在游戏、拍照、导航上有着重要作用外,陀螺仪还着重提升了用户用机体验。举个例子,很多手机桌面系统支持摇一摇补齐桌面,这就是对陀螺仪的一种灵活应用;很多小伙伴经常用到的一些运动软件,其中的计步功能、轨迹显示也和陀螺仪有着密切关系;此外,用手机看VR全景视频也是必须要用到陀螺仪的。

    怎么才能判断自己的手机是否配备陀螺仪?

    陀螺仪这么好,那怎么才能判断自己的手机是否配备有陀螺仪呢?最简单的方式便是下载一些手机检测软件,比如安兔兔鲁大师、手机大师等等,都可以对手机是否配备陀螺仪进行检测。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗?

    除此以外,也可以下载一些体感游戏,只要在3维空间中的可以向着任意方向移动,那么这款手机也会带有陀螺仪传感器。最后,也可以直接去手机官方网站进行查询,一般在参数介绍中都会有所提及,如果没有提到,大概率是不具备的。

    手机陀螺仪除了玩游戏还有什么用?你的手机也有吗? 华为P40支持陀螺仪(图源华为官网)

    同时,微机电陀螺仪看似高大上,其实价格并不贵,大部分机型还是会配备的,只有少数千元机会碍于成本问题,选择将其阉割掉。但一般也会通过设置虚拟陀螺仪的方式,实现一些必要的功能,比如3D体感游戏等等。

    结语:

    手机陀螺仪虽然个头不大,也容易被大家忽略,但要说它不重要显然是有失偏颇的。如果你在购买手机时,尤其是千元机、平价机,日常又对游戏、拍照、导航比较在意,那么还是看仔细所购机型是否配备陀螺仪传感器,毕竟有和没有,在体验上多多少少还是会有一些差异的。

    总之,陀螺仪传感器是手机上一款很重要的元器件,它的存在,是对手机某些方面体验的一个升级。幸运的是,自从第一款搭载陀螺仪传感器的手机iPhone 4诞生以来,这个小部件正在趋向标配发展,而随着微机电陀螺仪在日常生活应用中的迅速普及,相信未来不单单在手机领域,在国防、航天、汽车、物联网、可穿戴设备、无人机等等行业也会有更大的发展和突破,届时陀螺仪传感器也将发挥更多关键作用。

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