一文教你如何用 Python 将 iPhone “玩弄于股掌之中”！

关于 iOS 的技术解读有很多，但是却鲜有设备可视化同步的介绍文章。本文一起了解下这个酷炫的 iOS 黑科技。

以下为译文：

一直以来，我可能都定义错了“量子纠缠（Quantum Entanglement）”这个古老的力学技术。通过实验我发现，利用它甚至可以应用到技术领域，实现酷炫的设备同步！下面我们来一步步验证看看吧。

我们的任务很简单——如上图所示，实时获取设备的当前方向。

UIDevice.current.orientation

首先，需要调用

beginGeneratingDeviceOrientationNotifications() 

但仅仅这样还不行。因为如果设备上的旋转被锁定了，那么就不会产生以上通知。我的相机应用程序从头到尾都需要知道方向——所以我意识到我需要直接根据设备的加速度计算方向。

......情况不妙，这比我一开始想的复杂多了。

不过，运行 Core Motion 也并不是难事。一个简单的 import CoreMotion，之后可以使用 CMMotionManager() 来创建一个移动管理器。然后通过向该移动管理器的 startDeviceMotionUpdates 传递闭包和队列来接收值。

import CoreMotion
let motionManager = CMMotionManager()
let queue = OperationQueue()
motionManager.startDeviceMotionUpdates(to: queue) { (data: CMDeviceMotion?, error: Error?) in
    guard let data = data else {
        print("Error: \(error!)")
        return
    }
    let attitude: CMAttitude = data.attitude
    print("pitch: \(attitude.pitch)")
    print("yaw: \(attitude.yaw)")
    print("roll: \(attitude.roll)")                                                  
} 

好了，现在有了这些值，我们该做些什么呢？这是一个较难的部分。如果将所有内容都输出到控制台，那么我们很快就会被大量数据淹没。我认为还是在屏幕上显示这些值比较好。

但是，等等，如果将数值显示在图表上，会怎么样？别想图表了，我们可以来用开源的 Blender 试试，它可以实现这些值的可视化，并且很容易扩展。

这不是在为 Blender 打广告，只纯粹探讨利用其技术实现的可视化功能。

经过深思熟虑后，我打开了 Blender.org，并下载了最新版本。下载好后，搜索“iPhone 3D 模型”并点击第一个结果，它还自带 .blend 文件，非常棒。

打开该文件后，屏幕中间会显示一个漂亮的 iPhone 6 的模型。漂亮！所以我们只需要将这个模型与真正的 iPhone 通过量子纠缠在一起。

事实上，我也不知道这个屏幕上绝大部分控件是干什么用的

我之前从未使用过 Blender，所以我在 Google 上搜索了一大堆东西，并试图找出正确的搜索条件，以获得足够的知识来完成我想做的事情。

最终我发现下一步是使用 Text Editor 面板。因此，我通过点击 Blender 窗口左下角的小时钟图标，将 Timeline 面板改成了 Text Editor 面板。

点击底部中心的小按钮+，就可以创建新的文本文件。如果你希望按照本文描述按部就班，那么请将其命名为 Motion Server。

Blender 插件是用 Python 编写的。在新的编程环境中要做的第一件事，就是在控制台输出一些东西。因此，输入 print("hi") 并单击 Run Script 就可以确认控制台输出。

你应该看不到有文字输出。我甚至检查了 macOS 控制台应用程序，空空如也。好吧，让我们将右下方的面板变更为 Python 控制台。

现在我们只需输入 print("hi")，但是我们想要使用之前写的代码，免得之前敲键盘的努力白费了。我们可以复制并粘贴以下代码到控制台：

exec(compile(bpy.data.texts[‘Motion Server’].as_string(), Motion Server’, ‘exec’))

按 Enter 键运行该代码段，然后在控制台中显示 “hi”。 搞定！

刷新监控台

然而 Blender 并不是很好的代码编辑器，所以我们还是使用钟爱的外部编辑器吧。为了调用外部文件，我们可以将 print("hi") 替换成以下代码：

import bpy
import os
filename = os.path.join(os.path.dirname(bpy.data.filepath), "server.py")
exec(compile(open(filename).read(), filename, 'exec'))

下一步，我们需要在与 .blend 文件相同的文件夹中创建新的 server.py 文件，我们真正的代码就要保存在这里。现在我们可以用任何编辑器打开它，你可以选择 Atom、Sublime，甚至 Word 2007 都行。

我不是 Python 专家，所以我不得不在 Google 上搜索如何使用数组，以及如何解析 JSON。

最终，在一连串的复制和粘贴之后，我的服务器开始运行了。

我们使用的是 Python 的 C 语言绑定，所以实际上它是非常底层的代码。我们绑定一个 TCP 套接字来监听所有的接口，然后循环接受新的连接，并调用 select 来检查任何可读的连接。所有这些工作都需要在一个新的线程中完成，以免阻塞 Blender 的主线程。因为这种行为可能会让 Blender 锁死，这不是闹着玩的事儿。

有趣的是，重新运行上面的脚本会覆盖我们的全局函数，所以可以使用它在不断开客户端的情况下更新功能，这样修改代码就更容易了。

一旦连接可读，就读取数据，解析 JSON，并将生成的对象发送给 receivedMotionData。该函数引用当前屏幕上的 iPhone 对象。我们可以使用右上角的面板重命名 iPhone，以便我们的代码正常工作。

Cube 并不是立方体，来改个名

找到该 Cube 对象，点击右键并选择重命名，重命名为 iPhone。现在让我们再来看一看 server.py。

import socket
import select
import json
import threading
import traceback
class ServerThread(threading.Thread):
    def __init__(self):
        threading.Thread.__init__(self)
        self.running = True
    def stopServer(self):
        self.running = False
        self.server.running = False
    def run(self):
        try:
            self.server = Server()
            while self.running:
                self.server.receive()
        except:
            pass
class Server:
    def __init__(self):
        self.socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        self.socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1)
        self.socket.setblocking(False)
        self.socket.bind((str(socket.INADDR_ANY), 9845))
        self.socket.listen(2)
        self.running = True
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.socket.close()
    def receive(self):
        pairs = []
        timeout = 1
        while self.running:
            sockets = list(map(lambda x: x[0], pairs))
            if len(pairs) > 0:
                read_sockets, write_sockets, error_sockets = select.select(sockets, [], [], timeout)
                for sock in read_sockets:
                  data = sock.recv(4096)
                  if not data :
                    print('Client disconnected')
                    pairs = []
                  else :
                     self.connectionReceivedData(connection, data.decode())
            try:
                try:
                    connection,address = self.socket.accept()
                    print("new connection: ", connection)
                    pairs.append((connection, address))
                except:
                    pass
            except:
                pass
        for pair in pairs:
            (connection, address) = pair
            connection.close()
    def connectionReceivedData(self, connection, data):
        try:
            motionData = json.loads(data)
        except json.decoder.JSONDecodeError:
            print("Invalid JSON: ", data)
            return None
        receivedMotionData(motionData)
# This is a global so when we run the script again, we can keep the server alive
# but change how it works
import bpy
def receivedMotionData(motionData):
    phone = bpy.context.scene.objects["iPhone"]
    phone.rotation_quaternion.x = float(motionData['x'])
    phone.rotation_quaternion.y = 0 - float(motionData['z'])
    phone.rotation_quaternion.z = float(motionData['y'])
    phone.rotation_quaternion.w = float(motionData['w'])
    pass
try:
    if serverThread.running == False:
        serverThread = ServerThread()
        serverThread.start()
        print("Starting server")
    else:
        print("Server already running, using new motion handler.")
except:
    serverThread = ServerThread()
    serverThread.start()
    print("Starting server")

乍一看上去很多代码的样子。

将上面的代码放到 server.py 中，然后在 Python 控制台中按方向键上，调用最后一个执行语句。服务器运行后，控制台现在应该显示说“服务器已启动”。现在我们快速地测试一下。创建一个名为 client.py 的新文件，并保存以下代码：

import socket
send = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
send.connect(("localhost", 9845))
send.send("{ \"x\": 1.2, \"y\": 0, \"z\": 1.2, \"w\": 0}")
send.close()

如果你使用的是 Sublime，可以点击 Tools - > Build 菜单项运行它。否则，可以在终端上，使用 python /path/to/client.py 运行。

检查 Blender，你应该看到 iPhone 根本没有改变。这是因为上面的脚本使用四元组设置了 iPhone 的旋转角度，并且它使用了欧拉角进行旋转。需要做一些修改。将 Python 控制台面切换到 “Properties”，然后单击该面板顶部的橙色立方体图标。中部 Transform 的下面，点击 XYZ Euler 并选择 Quaternion。现在尝试再次运行 client.py。

你应该看到 iPhone 立即翻转过来了。不要惊慌，这就是我们想要的。现在，我们需要让这个模型跟着实际的 iPhone 旋转。

上述步骤成功后，你应该看到这样的效果

我们需要将运动数据从 iPhone 发送到运行 Blender 的计算机。感谢上苍我们不需要深入到 Swift 中的原始 C 套接字级别，因为 Foundation 具有抽象。

我们可以将以下代码放入新的 iOS 项目中，以替换默认的 ViewController。请确保使用计算机的本地 IP 地址替换 host 变量。

import UIKit
import CoreMotion
class CoreMotionViewController: UIViewController, StreamDelegate {
    let motionManager = CMMotionManager()
    let queue = OperationQueue()
    let host = "192.168.1.2"
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        setUpStreams(host: host)
        motionManager.startDeviceMotionUpdates(to: queue) { (data: CMDeviceMotion?, error: Error?) in
            guard let data = data else {
                print("Error: \(error!)")
                return
            }
            let attitude: CMAttitude = data.attitude
            let quaternion = attitude.quaternion
            var motionData = MotionData()
            motionData.x = quaternion.x
            motionData.y = quaternion.y
            motionData.z = quaternion.z
            motionData.w = quaternion.w
            let encoder = JSONEncoder()
            do {
                let json = try encoder.encode(motionData)
                self.send(data: json)
            } catch let error {
                print("Couldn't send data, error: \(error)")
            }
        }
    }
    // MARK: - Streams
    var inputStream: InputStream?
    var outputStream: OutputStream?
    func setUpStreams(host: String) {
        var readStream: Unmanaged?
        var writeStream: Unmanaged?
        CFStreamCreatePairWithSocketToHost(kCFAllocatorDefault,
                                           host as CFString, 9845,
                                           &readStream,
                                           &writeStream)
        inputStream = readStream!.takeRetainedValue()
        outputStream = writeStream!.takeRetainedValue()
        guard let inputStream = inputStream, let outputStream = outputStream else {
            print("Failed to create streams")
            return
        }
        inputStream.delegate = self
        outputStream.delegate = self
        inputStream.schedule(in: .current, forMode: .commonModes)
        outputStream.schedule(in: .current, forMode: .commonModes)
        inputStream.open()
        outputStream.open()
    }
    func send(data: Data) {
        guard let outputStream = outputStream else {
            return
        }
        _ = data.withUnsafeBytes {
            outputStream.write($0, maxLength: data.count)
        }
    }
    func stream(_ aStream: Stream, handle eventCode: Stream.Event) {
        if eventCode == .errorOccurred {
            inputStream = nil
            outputStream = nil
            print("Error: Stream error")
        } else if eventCode == .endEncountered {
            inputStream = nil
            outputStream = nil
            print("Error: Encountered end of stream")
        }
        let maxReadLength = 4096
        if eventCode == .hasBytesAvailable {
            guard let inputStream = inputStream else {
                return
            }
            while inputStream.hasBytesAvailable {
                let buffer = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: maxReadLength)
                inputStream.read(buffer, maxLength: maxReadLength)
                buffer.deallocate()
            }
        }
    }
}
// MARK: - Data Model
private struct MotionData: Codable {
    var x: Double = 0
    var y: Double = 0
    var z: Double = 0
    var w: Double = 0
}

代码非常简单。它为 host 打开一个套接字，然后为每个动作更新创建一个 MotionData 值，在其上设置属性，将其编码为 JSON，并发送到在 Blender 中运行的脚本。同时读取 host 发送的任何数据并将其丢弃。

现在你应该可以看到完整的可视化效果了，恭喜。

成功实现了！

那么最终我是如何从移动管理器获取方向信息的？这个是留给读者的一个练习。哈哈，开个玩笑，点击这里获取代码：

https://github.com/JohnCoates/Slate/commit/34e89b2eb7a0d80f144abaa10d98d2a7b52d7fe6#diff-7115c8127d96763420a91c4c72a58788R91

原文：https://medium.com/@JohnCoatesDev/visualizing-an-ios-device-in-blender-through-quantum-entanglement-ba8b6f0b47a5

作者：John Coates

译者：弯月，责编：郭芮

声明：本文已获作者翻译授权。

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