加速度计

1. 简介

加速度计、 线性加速度传感器 和重力传感器 API 扩展了 Generic Sensor API [GENERIC-SENSOR] 接口，用于提供设备定义的加速度在设备 X、Y、Z 轴本地坐标系（local coordinate system）上的测量信息。

2. 示例

let sensor = new Accelerometer();
sensor.start();

sensor.onreading = () => {
    console.log("沿 X 轴加速度: " + sensor.x);
    console.log("沿 Y 轴加速度: " + sensor.y);
    console.log("沿 Z 轴加速度: " + sensor.z);
}

sensor.onerror = event => console.log(event.error.name, event.error.message);

下例演示如何使用提供屏幕坐标系读数的重力传感器。此代码会在 dom screen 垂直于地面且网页底部朝下时，将消息打印到控制台。

let sensor = new GravitySensor({frequency: 5, referenceFrame: "screen"});

sensor.onreading = () => {
  if (sensor.y >= 9.8) {
    console.log("网页垂直于地面。");
  }
}

sensor.start();

下例检测设备 X 轴方向上的晃动手势，无论 dom screen 的朝向如何。

const shakeThreshold = 25;

let sensor = new LinearAccelerationSensor({frequency: 60});

sensor.addEventListener('reading', () => {
  if (sensor.x > shakeThreshold) {
    console.log("检测到晃动。");
  }
});

sensor.start();

3. 用例与需求

用例和需求见 Motion Sensors Explainer 与 Sensor use cases 文档。

4. 安全与隐私注意事项

通过惯性传感器（如加速度计）提供的传感器读数，可能被攻击者利用以发起各种安全威胁，例如键盘记录、位置追踪、设备指纹与用户识别等。

安全界发布的研究论文，例如 [KEYSTROKEDEFENSE]，表明仅通过限制频率并不能完全消除攻击风险，反而可能极大影响有合理需求的 web 应用的可用性。

[TOUCHSIGNATURES] 和 [ACCESSORY] 研究提出，实现应在惯性传感器使用时提供可视提示，和/或要求用户明确授权以访问传感器读数。这些缓解措施补充了 Generic Sensor API [GENERIC-SENSOR]中定义的通用缓解策略。

本规范定义了加速度计读数量化算法（由获取最新读数值操作调用），以缓解传感器校准指纹 [SENSORID] 及依赖高精度传感器读数的攻击。数量化算法细节遵循 W3C 隐私兴趣组的建议。

5. 权限策略集成

本规范采用权限策略控制特性，其关键字为 "accelerometer"，由[DEVICE-ORIENTATION]定义。

6. 模型

6.1. 加速度计

加速度计传感器类型关联如下数据：

扩展传感器接口: Accelerometer
传感器权限名: "accelerometer"
传感器特性名: "accelerometer"
权限撤销算法: 用 "accelerometer" 调用通用传感器权限撤销算法。
默认传感器: 设备的主加速度计传感器。
虚拟传感器类型: "accelerometer"

最新读数，对于 Sensor 类型为加速度计的传感器类型，包含三个条目，键为 "x"、"y"、"z"，其值表示设备在对应轴的加速度。

加速度是设备速度相对于时间的变化率，单位为米每二次方秒 (m/s²) [SI]。

加速度测量的参考系应为惯性系，例如设备处于自由落体状态时每个轴的加速度读数为 0 (m/s²)。

加速度的正负号应遵循右手定则，并以本地坐标系（见下图）为准。

Accelerometer coordinate system.

6.2. 线性加速度传感器

线性加速度传感器传感器类型关联如下数据：

扩展传感器接口: LinearAccelerationSensor
传感器权限名: "accelerometer"
传感器特性名: "accelerometer"
权限撤销算法: 用 "accelerometer" 调用通用传感器权限撤销算法。
虚拟传感器类型: "linear-acceleration"

最新读数，对于Sensor 类型为线性加速度传感器的传感器类型，包含三个条目，键为 "x"、"y"、"z"，其值表示设备在对应轴的线性加速度。

线性加速度是指作用于传感器所在设备、不包含重力分量的加速度。

注：重力与线性加速度的关系详见 Motion Sensors Explainer § gravity-and-linear-acceleration。

6.3. 重力传感器

重力传感器传感器类型关联如下数据：

扩展传感器接口: GravitySensor
传感器权限名: "accelerometer"
传感器特性名: "accelerometer"
权限撤销算法: 用 "accelerometer" 调用通用传感器权限撤销算法。
虚拟传感器类型: "gravity"

最新读数，对于Sensor 类型为重力传感器的传感器类型，包含三个条目，其键为 "x"、"y"、"z"，其值表示对应轴方向的重力加速度。

重力是指设备加速度中阻止其速度朝向临近天体质量增加的那部分分量。较长时间处于自由落体的设备可能计算出错误的重力值。

注：重力与线性加速度的关系详见 Motion Sensors Explainer § gravity-and-linear-acceleration。

6.4. 参考系

本地坐标系表示加速度计、 线性加速度传感器、以及重力传感器 读数的参考系。它可以是设备坐标系或屏幕坐标系。

设备坐标系定义为与物理设备绑定的三维笛卡尔坐标系（x、y、z）。对于带有显示屏的设备，设备坐标系的原点在设备显示屏中央。如果设备以默认姿态持握， Y 轴指向显示屏顶部，X 轴指向显示屏右侧，Z 轴是 X、Y 轴的向量积，指向屏幕外部、朝向用户。设备坐标系始终稳定，不受 dom screen 朝向变化影响（见下图）。

Device coordinate system.

屏幕坐标系定义为与dom screen 绑定的三维笛卡尔坐标系（x、y、z）。屏幕坐标系的原点在 dom screen 中心。Y 轴始终指向 dom screen 顶部，X 轴指向 dom screen 右侧，Z 轴是 X、Y 轴的向量积，指向 dom screen 屏幕外部、朝向用户（见下图）。

Screen coordinate system.

设备坐标系与屏幕坐标系主要区别在于屏幕坐标系会始终跟随 dom screen 朝向变化，即，当前朝向类型发生变化时，X 轴与 Y 轴会相对于设备变换。而设备坐标系总是相对于设备保持不变。

7. API

7.1. 加速度计接口

[SecureContext, Exposed=Window]
interface Accelerometer : Sensor {
  constructor(optional AccelerometerSensorOptions options = {});
  readonly attribute double? x;
  readonly attribute double? y;
  readonly attribute double? z;
};

enum AccelerometerLocalCoordinateSystem { "device", "screen" };

dictionary AccelerometerSensorOptions : SensorOptions {
  AccelerometerLocalCoordinateSystem referenceFrame = "device";
};

new Accelerometer(options) 构造步骤是以抽象操作“构造加速度计对象” 并以this和 options为参数进行调用。

加速度计 Accelerometer 的支持选项为 “frequency” 和 “referenceFrame”。

7.1.1. Accelerometer.x

x 属性（Accelerometer接口）返回以this和" x "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 x 轴方向的加速度。

7.1.2. Accelerometer.y

y 属性（Accelerometer接口）返回以this和" y "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 y 轴方向的加速度。

7.1.3. Accelerometer.z

z 属性（Accelerometer接口）返回以this和" z "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 z 轴方向的加速度。

7.2. 线性加速度传感器接口

[SecureContext, Exposed=Window]
interface LinearAccelerationSensor : Accelerometer {
  constructor(optional AccelerometerSensorOptions options = {});
};

new LinearAccelerationSensor(options) 构造步骤是以抽象操作“构造加速度计对象” 并以this和 options为参数进行调用。

线性加速度传感器 LinearAccelerationSensor 的支持选项为 “frequency” 和 “referenceFrame”。

7.2.1. LinearAccelerationSensor.x

x 属性（LinearAccelerationSensor接口）返回以this和" x "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 x 轴的线性加速度。

7.2.2. LinearAccelerationSensor.y

y 属性（LinearAccelerationSensor接口）返回以this和" y "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 y 轴的线性加速度。

7.2.3. LinearAccelerationSensor.z

z 属性（LinearAccelerationSensor接口）返回以this和" z "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示 z 轴的线性加速度。

7.3. 重力传感器接口

[SecureContext, Exposed=Window]
interface GravitySensor : Accelerometer {
  constructor(optional AccelerometerSensorOptions options = {});
};

new GravitySensor(options) 构造步骤是以抽象操作“构造加速度计对象” 并以this和 options为参数进行调用。

重力传感器 GravitySensor 的支持选项为 “frequency” 和 “referenceFrame”。

7.3.1. GravitySensor.x

x 属性（GravitySensor接口）返回以this和" x "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示由重力导致的 x 轴加速度分量。

7.3.2. GravitySensor.y

y 属性（GravitySensor接口）返回以this和" y "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示由重力导致的 y 轴加速度分量。

7.3.3. GravitySensor.z

z 属性（GravitySensor接口）返回以this和" z "为参数调用 get value from latest reading的结果。它表示由重力导致的 z 轴加速度分量。

8. 抽象操作

8.1. 构造加速度计对象

输入: object，Accelerometer、 LinearAccelerationSensor 或 GravitySensor 对象。; options，AccelerometerSensorOptions 对象。

令allowed为调用检查传感器权限策略特性，参数为object的传感器类型。
如果allowed为 false：
1. 抛出 SecurityError DOMException。
以object和options为参数调用初始化传感器对象。
如果options.referenceFrame 为 "screen"：
1. 将object的本地坐标系设为屏幕坐标系。
否则，将object的本地坐标系定义为设备坐标系。

8.2. 加速度计读数量化算法

加速度计传感器类型定义了如下读数数量化算法：

输入: reading，传感器读数
输出: 传感器读数

令quantizedReading为reading。
如果quantizedReading["x"]不为 null，则设置 quantizedReading["x"]为最接近的 0.1 m/s²。
如果quantizedReading["y"]不为 null，则设置 quantizedReading["y"]为最接近的 0.1 m/s²。
如果quantizedReading["z"]不为 null，则设置 quantizedReading["z"]为最接近的 0.1 m/s²。
返回quantizedReading。

9. 自动化

本节通过提供加速度计专用的虚拟传感器元数据，扩展了Generic Sensor API § 9 Automation。本规范使用的部分虚拟传感器类型在 [DEVICE-ORIENTATION] 中定义。

10. 致谢

Tobie Langel 在 Generic Sensor API 上的贡献。

W3C 隐私利益小组和 Paul Jensen 对传感器校准指纹特征防护方案的建议与讨论。