Swiftで歩数計アプリを作ろう

はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、SwiftとiOSアプリ開発の基礎知識がある方、健康アプリやフィットネス系アプリに興味がある方を対象としています。この記事を読むことで、CoreMotionフレームワークを使って歩数計機能を実装する方法、iOSアプリでのセンサーデータの取得方法、そして歩数を表示するUIの作成方法を理解できます。特に、Appleのモーションセンサーを活用した実践的な開発スキルを身につけることができます。健康関連アプリの開発に挑戦したい方にとって、実用的な知識を提供します。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 - Swiftの基本的な文法と構文 - Xcodeの基本的な操作方法 - iOSアプリ開発の基礎知識（StoryboardやSwiftUIの利用経験） - MVCパターンやMVVMパターンなどのアーキテクチャ理解

歩数計アプリ開発の概要と背景

歩数計機能は、現代の健康アプリやフィットネスアプリにおいて欠かせない要素です。iOSデバイスには、加速度センサー�ジャイロスコープといったモーションセンサーが内蔵されており、これらを活用することでユーザーの歩数を正確に計測できます。Appleが提供するCoreMotionフレームワークは、これらのセンサーデータに簡単にアクセスできるAPIを提供しており、開発者は専門的な知識がなくても高精度な歩数計機能を実装できます。

歩数計アプリの基本的な構造は、データ取得層（CoreMotionフレームワーク）、ビジネスロジック層（歩数計算処理）、表示層（UI）の3層で構成されます。この記事では、この構造に沿って具体的な実装方法を解説していきます。特に、ユーザーのプライバシーを尊重しつつ、バッテリー消費を抑えた効率的な実装に焦点を当てます。

歩数計アプリの具体的な実装手順

ステップ1：プロジェクトのセットアップ

まず、Xcodeで新しいプロジェクトを作成します。Single View Appテンプレートを選択し、プロダクト名を「StepCounter」、インターフェースはSwiftUI、言語はSwiftと設定します。次に、プロジェクトナビゲーターでTARGETSを選択し、Signing & Capabilitiesタブに移動します。Capabilityボタンをクリックして「Motion」を追加し、「Core Motion」フレームワークを有効にします。

Swift

import SwiftUI

@main
struct StepCounterApp: App {
    var body: some Scene {
        WindowGroup {
            ContentView()
        }
    }
}

ステップ2：CoreMotionフレームワークの導入

プロジェクトにCoreMotionフレームワークを追加します。まず、ContentView.swiftファイルを開き、インポート文を追加します。

Swift

import CoreMotion

次に、CMMotionManagerのインスタンスを作成し、必要な権限をリクエストします。iOSでは、モーションデータへのアクセスにはユーザーの許可が必要です。Info.plistファイルに「Privacy - Motion Usage Description」を追加し、適切な説明文を記述します。

Swift

class MotionManager: ObservableObject {
    private var motionManager: CMMotionManager!
    @Published var steps: Int = 0

    init() {
        self.motionManager = CMMotionManager()
        self.requestMotionPermission()
    }

    private func requestMotionPermission() {
        guard motionManager.isAccelerometerAvailable else {
            print("加速度センサーが利用できません")
            return
        }

        motionManager.accelerometerUpdateInterval = 1.0 / 60.0
        motionManager.startAccelerometerUpdates(to: .main) { [weak self] (data, error) in
            guard let self = self, let data = data else { return }

            // 加速度データの処理
            let acceleration = sqrt(pow(data.acceleration.x, 2) + 
                                   pow(data.acceleration.y, 2) + 
                                   pow(data.acceleration.z, 2))

            // 歩数計算のロジック（後述）
            self.calculateSteps(acceleration: acceleration)
        }
    }
}

ステップ3：歩数計機能の実装

歩数計測の核心部分を実装します。加速度データから歩数を計算するには、信号処理の知識が必要です。ここでは、簡単なピーク検出アルゴリズムを使用します。

Swift

extension MotionManager {
    private func calculateSteps(acceleration: Double) {
        // 閾値設定（環境に応じて調整が必要）
        let threshold = 1.2

        // ピーク検出アルゴリズム
        if acceleration > threshold {
            // 直前の加速度が閾値以下であれば、新しい歩数としてカウント
            DispatchQueue.main.async {
                self.steps += 1
            }
        }
    }
}

より高精度な歩数計測には、カルマンフィルターや移動平均法などの信号処理技術を導入することをお勧めします。また、ユーザーが歩いているかどうかの判定（活動状態の検知）も重要です。

Swift

extension MotionManager {
    private func detectUserActivity(acceleration: Double) {
        let walkingThreshold = 0.8
        let runningThreshold = 1.5

        if acceleration > runningThreshold {
            // 走っている状態
            print("Running")
        } else if acceleration > walkingThreshold {
            // 歩いている状態
            print("Walking")
        } else {
            // 静止状態
            print("Stationary")
        }
    }
}

ステップ4：UIの作成

SwiftUIを使用して、歩数を表示するシンプルなUIを作成します。ContentView.swiftを以下のように編集します。

Swift

struct ContentView: View {
    @StateObject private var motionManager = MotionManager()

    var body: some View {
        VStack {
            Text("歩数計アプリ")
                .font(.largeTitle)
                .padding()

            Text("\(motionManager.steps) 歩")
                .font(.system(size: 48, weight: .bold))
                .padding()

            Button("リセット") {
                motionManager.resetSteps()
            }
            .padding()
            .background(Color.blue)
            .foregroundColor(.white)
            .cornerRadius(10)
        }
        .padding()
    }
}

MotionManagerクラスにリセット機能を追加します。

Swift

extension MotionManager {
    func resetSteps() {
        DispatchQueue.main.async {
            self.steps = 0
        }
    }
}

ステップ5：テストとデバッグ

アプリをシミュレータで実行する際は、シミュレータのメニューから「Debug」→「Core Motion」→「Device Motion」を選択し、デバイスの動きをシミュレートできます。実際のデバイスでテストする際は、様々な歩行パターン（普通の歩き、早歩き、走りなど）で歩数計測の精度を確認します。

バッテリー消費を抑えるため、アプリがバックグラウンドにある際はモーションマネージャーの更新を停止し、アプリがフォアグラウンドに戻った際に再開する処理を実装します。

Swift

extension MotionManager {
    func pauseUpdates() {
        motionManager.stopAccelerometerUpdates()
    }

    func resumeUpdates() {
        motionManager.startAccelerometerUpdates(to: .main) { [weak self] (data, error) in
            guard let self = self, let data = data else { return }

            let acceleration = sqrt(pow(data.acceleration.x, 2) + 
                                   pow(data.acceleration.y, 2) + 
                                   pow(data.acceleration.z, 2))

            self.calculateSteps(acceleration: acceleration)
        }
    }
}

ハマった点やエラー解決

問題1：歩数計測が不正確 歩数が実際の歩数と大きく異なる場合、閾値の設定が原因である可能性が高いです。環境やユーザーの歩行スタイルによって最適な閾値は異なります。複数のユーザーでテストを行い、適切な閾値を見つけるか、機械学習を用いて個人ごとに最適な閾値を学習させる方法を検討します。

解決策：

Swift

// 個人ごとの閾値を保存
private var userThreshold: Double = 1.2 {
    didSet {
        UserDefaults.standard.set(userThreshold, forKey: "userThreshold")
    }
}

init() {
    // 保存された閾値をロード
    userThreshold = UserDefaults.standard.double(forKey: "userThreshold")
    // デフォルト値が設定されていない場合の初期値
    if userThreshold == 0 {
        userThreshold = 1.2
    }
}

問題2：バッテリー消費が激しい アプリがバックグラウンドで動作している間もモーションマネージャーが更新を続けていると、バッテリー消費が激しくなります。

解決策： アプリのライフサイクルイベントを監視し、適切なタイミングで更新を停止・再開します。

Swift

extension ContentView: UIApplicationDelegate {
    func applicationWillEnterForeground(_ application: UIApplication) {
        motionManager.resumeUpdates()
    }

    func applicationDidEnterBackground(_ application: UIApplication) {
        motionManager.pauseUpdates()
    }
}

問題3：プライバシーに関する許可が得られない iOS 14以降、位置情報やモーションデータへのアクセスには明確な許可が必要です。ユーザーが許可を与えない場合、アプリは機能しません。

解決策： アプリの機能を説明し、許可を求めるダイアログを適切なタイミングで表示します。また、許可が得られない場合の代替機能（手動での入力など）も提供すると親切です。

Swift

func requestMotionPermission() {
    guard motionManager.isAccelerometerAvailable else {
        print("加速度センサーが利用できません")
        return
    }

    if !motionManager.isAccelerometerActive {
        // 許可が得られていない場合の処理
        showPermissionAlert()
    } else {
        // 許可が得られている場合の処理
        startMotionUpdates()
    }
}

private func showPermissionAlert() {
    let alert = UIAlertController(
        title: "アクセス許可が必要です",
        message: "歩数計測にはモーションセンサーへのアクセス許可が必要です。設定画面から許可してください。",
        preferredStyle: .alert
    )

    alert.addAction(UIAlertAction(title: "設定を開く", style: .default) { _ in
        if let url = URL(string: UIApplication.openSettingsURLString) {
            UIApplication.shared.open(url)
        }
    })

    alert.addAction(UIAlertAction(title: "キャンセル", style: .cancel))

    // アラートを表示
}

まとめ

本記事では、SwiftとCoreMotionフレームワークを使用して歩数計アプリを実装する方法について解説しました。具体的には、プロジェクトのセットアップから歩数計測機能の実装、UIの作成、そしてテストとデバッグまでの一連の流れを学びました。特に、加速度センサーからのデータ取得と歩数計算アルゴリズムの実装が本記事の核心部分です。

この記事を通して、iOSデバイスのセンサーデータを活用した実践的なアプリ開発スキルを身につけることができたと思います。今後は、歩数データの保存、グラフ表示、目標設定機能の追加、複数のフィットネスデータの統合など、発展的な機能の実装にも挑戦してみてください。健康アプリ開発の第一歩として、本記事で学んだ知識を活かして素晴らしいアプリを作成してください。

Swiftで歩数計アプリを作ろう📱