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Parameterization of Rotation

2025-06-04
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Parameterization of Rotation#

Matrix#

线性代数基础 中已经介绍过, 旋转矩阵是一个特殊的正交矩阵, 满足

RTR=IdetR=1\begin{align} R^TR=I \\ \det R = 1 \end{align}

实际上, 旋转矩阵有6个变量都是由其他变量决定的。
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旋转矩阵的实际自由度为3(degrees of freedom, DoF)。

旋转矩阵的优缺点#

优点:
易于应用

缺点:
难以构造
难以插值

Euler Angle#

定理:任何旋转都能表示为三个基本旋转的乘积。
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欧拉角旋转可以延世界坐标系或者局部坐标系旋转, 均能够表达所有的旋转。
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欧拉角的特性:
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Rotation Vectors and Axis Angle#

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应用轴角:
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轴角的优缺点:
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Quaternions#

基本性质:
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四元数的乘法:
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四元数的向量定义形式:
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Unity Quaternion#

对于单位四元数:
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可以看做是四维空间上的一个单位球壳。

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Rotation Representation of Quaternion#

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Combination of Quaternion#

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Interpolation of Quaternion#

Nlerp#

四元数仅做线性插值得到的结果不是一个能作为旋转表示的四元数(单位四元数)。需要在插值之后再进行单位化。
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Slerp#

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优缺点#

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