矩阵变换:沿任意轴旋转及其推导
来源:互联网 发布:帝国全面战争 知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 15:28
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1. 2D中绕原点旋转
设基向量p,q和r分别是朝向+x,+y和+z方向的单位向量。
旋转角度为θ,基向量p,q绕原点旋转,得到新的基向量p`和q`
即旋转矩阵R(θ)为
2. 3d中绕坐标轴旋转
01. 绕x轴旋转,基向量q和r旋转θ,得到新的基向量q`和r`
即旋转矩阵Rx(θ)为:
02. 绕y轴旋转,基向量p和r旋转θ,得到新的基向量p`和r`
即旋转矩阵Ry(θ)为:
03. 绕z轴旋转,基向量p和q旋转θ,得到新的基向量p`和q`
即旋转矩阵Rz(θ)为:
3. 绕任意轴旋转
这里不考虑平移,所以是过原点的任意轴。
任意轴用单位向量n表示,绕n旋转θ角度的矩阵表示为R(n,θ),v`是向量v绕轴n旋转后的向量
v` = vR(n,θ)
我们的目标是用v,n和θ来表示v`,具体步骤如下:
将v分解为平行于n的分向量v||和垂直于n的分向量v⊥。v`⊥是v`垂直于n的分向量。
01.根据向量投影公式有
02.根据v||算出v⊥,w是v⊥与n叉剩的结果
03.根据w算出v`⊥
04.最后算出v`
05.现在已经得到了v`与v,n和θ的关系公式,用它来计算变换后的基向量并构造矩阵,基向量p`为
06.其余基向量类推,这里纠正上式中列向量的写法
07.合并为矩阵后:
更多内容参见:3d数学基础
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