欢迎光临散文网 会员登陆 & 注册

三维坐标系旋转变换!详细讲解!

2023-04-07 10:45 作者:FAN9503  | 我要投稿

首先,看坐标系的旋转方向,即是顺时针旋转还是逆时针旋转。

怎么看呢:从箭头看向箭尾。

下面给出具体例子:

1.绕Z轴旋转

图1 绕Z轴顺时针旋转

        图1中给出了绕Z轴顺时针旋转的示意图,从初始坐标系X_%7B0%7D%20Y_%7B0%7D%20Z_%7B0%7D%20顺时针旋转%5Calpha%20得到坐标系X_%7BI%7D%20Y_%7BI%7D%20Z_%7BI%7D%20

        给定初始坐标系X_%7B0%7D%20Y_%7B0%7D%20Z_%7B0%7D%20下一个坐标为%5Bx_%7B0%7D%20%20y_%7B0%7D%20%20%20z_%7B0%7D%20%5D%5ET%20,那么在坐标系X_%7BI%7D%20Y_%7BI%7D%20Z_%7BI%7D%20对应的值为:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Calpha%20%20%20%26%20-sin%20%20%20%5Calpha%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%20sin%5Calpha%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Calpha%20%20%20%260%5C%5C%0A0%20%20%26%200%20%20%20%20%26%201%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

        注:旋转矩阵是根据投影分量求出来的,比如x_1%3Dx_0cos%5Calpha%20-y_0sin%5Calpha。需要注意的是,“顺”或者“逆”并不会决定旋转矩阵中各正弦值的符号,需要通过推导得到符号。

        若绕Z轴逆时针旋转,坐标系变换方法如下:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Calpha%20%20%20%26%20sin%20%20%20%5Calpha%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%20-sin%5Calpha%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Calpha%20%20%20%260%5C%5C%0A0%20%20%26%200%20%20%20%20%26%201%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

2.绕X轴旋转

图2 绕X轴逆时针旋转

        图2中给出了绕X轴顺时针旋转的示意图,从初始坐标系X_%7B0%7D%20Y_%7B0%7D%20Z_%7B0%7D%20顺时针旋转%5Cbeta%20得到坐标系X_%7BI%7D%20Y_%7BI%7D%20Z_%7BI%7D%20

        绕X轴逆时针旋转变换:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%201%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Cbeta%20%20%20%26sin%5Cbeta%5C%5C%0A0%20%20%26%20-sin%5Cbeta%20%20%20%20%26%20cos%5Cbeta%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

        绕Y轴顺时针旋转变换:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%201%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Cbeta%20%20%20%26-sin%5Cbeta%5C%5C%0A0%20%20%26%20sin%5Cbeta%20%20%20%20%26%20cos%5Cbeta%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

3.绕Y轴旋转

图3 绕Y轴逆时针旋转


        图3中给出了绕Y轴顺时针旋转的示意图,从初始坐标系X_%7B0%7D%20Y_%7B0%7D%20Z_%7B0%7D%20顺时针旋转%20%5Cgamma%20得到坐标系X_%7BI%7D%20Y_%7BI%7D%20Z_%7BI%7D%20

        绕Y轴逆时针旋转变换:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Cgamma%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26-sin%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%201%20%20%20%260%5C%5C%0Asin%5Cgamma%20%20%26%200%20%20%20%20%26%20cos%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

        绕Y轴逆时针旋转变换:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Cgamma%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26sin%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%201%20%20%20%260%5C%5C%0A-sin%5Cgamma%20%20%26%200%20%20%20%20%26%20cos%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad

        若坐标系经过多次旋转变换,则按照左乘的方式依次乘以旋转变换矩阵。比如先绕Z轴顺时针旋转%5Calpha,再绕X轴逆时针旋转%5Cbeta,再绕Y轴逆时针旋转%5Cgamma,那么变换公式为:

%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_1%20%20%5C%5Cy_1%20%5C%5C%20z_1%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad%20%3D%0A%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Cgamma%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26-sin%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%201%20%20%20%260%5C%5C%0Asin%5Cgamma%20%20%26%200%20%20%20%20%26%20cos%5Cgamma%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%201%20%20%20%26%200%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%200%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Cbeta%20%20%20%26sin%5Cbeta%5C%5C%0A0%20%20%26%20-sin%5Cbeta%20%20%20%20%26%20cos%5Cbeta%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20cos%5Calpha%20%20%20%26%20-sin%20%20%20%5Calpha%20%20%20%20%26%200%5C%5C%0A%20%20%20%20%20sin%5Calpha%20%20%20%26%20cos%20%20%20%5Calpha%20%20%20%260%5C%5C%0A0%20%20%26%200%20%20%20%20%26%201%5C%5C%0A%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cend%20%7Bmatrix%7D%20%20%20%20%20%20%20%20%20%5Cright%20%5D%0A%5Cleft%20%5B%20%5Cbegin%7Bmatrix%7D%20x_0%20%20%5C%5Cy_0%20%5C%5C%20z_0%20%5Cend%7Bmatrix%7D%20%5Cright%20%5D%20%5Cquad


创作不易,欢迎大家点赞投币。

转载请标明出处!!!!


三维坐标系旋转变换!详细讲解!的评论 (共 条)

分享到微博请遵守国家法律