矩阵Matrix到欧拉角Euler转换

2024-03-14 23:48

本文主要是介绍矩阵Matrix到欧拉角Euler转换,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

参考文献:

http://www.geometrictools.com/Documentation/EulerAngles.pdf

但是这里的公式不能直接用,原因是左右手系空间不同,我这边采用Direct3D默认的右手系,参考:

https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3d9/d3dxmatrixrotationyawpitchroll

所以需要自行推导右手系公式,已知各个轴旋转矩阵公式:

R(\theta_{x})=\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0\\ 0 & cos(\theta_{x}) & sin(\theta_{x})\\ 0 & -sin(\theta_{x}) & cos(\theta_{x}) \end{bmatrix}R(\theta_{y})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y}) & 0 & -sin(\theta_{y})\\ 0 & 1 & 0\\ sin(\theta_{y}) & 0 & cos(\theta_{y}) \end{bmatrix}R(\theta_{z})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{z}) & sin(\theta_{z}) & 0\\ -sin(\theta_{z}) & cos(\theta_{z}) & 0\\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}

欧拉角变换顺序为YXZ,则先计算YX矩阵

R(\theta_{y})\cdot R(\theta_{x})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y}) & sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x}) & -sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x})\\ 0 & cos(\theta_{x}) & sin(\theta_{x})\\ sin(\theta_{y}) & -cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x}) & cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x}) \end{bmatrix}

最终YXZ矩阵

R(\theta_{y})\cdot R(\theta_{x})\cdot R(\theta_{z})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})-sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x})\cdot sin(\theta_{z}) & cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})+sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x})\cdot cos(\theta_{z}) & -sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x}))\\ -cos(\theta_{x})\cdot sin(\theta_{z}) & cos(\theta_{x})\cdot cos(\theta_{z}) & sin(\theta_{x})\\ sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})+cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x})\cdot sin(\theta_{z}) & sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})-cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{x})\cdot cos(\theta_{z}) & cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x})) \end{bmatrix}

可以直接得知 sin(\theta_{x})=r12,即 \theta_{x}=arcsin(r12),然后需要分三种情况

  1. \theta_{x}\in \left (-\frac{\pi }{2}, \frac{\pi }{2}\right ),可知tan(\theta_{y})=\frac {sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x})}{cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{x})},即 \theta_{y}=arctan(\frac {-r02} {r22}),同理 \theta_{z}=arctan(\frac {-r10} {r11})
  2. 当 \theta_{x}=\frac{\pi}{2},则 sin(\theta_{x})=1,YXZ矩阵可简化为
    R(\theta_{yxz})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})-sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z}) & cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})+sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z}) & 0\\ 0 & 0 & 1\\ sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})+cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z}) & sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})-cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z}) & 0 \end{bmatrix}
    根据两角和公式,可得
    R(\theta_{yxz})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y}+\theta_{z}) & sin(\theta_{y}+\theta_{z}) & 0\\ 0 & 0 & 1\\ sin(\theta_{y}+\theta_{z}) & -cos(\theta_{y}+\theta_{z}) & 0 \end{bmatrix},即 \theta_{y}+\theta_{z}=arctan(\frac {r01}{r00}),且结果不唯一
  3. 当 \theta_{x}=-\frac {\pi}{2},则 sin(\theta_{x})=-1,YXZ矩阵简化为
    R(\theta_{yxz})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})+sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z}) & cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})-sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z}) & 0\\ 0 & 0 & -1\\ sin(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z})-cos(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z}) & sin(\theta_{y})\cdot sin(\theta_{z})+cos(\theta_{y})\cdot cos(\theta_{z}) & 0 \end{bmatrix}
    可得
    R(\theta_{yxz})=\begin{bmatrix} cos(\theta_{y}-\theta_{z}) & -sin(\theta_{y}-\theta_{z}) & 0\\ 0 & 0 & -1\\ sin(\theta_{y}-\theta_{z}) & cos(\theta_{y}-\theta_{z}) & 0 \end{bmatrix},即 \theta_{y}-\theta_{z}=arctan(\frac {-r01}{r00})

基于以上思路,就能实现D3DXMATRIX到欧拉角的转换代码

D3DXVECTOR3* D3DXMatrixToEulerAngles(D3DXVECTOR3* pOut, const D3DXMATRIX* pM)
{if (pM->_23 < 0.999f) // some fudge for imprecision{if (pM->_23 > -0.999f) // some fudge for imprecision{pOut->x = asin(pM->_23);pOut->y = atan2(-pM->_13, pM->_33);pOut->z = atan2(-pM->_21, pM->_22);}else{// WARNING.  Not unique.  YA - ZA = atan2(-r01,r00)pOut->x = -D3DX_PI * 0.5f;pOut->y = atan2(-pM->_12, pM->_11);pOut->z = 0.0f;}}else{// WARNING.  Not unique.  YA + ZA = atan2(r01,r00)pOut->x = D3DX_PI * 0.5f;pOut->y = atan2(pM->_12, pM->_11);pOut->z = 0.0f;}return pOut;
}

 

这篇关于矩阵Matrix到欧拉角Euler转换的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/810112

相关文章

Java轻松实现PDF转换为PDF/A的示例代码

《Java轻松实现PDF转换为PDF/A的示例代码》本文将深入探讨Java环境下,如何利用专业工具将PDF转换为PDF/A格式,为数字文档的永续保存提供可靠方案,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴... 目录为什么需要将PDF转换为PDF/A使用Spire.PDF for Java进行转换前的准备通过

使用Python批量将.ncm格式的音频文件转换为.mp3格式的实战详解

《使用Python批量将.ncm格式的音频文件转换为.mp3格式的实战详解》本文详细介绍了如何使用Python通过ncmdump工具批量将.ncm音频转换为.mp3的步骤,包括安装、配置ffmpeg环... 目录1. 前言2. 安装 ncmdump3. 实现 .ncm 转 .mp34. 执行过程5. 执行结

Java实现将HTML文件与字符串转换为图片

《Java实现将HTML文件与字符串转换为图片》在Java开发中,我们经常会遇到将HTML内容转换为图片的需求,本文小编就来和大家详细讲讲如何使用FreeSpire.DocforJava库来实现这一功... 目录前言核心实现:html 转图片完整代码场景 1:转换本地 HTML 文件为图片场景 2:转换 H

Python中Json和其他类型相互转换的实现示例

《Python中Json和其他类型相互转换的实现示例》本文介绍了在Python中使用json模块实现json数据与dict、object之间的高效转换,包括loads(),load(),dumps()... 项目中经常会用到json格式转为object对象、dict字典格式等。在此做个记录,方便后续用到该方

使用Java读取本地文件并转换为MultipartFile对象的方法

《使用Java读取本地文件并转换为MultipartFile对象的方法》在许多JavaWeb应用中,我们经常会遇到将本地文件上传至服务器或其他系统的需求,在这种场景下,MultipartFile对象非... 目录1. 基本需求2. 自定义 MultipartFile 类3. 实现代码4. 代码解析5. 自定

Python进行JSON和Excel文件转换处理指南

《Python进行JSON和Excel文件转换处理指南》在数据交换与系统集成中,JSON与Excel是两种极为常见的数据格式,本文将介绍如何使用Python实现将JSON转换为格式化的Excel文件,... 目录将 jsON 导入为格式化 Excel将 Excel 导出为结构化 JSON处理嵌套 JSON:

Kotlin Map映射转换问题小结

《KotlinMap映射转换问题小结》文章介绍了Kotlin集合转换的多种方法,包括map(一对一转换)、mapIndexed(带索引)、mapNotNull(过滤null)、mapKeys/map... 目录Kotlin 集合转换:map、mapIndexed、mapNotNull、mapKeys、map

关于集合与数组转换实现方法

《关于集合与数组转换实现方法》:本文主要介绍关于集合与数组转换实现方法,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录1、Arrays.asList()1.1、方法作用1.2、内部实现1.3、修改元素的影响1.4、注意事项2、list.toArray()2.1、方

利用Python脚本实现批量将图片转换为WebP格式

《利用Python脚本实现批量将图片转换为WebP格式》Python语言的简洁语法和库支持使其成为图像处理的理想选择,本文将介绍如何利用Python实现批量将图片转换为WebP格式的脚本,WebP作为... 目录简介1. python在图像处理中的应用2. WebP格式的原理和优势2.1 WebP格式与传统

java Long 与long之间的转换流程

《javaLong与long之间的转换流程》Long类提供了一些方法,用于在long和其他数据类型(如String)之间进行转换,本文将详细介绍如何在Java中实现Long和long之间的转换,感... 目录概述流程步骤1:将long转换为Long对象步骤2:将Longhttp://www.cppcns.c