旋转矩阵公式推导
1.在二維平面中:如下圖所示,在xoy?平面中有一向量op?=(x,y)?T??,旋轉(zhuǎn)??角后變?yōu)橄蛄?span id="ozvdkddzhkzd" class="MathJax_Preview">op? ′ =(x ′ ,y ′ ) T 。
據(jù)圖可得: x=|op?|cosθ;y=|op?|sinθ?,經(jīng)旋轉(zhuǎn) ??角后有:
x ′ =|op?|cos(θ+?)=|op?|(cosθcos??sinθsin?)=xcos??ysin?
y?′?=|op?|sin(θ+?)=|op?|(sinθcos?+cosθsin?)=xsin?+ycos?;?
寫成矩陣形式:
(x?′?y?′??)=(cos?sin???sin?cos??)(xy?)?
2.在三維空間中:如下圖所示,若以坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z分別作為旋轉(zhuǎn)軸,則點(diǎn)實(shí)際上只在垂直坐標(biāo)軸的平面上作二維旋轉(zhuǎn)。
例: op??繞X軸旋轉(zhuǎn) ??角,有:
旋轉(zhuǎn)前:
旋轉(zhuǎn)后:
寫成矩陣形式:
則繞X軸旋?角的旋轉(zhuǎn)矩陣為: R x (?)=(100 0cos??sin? 0sin?cos? )
同理可得繞X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)的不同角度的旋轉(zhuǎn)矩陣(方向余弦矩陣)分別為:
最后,若 op??繞某一定軸旋轉(zhuǎn),從歐拉定律中可知,繞著固定軸做一個(gè)角值的旋轉(zhuǎn),可以被視為分別以坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z作為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)的疊加。
總結(jié)
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