欧拉角说明

一、欧拉角

静态的定义

对于在三维空间里的一个参考系,任何坐标系的取向,都可以用三个欧拉角来表现。参考系又称为实验室参考系,是静止不动的。而坐标系则固定于刚体,随着刚体的旋转而旋转。

参图。设定xyz-轴为参考系的参考轴。称xy-平面与XY-平面的相交为交点线,用英文字母(N)代表。zxz顺规的欧拉角可以静态地这样定义:


α 是x-轴与交点线的夹角,

β 是z-轴与Z-轴的夹角,

γ 是交点线与X-轴的夹角。

很可惜地,对于夹角的顺序和标记,夹角的两个轴的指定,并没有任何常规。科学家对此从未达成共识。每当用到欧拉角时,我们必须明确的表示出夹角的顺序,指定其参考轴。

下面我们通过图例来看看欧拉角是如何产生的,并且分别对应哪个角度。

参考 https://zh.wikipedia.org/wiki/欧拉角

另:

欧拉角包括3个旋转,根据这3个旋转来指定一个刚体的朝向。这3个旋转分别绕x轴,y轴和z轴,分别称为Pitch,Yaw和Roll,如下图所示。欧拉角可以表示成z-x-z,x-y-x,z-y-z等形式,旋转的顺序影响结果。

Pitch

Yaw

Roll

图1. 欧拉角的表示

欧拉角很重要的一个优点就是直观,容易理解。

欧拉角主要有下面几个缺点:

(1)       欧拉角是不可传递的,旋转的顺序影响旋转的结果,不同的应用又可能使用不同的旋转顺序,旋转顺序无法统一;

(2)       3个旋转的角度可以不受限制,即可以是10000度,也可以是-1500度;

(3)      可能造成万向节死锁(Gimbal Lock)。欧拉旋转—万向节锁视频传送门🚪

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