[摘要]四元数

《3D游戏编程大师技巧》 上册 4.10章节

1.四元数的思想来源于复数
复数:当只有一个虚部i的时候,复数的几何表示可以表示为二维复平面。
四元数:从一个虚部i 扩展到 三个虚部 i,j,k。四元数为一个实部+3个虚部:P=p0+p1*i+p2*j+p3*k。其中q0为实部。
其中,<i,j,k>可以看做一个三维空间,i,j,k分别为三个方向上的基向量,并且,i*j=j*k=k*j=-1。
那么四元数可以用向量方式表示:<p0,p1,p2,p3>。
1.5 用四元数表示旋转轴和旋转角度
情况1.给定一个旋转轴Vq(单位向量),和绕此轴的旋转角度θ,得到四元数:
    Q=cos(θ/2)+sin(θ/2)*Vq
情况2.给定了旋转的标准欧拉角(xθ,yθ,zθ),xθ为x轴的倾角,yθ为y轴的偏航角,zθ为z轴的倾斜角,要得到用Q来表示旋转轴和旋转角的四元数。
    根据Q(final)=xyz三个轴的四元数的乘积(顺序不限)
                =Q(xθ)*Q(yθ)*Q(zθ)    (顺序不限)
                =Q(zθ)*Q(yθ)*Q(xθ)    (3D引擎中常用顺序)
    首先分别计算出Q(xθ)、Q(yθ)、Q(zθ):
      根据Q=cos(θ/2)+sin(θ/2)*Vq知道,知道了旋转轴和角度可以获得四元数,得到:
          Q(xθ)=cos(xθ/2)+sin(xθ/2)*(1·i+0·j+0·k)   (基向量为<1,0,0>)
          Q(yθ)=cos(yθ/2)+sin(yθ/2)*(0·i+1·j+0·k)   (基向量为<0,1,0>)
          Q(zθ)=cos(zθ/2)+sin(zθ/2)*(0·i+0·j+1·k)   (基向量为<0,0,1>)
2.四元数旋转
向量V,绕Vq轴旋转θ度,用单位四元数Q=cos(θ/2)+sin(θ/2)*Vq表示旋转轴和旋转向量,Q*为Q的共轭复数,则向量V旋转结果V'为如下:
 右手坐标系:
    1.顺时针旋转:
      V'=Q*·V·Q
    2.逆时针旋转:
      V'=Q·V·Q*
 左手坐标系:
    1.顺时针旋转:
       V'=Q·V·Q*
    2.逆时针旋转:
       V'=Q*·V·Q
  得到的V'的v'0=0,因此,可以去掉v'0,用v=<v'1,v'2,v'3>来代表旋转后得到的向量
  注意,只有当Q为单位四元数的时候,Q﹣¹=Q*
3.复数相关的知识
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 212,542评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,596评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 158,021评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,682评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,792评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,985评论 1 291
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,107评论 3 410
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,845评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,299评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,612评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,747评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,441评论 4 333
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,072评论 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,828评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,069评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,545评论 2 362
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,658评论 2 350

推荐阅读更多精彩内容

  • 欧拉旋转、四元数、矩阵旋转之间的差异 除了欧拉旋转以外,还有两种表示旋转的方式:矩阵旋转和四元数旋转。接下来我们比...
    AndrewFan阅读 2,519评论 0 3
  • 概述 又研究了将近两个星期的3D图形到了我最想研究的地方了,因为欧拉角与四元数的原因导致OpenGL ES的研究进...
    神经骚栋阅读 7,751评论 12 40
  • 1 前言 OpenGL渲染3D模型离不开空间几何的数学理论知识,而本篇文章的目的就是对空间几何进行简单的介绍,并对...
    RichardJieChen阅读 6,962评论 1 11
  • 四元数是比较复杂的,它是一个复数,由实部和虚部组成。 复数的定义:Paste_Image.pngPaste_Ima...
    Levi_Wan阅读 11,591评论 2 2
  • 今要心里有挂记,很早就起了床,还外出跑步。进YY会议的时候,才发现电脑和人分离,硬是把团队拖拉进了微信群。文会真有...
    满眼都是豆豆阅读 133评论 1 0