Yaw Pitch Roll的變換順序問題

2021-08-09 03:01:54 字數 1361 閱讀 1226

今天花了不少時間去理解yaw pitch roll的變換順序

比如給定乙個旋轉(15, 30, 60),那麼物體應該先圍繞哪個軸轉呢?總得有個順序吧?

我自己理解這個問題是opengl的右手座標系,即:y是上下,x是左右,z是內外。對應一下:yaw是對y軸旋轉, pitch是對x軸旋轉,roll是對z軸旋轉。

先搞清楚了這個才能繼續思考後面的問題,網上的資料不管是國內還是國外,都是千奇百怪的座標系,所以讀起來總不通暢。

第二個坑就是:搞清楚了座標系變換分為 intrinsic 和 extrinsic,簡單來說,就是圍繞第一根軸旋轉完了以後,接下來圍繞旋轉的第二根軸是世界座標系的軸,還是當時情況下(旋轉完第一根軸後)的區域性座標系軸。intrinsic是指始終圍繞當前情況下的區域性座標系旋轉,extrinsic是指圍繞絕對不動的座標系軸旋轉。yawpitchroll用的是intrinsic,即下次旋轉的軸是本地座標系的軸。

這裡就有乙個需要注意的問題,按照yawpitchroll的順序,第一感覺矩陣乘法的順序是r*p*y*vertex(opengl是左乘),但是請注意!!!!矩陣乘法是extrinsic的!!!所以順序要反過來變成y*p*r*vertex!!!

我在這個地方繞了好幾個小時。這裡必須要用舉例來說明:假設我們要圍繞y軸轉45度(記做矩陣y),再圍繞旋轉後的x軸轉30度(記做矩陣x)(intrinsic)。

如果我們寫成 x * y * vertex,實際上表明的是,先圍繞父空間的y軸旋轉,再圍繞父空間的x軸旋轉。

但是我們實際上想表達的是,圍繞y軸旋轉後本地的x軸旋轉,所以我們需要預先計算出座標系圍繞自己x軸旋轉的矩陣,就是y*x(表示在y空間裡旋轉)。

所以最後順序變成了y * x * vertex。這裡非常繞,一定要牢記在依次旋轉的時候,到底是extrinsic還是intrinsic!

普通的矩陣連乘是extrinsic,如果要變成intrinsic,需要自己再琢磨一下!

現在解決最後乙個問題,旋轉圍繞軸的順序是什麼。答案是:先yaw(y軸),再pitch(x軸),最後roll(z軸)。一定要注意,這是opengl的座標系!

那為什麼不採用其他順序呢,我谷歌了半天也沒有找到乙個合理的答案,但是我自己試出來了乙個現象,不知道是否是這個原因:

如果採用這個順序有乙個好處,旋轉完y軸以後,不論你如何旋轉x軸,都不會影響這次變換在y軸上的數值;同理,旋轉完x軸後,無論你如何旋轉z軸都不會影響這次變換在x,y軸上的數值。比如給定乙個旋轉(15, 30, 60),按照yaw pitch roll的順序(即先30,再15,最後60)之後,世界座標系中看,旋轉的角度也是(15,30,60)。如果不用這個順序,你就會發現後面的變換會影響前面的結果,比如先x軸15度,再y軸30度,最後z軸60度,換到世界座標後,x的值就不是15度了。

如果有人明白更深一層原理的,歡迎不吝賜教!

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