四元數的學習筆記

2021-08-20 06:39:51 字數 1030 閱讀 4071

在平時的開發中,經常會遇到旋轉的操作,也因此經常會接觸到四元數的相關概念。但是,這個概念說難不難,但是理解起來也挺費勁的。

我經常會使用到四元數,但是每次使用時都會查資料,當時理解了概念,但是過兩天又忘記了,當再次使用的時候,又要重新查資料。挺蛋疼。於是就寫一篇部落格,關於四元數,算是加強印象。

先放一篇對四元數講解的非常詳細的部落格:

我看過這篇部落格之後,對四元數又作了一些簡要的提煉。下面只描述我 是如何理解四元數的。

四元數的主要作用是用來解決旋轉問題的,因此,我們必須知道兩個條件,乙個是旋轉軸(一般是乙個歸一化向量),乙個是旋轉的角度,還有乙個已知的是我們要旋轉的原始頂點 或者 向量。

這樣問題就轉化成了3個已知數:

p : 要旋轉的源頂點  或者 向量

y:要圍繞其旋轉的旋轉軸(這裡用y來表示是假定我們用y軸來旋轉,易於理解)

θ: 要旋轉的角度

求出 旋轉 之後的 目標 頂點座標 或者 向量

面對這個問題。我們要構造出兩個四元數,乙個四元數與p有關,乙個四元數與y和 θ 有關,其中:

與p有關的四元數是  在p的頂點座標後面直接補乙個0,簡單粗暴,即(p,0)

與y和 θ 有關的四元數也不難, 就是 (y * sin(θ / 2) , cos( θ / 2))

好了,現在我們兩個四元數都構造好了,剩下就是套公式了。也許公式理解起來很頭疼,但是我們可以不用管公式的推倒過程,直接記結果,拿起筆直接算好了:

結果:要求的結果 x = (y * sin(θ / 2) , cos( θ / 2)) * (p,0) * ( -y * sin(θ / 2) , cos( θ / 2))

這是公式,計算出來的結果x其實也是乙個四元數,比如(x,y,z,w),這個四元數前三位的值(x,y,z)即是我們所求的旋轉過後的點 或者 向量 (具體的如何計算這個公式可以看前面部落格提到的那篇博文)

不過好在,目前我們是資訊時代,這些複雜的數學計算就交給計算機去做了。不過它的原理我覺得我們還是有必要去了解的。by the way, 我們平時在用unity的時候也可以用unity提供的api去計算旋轉什麼的。也很方便。

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