球體旋轉座標推導

2022-07-16 14:06:16 字數 907 閱讀 5064

球體旋轉的座標公式為:

旋轉x軸時,旋轉角度為:α

x'=x

y'=ycosα-zsinα

z'=zcosα+ysinα

旋轉y軸時,旋轉角度為:β

y'=y

x'=xcosβ+zsinβ

z'=zcosβ-xsinβ

旋轉z軸時,旋轉角度為:γ

z'=z

x'=xcosγ-ysinγ

y'=ycosγ+xsinγ

上面的公式是從網上查到的,想要了解那幾條公式是怎樣計算出來的,高中的數學幾乎忘得差不多了,想想這樣也不算難,要是高中那時一下子就推導出來了。結果想了好久才推導出來,鬱悶了一下下。

下面,以旋轉z軸為例來推導公式

以z軸為軸心旋轉時,旋轉點的座標的z座標是不變的,變化的只是x,y。可以看作旋轉球體的座標在xy座標的投影,這樣就相當於點在直線xy座標以原點為中心旋轉,旋轉的夾角投影也角度也不變,依然為γ

設原點為o,旋轉前的點為a(x,y),旋轉後的點為b(x',y'),oa距離為r,oa與x軸的夾角為θ

所以oa=ob=r

oa=x/cosγ=y/sinγ

ob=x'/cos(θ+γ)=y'/sin(θ+γ)

還記得 cos(θ+γ)=cosθcosγ-sinθsinγ; sin(θ+γ)=sinθcosγ+sinγcossinθ麼,沒錯,這是重要的一步,我也想了好久

接下來的轉換就簡單啦

x'=rcos(θ+γ)=r(cosθcosγ+sinθsinγ)=rcosθcosγ-rsinθsinγ=xcosγ-ysinγ

y'=rsin(θ+γ)=r(sinθcosγ+sinγcossinθ)=rsinθcosγ+rsinγcossinθ=ycosγ+xsinγ

因為z座標是不變的,z'=z

其他的旋轉座標轉換推導同上

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