轴角

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旋转的轴角表示用两个值参数化了旋转: 一个或直线,和描述绕这个轴的旋转量的一个。它也叫做旋转的指数坐标。

有时也叫做旋转向量表示,因为这两个参数(轴和角)可用在这个轴上的其是旋转角的一个向量来表示。

用途[编辑]

轴角表示在处理刚体动力学的时候是方便的。它对特征化旋转还有在刚体运动的不同表示之间的转换是有用的。

例子[编辑]

假如你站在地面上,选取重力的方向为负 z 方向。如果你左转,你将绕 z 轴旋转 弧度 (或 90 度)。在轴角表示中,这将是

这可以表示为指示 z 方向的模为 的旋转向量。

与其他表示的联系[编辑]

表示旋转有很多方式。理解它们相互之间的区别和如何转换是重要的。

从 so(3) 到 SO(3) 的指数映射[编辑]

从旋转的轴角表示到旋转矩阵的变换使用指数映射

本质上说,通过使用泰勒展开,可以你可以得出在这两种表示之间的闭合形式的关系。给出一个轴 和角 ,等价的旋转矩阵给出为:

这里的 R 是 3x3 旋转矩阵帽算子给出与叉积被乘数对应的反对称矩阵算符。

从 SO(3) 到 so(3) 的对数映射[编辑]

要获得旋转矩阵的轴角表示,计算旋转的角

并接着使用它来找到轴

四元数[编辑]

要从轴角坐标变换到四元数使用下列表达式:

给出一个单位四元数,提取轴角坐标可以使用下列表达式:

参见[编辑]