Rodrigues旋转公式

 

物体在三维下的旋转可以用旋转角度来表示,一般情况下可分为两种,

1 围绕x, y, z主坐标轴各自旋转yaw, pitch, roll角度而得。

2 围绕空间中某一向量旋转一个角度而得,这个一般不是唯一的,我们称这种为旋转向量,向量的模表示绕该向量逆时针旋转的角度。

那么正常来说,这两种表示可以互相转换,转换方式依据的Rodrigues旋转公式。

PS: opencv-py  cv2.Rodrigues()所提供的功能既是该转换功能。

Rodrigues旋转公式

即:设v是一个三维空间向量,k是旋转轴的单位向量(旋转向量上的单位向量),则v在右手螺旋定则意义下绕旋转轴k旋转角度θ得到的向量可以由三个不共面的向量vkkxv(特殊情况时为x, y, z轴)构成的标架表示:

其实说白了,就是把v分解为两个特殊分向量(垂直于平行),分别沿着k旋转,再把结果相加。

 

推导

(PS:参见百科,仅多了一个辅助理解的俯视图)

                 Rodrigues旋转公式_第1张图片

将v分解为垂直于k(v_T)和平行于k(v_11)的分向量,则有

(在k上的投影)

  

由向量积几何意义可知v, k的向量积w 为与v, , k都垂直,且模与 相等。

W=(该式中 x 不为字母x,表示k 与 v的叉乘积)

则, 

下图(沿向量k的逆向量方向观察)可见

Rodrigues旋转公式_第2张图片

则  

 

Ref

https://en.wikipedia.org/wiki/Rodrigues%27_rotation_formula#Statement

 

https://baike.baidu.com/item/%E7%BD%97%E5%BE%B7%E9%87%8C%E6%A0%BC%E6%97%8B%E8%BD%AC%E5%85%AC%E5%BC%8F/18878562?fr=aladdin

              

罗德里格斯(Rodrigues)旋转方程推导

https://blog.csdn.net/qq_22235957/article/details/80461290

 

 

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