4.姿态转换实战

这节课我们就利用相关的开源库，来完成姿态的不同表示方式之间的转换。

包含12中转换形式，其中一些转换的计算方式，前面几节课中有给出相应的公式。

四元数模块:quaternions

四元数转旋转矩阵
旋转矩阵转四元数
四元数转轴角
轴角转四元数

欧拉模块:euler

欧拉角转四元数
四元数转欧拉角
欧拉角转旋转矩阵
旋转矩阵转欧拉角
欧拉角转轴角
轴角转欧拉角

轴角模块:axangles

轴角转旋转矩阵
旋转矩阵转轴角

本节主要推荐的是Python的相关实现，用的是常用的transforms3d库,该库的api设计非常的巴适，是非常的爱~

1.安装

安装使用pip即可

pip install transforms3d -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

2.四元数相关转换

四元数模块在transforms3d.quaternions里，直接导入即可使用

2.1 四元数与旋转矩阵互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 四元数转旋转矩阵
tfs.quaternions.quat2mat([1,0,0,0])
# 旋转矩阵转四元数
tfs.quaternions.mat2quat(np.asarray([[1., 0., 0.],[0., 1., 0.],[0., 0., 1.]]))

2.2 四元数与轴角互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 四元数转旋轴角
tfs.quaternions.quat2axangle([1,0,0,0])
# 轴角转四元数
tfs.quaternions.axangle2quat([1,0,0],0.5)

3.欧拉角相关转换

四元数模块在transforms3d.euler里，直接导入即可使用

axes = sxyz：固定轴欧拉角，根据全局坐标系旋转
axes = rzyx：非固定轴欧拉角，根据自身坐标系旋转

3.1 欧拉角与四元数互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 固定轴欧拉角转四元数
tfs.euler.euler2quat(1.57, 0, 1.57,"sxyz") # 根据全局坐标系旋转，x轴转90度，z轴转90度
# 四元数转固定轴欧拉角
tfs.euler.quat2euler([1,0,0,0],"sxyz")

3.2 欧拉角与旋转矩阵互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 固定轴欧拉角转旋转矩阵
tfs.euler.euler2mat(0,0,0,"sxyz")
# 旋转矩阵转固定轴欧拉角
tfs.euler.mat2euler(np.asarray([[1., 0., 0.],[0., 1., 0.],[0., 0., 1.]]),"sxyz")

3.3 欧拉角与轴角互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 固定轴欧拉角轴角
tfs.euler.euler2axangle(0,0,0,"sxyz")
# 轴角转固定轴欧拉角
tfs.euler.axangle2euler([1,0,0],0.5,"sxyz")

4.轴角相关转换

四元数模块在transforms3d.axangle里，直接导入即可使用

4.1 轴角与旋转矩阵互转

import transforms3d as tfs
import numpy as np 
# 轴角转旋转矩阵
tfs.axangles.axangle2mat([1,0,0],0.5)
# 旋转矩阵转轴角
tfs.axangles.mat2axangle(np.asarray([[1., 0., 0.],[0., 1., 0.],[0., 0., 1.]]))

5.C++实现Eigen

开源地址,欢迎一起加入完善: https://gitee.com/ohhuo/transforms3d_cpp

参考文档：

http://matthew-brett.github.io/transforms3d/

姿态转换实战

datetime:2023/09/25 10:22

author:nzb