学习四元数

欧拉角会遇到的问题

  • 旋转顺序很敏感:先绕 Y 再绕 X,和先绕 X 再绕 Y,结果完全不同
  • "轴会变味/不好跟手":当物体已经转过一圈后,你再做"上下",实际绕的轴可能不是你以为的那个
  • 极端情况下会"卡住"(万向节死锁,gimbal lock):两个旋转轴重合,少了一个自由度

四元数

为了解决使用欧拉角中会遇到的问题,我们使用四元数:

四元数的核心价值:把旋转当成一个整体来累计,不会出现万向节死锁,并且叠加旋转非常自然。

欧拉角是三个旋转轴,四元数可以当作是一个旋转轴,这个旋转轴每次都是在变化的。

四元数可以写作:
q = ( x , y , z , w ) q=(x, y, z, w) q=(x,y,z,w)

理解:

  • 一个单位四元数(长度=1)可以唯一表示一个 3D 旋转
  • 它等价于"轴-角"表示法:绕单位轴 n = (nx, ny, nz) 旋转角度 θ

与欧拉角的关系:

  • w = cos ⁡ ( θ / 2 ) w=\cos(\theta / 2) w=cos(θ/2)
  • ( x , y , z ) = n ∗ sin ⁡ ( θ / 2 ) (x, y, z)=n * \sin(\theta / 2) (x,y,z)=n∗sin(θ/2)

使用四元数

  1. 创建一个"绕轴旋转"的四元数
cpp 复制代码
QQuaternion q = QQuaternion::fromAxisAndAngle(axis, angleDeg);
  1. 叠加旋转
    如果当前姿态 cur,鼠标产生一个增量旋转 dq,更新是:
cpp 复制代码
cur = (dq * cur).normalized();
  1. 用四元数旋转向量(得到"当前物体的局部轴")
cpp 复制代码
QVector3D right = cur.rotatedVector(QVector3D(1,0,0));
相关推荐
寻寻觅觅☆7 小时前
东华OJ-基础题-106-大整数相加(C++)
开发语言·c++·算法
fpcc8 小时前
并行编程实战——CUDA编程的Parallel Task类型
c++·cuda
ceclar1239 小时前
C++使用format
开发语言·c++·算法
lanhuazui109 小时前
C++ 中什么时候用::(作用域解析运算符)
c++
charlee449 小时前
从零实现一个生产级 RAG 语义搜索系统:C++ + ONNX + FAISS 实战
c++·faiss·onnx·rag·语义搜索
老约家的可汗10 小时前
初识C++
开发语言·c++
crescent_悦10 小时前
C++:Product of Polynomials
开发语言·c++
小坏坏的大世界10 小时前
CMakeList.txt模板与 Visual Studio IDE 操作对比表
c++·visual studio
乐观勇敢坚强的老彭10 小时前
c++寒假营day03
java·开发语言·c++
郑同学zxc11 小时前
机器视觉10-Qt联合Halcon开发环境配置
开发语言·qt