SO(3) (本质理解)

一、SO(3) 是什么

SO(3) (Special Orthogonal Group):

几何理解(非常重要)

SO(3) 表示:

"刚体绕某个轴旋转一个角度"

任何旋转都可以表示为:

一个单位轴 + 一个角度

这就是:

轴角表示(Axis-Angle)

符号

  • SE(3):特殊欧式群
  • se(3):特殊欧式群的李代数
  • SO(3): 三维特殊正交群
  • so(3): 三维特殊正交群的李代数
  • T(3):三维移动群
  • R: 旋转矩阵

二、SO3的性质

https://geek.csdn.net/658a7fcfd4226e0eb426fc7f.html

1、 正交性

列向量互相正交,长度为1

2、行列式

排除反射(镜像)

3、自由度

虽然是 3×3 矩阵,但只有 3 个自由度

三、SO(3) 的李代数:so(3)

SO(3) 是非线性流形

不能直接线性优化,所以引入:so(3)

1、向量->反对称矩阵

https://blog.csdn.net/weixin_39354845/article/details/159547654?sharetype=blogdetail&sharerId=159547654&sharerefer=PC&sharesource=weixin_39354845&spm=1011.2480.3001.8118

**2、**几何意义

叉乘矩阵

3、为什么要用 SO(3)

欧拉角问题

  • 万向锁(gimbal lock)
  • 不连续

旋转矩阵问题

  • 9个参数但只有3自由度
  • 优化困难(需要约束)

SO(3) + 李代数优势

用 3 维向量表示旋转

  • 无约束优化
  • 数值稳定
  • 适合 Gauss-Newton / LM

四、常见面试问题

1、Jacobian(高频面试)

2、SO(3) 为什么是流形?

因为:

是非线性约束。

3、exp / log 有什么用?

在局部线性空间和全局空间之间转换

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