空间点坐标变换

本文阐述了在相同或不同坐标系中,空间点通过旋转和平移变换获得新坐标的数学方法。对于相同坐标系,只需使用旋转矩阵和平移向量进行运算;而在不同坐标系间转化时,则需依据坐标系之间的变换顺序逆向应用旋转矩阵,并考虑平移的影响。

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当考虑同一坐标系下,某空间点绕某一轴旋转完平移后的坐标,直接乘以该旋转的旋转矩阵再加上旋转完后的平移向量即可。


当考虑不同坐标系下,同一空间点的两个坐标的时候,假设已知坐标系经过何种平移旋转可以变为另一个坐标系。

此时空间点由坐标系1的坐标转化为坐标系2的坐标时,需要乘的变换矩阵如下:

旋转矩阵:坐标系2旋转为和坐标系1同向所需的旋转矩阵,顺序如下述。

a系经过n次旋转转到b系。则b系的点若要转换为a系的坐标,需要先左乘以最后一次旋转的旋转矩阵,然后是倒数第二次,以此类推乘到第一次旋转的旋转矩阵为止。

比如a系绕z轴旋转90°,再绕y轴旋转45°得到b系,则b系的点绕y轴旋转45°,再绕z轴旋转90°得到a系下坐标。

平移向量:坐标系2在旋转之前将原点平移到坐标系1这个向量在坐标系2中的坐标表示。

比如a系在自己的系下面平移(1,1,1)得到b系,则b系中的点坐标加(1,1,1)得到a系中的坐标。

若经过一系列变换,a系变为b系,则b系的点经过相同变换的倒序可以获得a系的坐标。

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