一般情况的三维旋转矩阵

本文介绍了一般位置下三维旋转矩阵的计算方法。针对任意旋转轴和旋转角度,给出了详细的4x4旋转矩阵公式,适用于三维空间中物体的精确旋转。

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旋转矩阵

在三维空间,有时需要计算一般位置的三维旋转矩阵。假设旋转轴的方向是(a,b,c),旋转轴经过 (x,y,z)点,反时针旋转角度为 θ,则用齐次坐标表示的旋转矩阵是这样的:

直接用 LATEX 代码无法完整显示:

a2+(b2+c2)cosθa2+b2+c2csinθa2+b2+c2ab(cosθ1)a2+b2+c2ac(cosθ1)a2+b2+c2bsinθa2+b2+c20ab(cosθ1)a2+b2+c2csin(θ)a2+b2+c2b2+(a2+c2)cos(θ)a2+b2+c2asinθa2+b2+c2bc(cosθ1)a2+b2+c20bsinθa2+b2+c2ac(cosθ1)a2+b2+c2bc(cosθ1)a2+b2+c2asinθa2+b2+c2c2+(a2+b2)cosθa2+b2+c202sinθ2((a2+b2+c2)(cybz)cosθ2+a2+b2+c2(xb2ayb+c(cxaz))sinθ2)(a2+b2+c2)3/22sinθ2((a2+b2+c2)(azcx)cosθ2+a2+b2+c2(ya2bxa+c(cybz))sinθ2)(a2+b2+c2)3/22sinθ2((a2b2c2)(aybx)cosθ2+a2+b2+c2((a2+b2)zc(ax+by))sinθ2)(a2+b2+c2)3/21

图片显示:

这里写图片描述

变换形式,直接用 LATEX 代码无法完整显示:

a2+(b2+c2)cosθab(1cosθ)+ca2+b2+c2sinθac(1cosθ)ba2+b2+c2sinθ0ab(1cosθ)ca2+b2+c2sinθb2+(a2+c2)cosθbc(1cosθ)+aa2+b2+c2sinθ0ac(1cosθ)+ba2+b2+c2sinθbc(1cosθ)aa2+b2+c2sinθc2+(a2+b2)cosθ0
((b2+c2)xa(by+cz))(1cosθ)+(cybz)a2+b2+c2sinθ((a2+c2)yb(ax+cz))(1cosθ)+(azcx)a2+b2+c2sinθ(c(ax+by)(a2+b2)z)(1cosθ)+(bxay)a2+b2+c2sinθa2+b2+c2×1a2+b2+c2

图片换行显示4×4矩阵之一:

这里写图片描述

图片换行显示4×4矩阵之二:

这里写图片描述

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