math_3d.h头文件源码

本文介绍了一个用于3D图形应用的数学库,包括向量、矩阵和四元数的操作,如加减乘运算、旋转和平移变换等。特别关注了Vector3f和Matrix4f的定义及其实现细节。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

转自gitHub

#pragma once
#ifndef MATH_3D_H
#define	MATH_3D_H

#include <stdio.h>
#include <math.h>

#define ToRadian(x) ((x) * M_PI / 180.0f)
#define ToDegree(x) ((x) * 180.0f / M_PI)

struct Vector2i
{
	int x;
	int y;
};

struct Vector2f
{
	float x;
	float y;

	Vector2f()
	{
	}

	Vector2f(float _x, float _y)
	{
		x = _x;
		y = _y;
	}
};


struct Vector3f
{
	float x;
	float y;
	float z;

	Vector3f()
	{
	}

	Vector3f(float _x, float _y, float _z)
	{
		x = _x;
		y = _y;
		z = _z;
	}

	Vector3f& operator+=(const Vector3f& r)
	{
		x += r.x;
		y += r.y;
		z += r.z;

		return *this;
	}

	Vector3f& operator-=(const Vector3f& r)
	{
		x -= r.x;
		y -= r.y;
		z -= r.z;

		return *this;
	}

	Vector3f& operator*=(float f)
	{
		x *= f;
		y *= f;
		z *= f;

		return *this;
	}

	Vector3f Cross(const Vector3f& v) const;

	Vector3f& Normalize();

	void Rotate(float Angle, const Vector3f& Axis);

	void Print() const
	{
		printf("(%.02f, %.02f, %.02f", x, y, z);
	}
};


inline Vector3f operator+(const Vector3f& l, const Vector3f& r)
{
	Vector3f Ret(l.x + r.x,
		l.y + r.y,
		l.z + r.z);

	return Ret;
}

inline Vector3f operator-(const Vector3f& l, const Vector3f& r)
{
	Vector3f Ret(l.x - r.x,
		l.y - r.y,
		l.z - r.z);

	return Ret;
}

inline Vector3f operator*(const Vector3f& l, float f)
{
	Vector3f Ret(l.x * f,
		l.y * f,
		l.z * f);

	return Ret;
}


class Matrix4f
{
public:
	float m[4][4];

	Matrix4f()
	{
	}


	inline void InitIdentity()
	{
		m[0][0] = 1.0f; m[0][1] = 0.0f; m[0][2] = 0.0f; m[0][3] = 0.0f;
		m[1][0] = 0.0f; m[1][1] = 1.0f; m[1][2] = 0.0f; m[1][3] = 0.0f;
		m[2][0] = 0.0f; m[2][1] = 0.0f; m[2][2] = 1.0f; m[2][3] = 0.0f;
		m[3][0] = 0.0f; m[3][1] = 0.0f; m[3][2] = 0.0f; m[3][3] = 1.0f;
	}

	inline Matrix4f operator*(const Matrix4f& Right) const
	{
		Matrix4f Ret;

		for (unsigned int i = 0; i < 4; i++) {
			for (unsigned int j = 0; j < 4; j++) {
				Ret.m[i][j] = m[i][0] * Right.m[0][j] +
					m[i][1] * Right.m[1][j] +
					m[i][2] * Right.m[2][j] +
					m[i][3] * Right.m[3][j];
			}
		}

		return Ret;
	}

	void InitScaleTransform(float ScaleX, float ScaleY, float ScaleZ);
	void InitRotateTransform(float RotateX, float RotateY, float RotateZ);
	void InitTranslationTransform(float x, float y, float z);
	void InitCameraTransform(const Vector3f& Target, const Vector3f& Up);
	void InitPersProjTransform(float FOV, float Width, float Height, float zNear, float zFar);
};


struct Quaternion
{
	float x, y, z, w;

	Quaternion(float _x, float _y, float _z, float _w);

	void Normalize();

	Quaternion Conjugate();
};

Quaternion operator*(const Quaternion& l, const Quaternion& r);

Quaternion operator*(const Quaternion& q, const Vector3f& v);

#endif	/* MATH_3D_H */
<think>好的,我现在需要帮用户分析他们提供的C头文件代码,并指出其中使用了哪些算法。首先,我得仔细看一下用户提供的代码,理解各个部分的作用。 首先,代码开头是头文件的保护宏`#ifndef __MAIN_H`,防止重复包含。然后包含了很多标准库和STM32相关的头文件,比如`stm32f10x.h`、各种外设驱动如GPIO、延时、串口、传感器驱动等。这说明这个项目可能是在STM32F10x系列微控制器上运行的,涉及多个硬件模块。 接下来看宏定义部分,`#define U8 u8`和`#define U16 u16`可能是为了简化类型名称,提高代码可读性。然后定义了LED和按键的引脚,比如LED1连接到PB12,按键KEY1到KEY4分别连接到不同的引脚。这些宏定义方便在代码中直接使用名称来操作硬件。 然后是外部变量的声明,比如`extern u8 b_1s`, `extern u32 set_code[21]`等,这些变量可能在多个源文件中使用,用于状态标志、参数设置、温度、距离等数据的存储。比如`new_temp`可能存储温度数据,`distance`存储距离值。 接下来需要分析引用的头文件,看看是否有涉及算法部分。例如,`ds18b20.h`是温度传感器驱动,可能用到了单总线通信协议,但具体算法可能在驱动内部实现。`hc_rs04.h`是超声波模块HC-SR04的驱动,测距通常基于时间差计算距离,这里可能用到了时间测量和声速计算,公式类似$distance = (time \times speed)/2$。 重点在`mpu6050.h`、`mpuiic.h`、`inv_mpu.h`和`inv_mpu_dmp_motion_driver.h`,这些涉及到MPU6050陀螺仪和加速度计,以及DMP(数字运动处理器)。DMP是内置的算法,用于处理原始传感器数据,进行姿态解算,如四元数转欧拉角,可能用到了卡尔曼滤波或互补滤波来减少噪声,但具体实现由DMP库处理。MPU6050的I2C通信可能用到了软件I2C或硬件I2C驱动。 其他部分如ADC、Flash、USART等,主要涉及数据采集和通信,可能没有复杂算法,主要是硬件操作。定时器可能用于PWM生成或时间测量。外部变量`MPU_F`和`mpu_flag`可能用于标记MPU6050的状态或数据就绪。 总结来看,显式提到的算法可能包括超声波测距的时间-距离转换,DMP中的姿态解算算法,可能还有滤波算法。但代码中并没有直接实现这些算法,而是通过调用库函数来处理。用户可能需要查看具体驱动库的源码才能了解算法细节。</think>以下是代码分析和关键算法说明: 一、代码结构分析 1. 头文件保护 ```c #ifndef __MAIN_H #define __MAIN_H ... #endif ``` 使用标准头文件保护宏,防止重复包含 2. 硬件驱动层 - STM32基础库:`stm32f10x.h` - 外设驱动:GPIO、定时器、ADC、USART、Flash等 - 传感器驱动:`ds18b20`(温度)、`hc_rs04`(超声波)、`mpu6050`(陀螺仪) 3. 硬件抽象定义 ```c #define LED1 PBout(12) // LED硬件映射 #define KEY1 PCin(13) // 按键硬件映射 #define U8 u8 // 类型重定义 ``` 二、核心算法分析 1. 传感器数据处理 - **MPU6050姿态解算** ```c #include "inv_mpu.h" #include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" ``` 使用DMP(Digital Motion Processor)算法进行: - 传感器数据融合(陀螺仪+加速度计) - 四元数姿态解算 - 运动状态检测 - **超声波测距(HC-SR04)** $$ distance = \frac{1}{2} \times 声速 \times 高电平时间 $$ 实现代码在`hc_rs04.c`中通过定时器测量回波时间 - **温度采集(DS18B20)** 使用单总线协议和CRC校验算法,温度转换公式: $$ Temp = raw\_data \times 0.0625 $$ 2. 通信协议 - **I2C协议**(MPU6050) 在`mpuiic.h`中实现硬件/软件I2C - **USART通信** 包含3个串口,可能用于GPS/GSM模块通信 3. 数据处理 - **ADC采样**:在`adc.h`中实现模拟信号采集 - **定时器中断**:通过`timer.h`实现精确时序控制 三、系统特征 1. 多任务处理 - 通过`extern`共享变量实现模块间通信 - 使用`run_mod`变量控制系统工作模式 2. 关键参数 ```c extern u32 set_code[21]; // 参数设置数组 extern float distance; // 浮点型距离存储 extern int MPU_F; // 陀螺仪状态标志 ``` 四、典型应用场景推测 1. 智能小车/无人机控制系统 2. 环境监测设备(温度+距离) 3. 运动姿态监测设备 建议检查具体传感器驱动文件(如`mpuiic.c`、`hc_rs04.c`)以获取更详细的算法实现细节。这些底层驱动中包含了传感器数据采集和处理的核心算法。
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