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探索欧拉角:用于学习与可视化的3D坐标变换及欧拉角度互动展示-MATLAB开发

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简介:
本项目通过MATLAB提供了一个交互式的平台,专注于3D坐标系中的欧拉角转换和可视化教学。用户可以直观地理解并操作三种不同序列的欧拉角旋转。 `findEulerAngs` 函数生成欧拉角集,并通过动画旋转来响应用户对 3D 刚体(盒子)的操作。使用鼠标可以改变框的方向;此时,原始位置的线框会显示出来。“Euler Axis”按钮会在原始和新的箱子位置之间进行动画转换,围绕着欧拉轴完成这一过程。“旋转”按钮根据当前选择的旋转类型(“主体”或“空间”),以及在下拉菜单中选定的轴集来计算一组能够将轴定向至新盒子位置所需的欧拉角。而“Derotate”则执行相反的过程,把轴带回其初始状态。 每次完成一个轴向旋转后,后续的所有旋转都将基于该新的方向进行计算。“空间”旋转类型使用的是与之前立方体的方向(即线框立方体的坐标系)相关的坐标系来确定新位置。在未经过任何旋转的情况下,“Axes DCM”代表了当前轴的方向余弦矩阵;“Box DCM(惯性)”则表示盒子在未转之前的方位状态。“Box DCM (Axes)”则是前两者相乘的结果,即结合了轴方向和盒子朝向的综合信息。欧拉角是基于未旋转的惯性系计算出来的。

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客服
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  • 3D-MATLAB
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    本项目通过MATLAB提供了一个交互式的平台,专注于3D坐标系中的欧拉角转换和可视化教学。用户可以直观地理解并操作三种不同序列的欧拉角旋转。 `findEulerAngs` 函数生成欧拉角集,并通过动画旋转来响应用户对 3D 刚体(盒子)的操作。使用鼠标可以改变框的方向;此时,原始位置的线框会显示出来。“Euler Axis”按钮会在原始和新的箱子位置之间进行动画转换,围绕着欧拉轴完成这一过程。“旋转”按钮根据当前选择的旋转类型(“主体”或“空间”),以及在下拉菜单中选定的轴集来计算一组能够将轴定向至新盒子位置所需的欧拉角。而“Derotate”则执行相反的过程,把轴带回其初始状态。 每次完成一个轴向旋转后,后续的所有旋转都将基于该新的方向进行计算。“空间”旋转类型使用的是与之前立方体的方向(即线框立方体的坐标系)相关的坐标系来确定新位置。在未经过任何旋转的情况下,“Axes DCM”代表了当前轴的方向余弦矩阵;“Box DCM(惯性)”则表示盒子在未转之前的方位状态。“Box DCM (Axes)”则是前两者相乘的结果,即结合了轴方向和盒子朝向的综合信息。欧拉角是基于未旋转的惯性系计算出来的。
  • 了解和深入理解MATLAB
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    本教程介绍如何使用MATLAB探索与应用欧拉角,帮助用户深入了解空间旋转的概念,并通过实践提高三维可视化的技能。 您可以输入坐标以及绕其旋转的角度和轴来展示旋转和方向。您将完全控制屏幕上显示的元素,例如路径、旋转平面及初始坐标系等。简而言之:这是一款教育工具。 文件包括: - 理解_Euler_Angles.m -- 主程序 - arrow3d.m -- 生成 3D 箭头的函数 - Rotations.m -- 计算参考系的方向并绘制它的函数 - Revolve.m -- 生成轴对称曲面的函数 - Extrude.m ——通过挤压二维形状来产生表面的功能。 - Cylinder.m - 创建具有所需半径的闭合面圆柱体的函数 - Cone.m -- 生成锥体的函数 - Banner.jpg -- 作者横幅 - 理解_Euler_Angles.fig -- GUI 图 共有9个文件。
  • 微分方程——解析
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    本文探讨了描述刚体旋转运动的欧拉角及其时间导数之间的关系,深入分析并推导出用于计算欧拉角速度的微分方程。通过该方程可以精确地解析和预测刚体的姿态变化动态。 已知:1. 机体坐标系的角速度 gyro_x, gyro_y, gyro_z;2. 欧拉角 pitch、roll 和 yaw。根据姿态解算的知识点,使用四元数互滤波求解地理坐标系中的角速度。
  • 在OpenTK3D系中矢量控制功能演
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    本示例展示了如何在OpenTK环境中利用矢量和欧拉角进行三维空间中的物体旋转与操控,为开发者提供直观的3D坐标操作体验。 在OpenTK这个强大的开源库中,3D坐标系的使用是构建三维图形应用程序的基础。欧拉角是一种广泛应用于3D旋转表示的方法,它通过三个角度(通常为X、Y、Z轴的旋转角)来描述一个物体在3D空间中的旋转状态。本演示将深入探讨如何在OpenTK中利用矢量欧拉角进行3D对象的旋转控制。 了解3D坐标系的基本概念是必要的。在3D空间中,我们通常使用右手笛卡尔坐标系,其中X轴指向右,Y轴向上,Z轴指向屏幕外,形成一个正交坐标系统。每个点的位置由其在三个轴上的坐标值决定。 矢量欧拉角是由三个旋转组成:首先绕X轴旋转α(Pitch),接着绕Y轴旋转β(Yaw),最后绕Z轴旋转γ(Roll)。这三个旋转顺序的组合可以产生任意角度的3D旋转。在OpenTK中,我们可以使用`Vector3`结构体来存储这三个旋转值。 OpenTK提供了`Matrix4.CreateFromEulerAngles`方法,允许我们根据欧拉角创建旋转矩阵。生成的4x4矩阵可用于将任何向量或点从一个坐标系转换到另一个坐标系。通过传递欧拉角作为参数给该方法,可以得到用于模型或者相机视角旋转的矩阵。 在实现3D对象的旋转控制时,通常会有一个更新循环,在每帧中更新欧拉角并重新计算旋转矩阵。例如: ```csharp float pitch += rotationSpeed * Time.deltaTime; float yaw += rotationSpeed * Time.deltaTime; float roll += rotationSpeed * Time.deltaTime; Vector3 eulerAngles = new Vector3(pitch, yaw, roll); Matrix4 rotationMatrix = Matrix4.CreateFromEulerAngles(eulerAngles); 将旋转矩阵应用到物体的位置或相机视图矩阵 modelMatrix *= rotationMatrix; camera.ViewMatrix = Matrix4.LookAt(cameraPosition, cameraTarget, cameraUp) * rotationMatrix; ``` 这里的`rotationSpeed`是每帧旋转的角度增量,`Time.deltaTime`表示上一帧到当前帧的时间差,确保了旋转速度与帧率无关。`modelMatrix`和`camera.ViewMatrix`分别代表模型矩阵和相机视图矩阵,它们是OpenTK渲染管线的重要组成部分。 此外,OpenTK还提供了处理旋转的四元数结构体。欧拉角可以通过转换为四元数来避免万向锁问题,并且在数学上更易于处理。四元数与矩阵之间可以相互转换,以便根据需要使用适当的表示形式。 通过理解和熟练运用这些工具和方法,你可以创建出各种复杂的3D场景和交互效果,在实际项目中结合键盘、鼠标输入或者其他传感器数据来动态调整欧拉角实现对象的自由旋转。在学习过程中不断探索OpenTK的其他功能如光照、纹理等将有助于提升你的3D编程技能。
  • 速率机体
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    本文探讨了欧拉角速率和机体角速度之间的相互转换关系及其数学模型,适用于航空航天器姿态控制的研究领域。 欧拉角速率与机体角速度之间的转换推导过程涉及到对刚体旋转的理解以及坐标系变换的数学原理。这一推导通常从定义初始姿态开始,通过三个基本旋转(绕固定轴或自身轴)来表达物体的姿态变化。每一个旋转可以使用一个角度和相应的轴来描述,并且这些基本操作可以通过矩阵乘法的形式进行组合。 在具体实施转换时,需要考虑欧拉角的顺序以及所采用的具体坐标系类型(如ZYX顺序)。每个连续的旋转都会改变后续旋转的角度定义方式,这导致了复杂的非线性关系。为了将这种姿态变化转化为关于时间的一阶导数形式——即角速度向量或矩阵的形式,我们需要用到雅可比矩阵的概念。 对于给定的时间点t, 给定欧拉角θ(t)的瞬时速率ω_euler = dθ/dt可以被转换为机体坐标系中的角速度w_body。这一过程涉及到计算两个坐标系统之间的变换关系以及如何将一个系统的运动描述映射到另一个系统中。 推导过程中,首先需要定义各轴旋转对应的雅可比矩阵,然后结合欧拉角的顺序和具体姿态来构建总变换矩阵,并通过链式法则求得角度变化率关于机体角速度的关系。最终结果通常以表达为ω_body = J(θ) * ω_euler的形式出现, 其中J(θ)是随时间变化的姿态雅可比矩阵。 这一转换过程在航空航天工程、机器人学等领域有着广泛的应用,尤其是在处理姿态估计和控制问题时显得尤为重要。
  • 晶态塑性.rar
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    本资源为“晶态塑性欧拉角变换”,包含有关晶体学和材料科学中关于晶粒取向变化及塑性变形的研究资料与算法实现。 在进行晶体分析时会用到欧拉角转换,这是我购买的资料,如有需要可以自取。
  • 和四元数
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    本文介绍了如何将物体在三维空间中的旋转用欧拉角和四元数表示,并详细讲解了二者之间的相互转换方法。 这里详细列出了12种转换方式下的方向余弦与四元数的转换,并且包括了欧拉角的公式。
  • 旋转:由旋转序列(如yxz)定义旋转 - MATLAB
    优质
    本项目提供了一个MATLAB工具,用于直观地显示由特定顺序(例如yxz)定义的欧拉角旋转,便于理解与教学。 通常在三维空间中很难直观地展示旋转序列。这项功能能够生成一个可视化图像,展现中间的旋转过程以及对应的参考系统。这有助于更深入地理解旋转顺序,并且可以在报告或论文中用来定义具体的旋转操作。
  • 螺线:绘制螺线版本 - MATLAB
    优质
    本项目提供MATLAB代码用于绘制标准欧拉螺线及其多种变体。用户可通过调整参数轻松探索其几何特性与美学价值。 欧拉螺线是通过计算菲涅耳积分生成的。 通过调整参数可以产生不同类型的螺旋曲线。EulerSpiral.m 文件用于绘制简单的图形,而 EulerSpiralDeco.m 则用来制作带状图和管状图。