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  • c++ 知道旋转平移变换前后矩阵向量值 求旋转变换矩阵c++/c#代码 知道两个向量求他们的旋转变换矩阵

    原文作者:aircraft

    原文链接:https://www.cnblogs.com/DOMLX/p/12115244.html

    知道旋转前后矩阵向量值 如何去求旋转矩阵R 的c++/c#代码???

    因为需要用到矩阵处理库所以需要先配置

    一、Eigen库的配置(VS2017)

        1. Eigen库下载: http://eigen.tuxfamily.org/index.php?title=Main_Page
          下载文件并解压:

    然后在自己的VS工程属性中的这个附加包含进去

     注意看清楚了 是D:Dependencieseigen-eigeneigen-eigen;      前面部分是你们自己的路径 后面的这个eigen-eigeneigen-eigen; 代表的意思解压是点击进去选择里面那个名字跟外面一样的

    二、实现代码

    c++代码:

    #include <cmath>
    #include <iostream>
    #include "Eigen/Dense"  
    #include "Eigen/LU"  
    #include "Eigen/Core"  
    #define PI 3.1415926
    
    //计算旋转角
    double calculateAngle(const Eigen::Vector3d &vectorBefore, const Eigen::Vector3d &vectorAfter)
    {
        double ab, a1, b1, cosr;
        ab = vectorBefore.x()*vectorAfter.x() + vectorBefore.y()*vectorAfter.y() + vectorBefore.z()*vectorAfter.z();
        a1 = sqrt(vectorBefore.x()*vectorBefore.x() + vectorBefore.y()*vectorBefore.y() + vectorBefore.z()*vectorBefore.z());
        b1 = sqrt(vectorAfter.x()*vectorAfter.x() + vectorAfter.y()*vectorAfter.y() + vectorAfter.z()*vectorAfter.z());
        cosr = ab / a1 / b1;
        return (acos(cosr) * 180 / PI);
    }
    //计算旋转轴
    inline Eigen::Vector3d calculateRotAxis(const Eigen::Vector3d &vectorBefore, const Eigen::Vector3d &vectorAfter)
    {
        return Eigen::Vector3d(vectorBefore.y()*vectorAfter.z() - vectorBefore.z()*vectorAfter.y(), 
            vectorBefore.z()*vectorAfter.y() - vectorBefore.x()*vectorAfter.z(), 
            vectorBefore.x()*vectorAfter.y() - vectorBefore.y()*vectorAfter.x());
    }
    //计算旋转矩阵
    void rotationMatrix(const Eigen::Vector3d &vectorBefore, const Eigen::Vector3d &vectorAfter, Eigen::Matrix3d &rotMatrix)
    {
        Eigen::Vector3d vector = calculateRotAxis(vectorBefore, vectorAfter);
        double angle = calculateAngle(vectorBefore, vectorAfter);
        Eigen::AngleAxisd rotationVector(angle, vector.normalized());
        Eigen::Matrix3d rotationMatrix = Eigen::Matrix3d::Identity();
        rotMatrix =  rotationVector.toRotationMatrix();//所求旋转矩阵
    }
    
    int main()
    {
        Eigen::Matrix3d rotMatrix;
        
    
        Eigen::Vector3d vectorBefore(0,0,1);
        Eigen::Vector3d vectorAfter(1,0,0);
        rotationMatrix(vectorBefore, vectorAfter, rotMatrix);
        std::cout << rotMatrix << std::endl;
        system("pause");
        return 0;
    }

    打印结果:

     c#代码:

    void Calculation(double[] vectorBefore, double[] vectorAfter)
    {
        double[] rotationAxis;
        double rotationAngle;
        double[,] rotationMatrix;
        rotationAxis = CrossProduct(vectorBefore, vectorAfter);
        rotationAngle = Math.Acos(DotProduct(vectorBefore, vectorAfter) / Normalize(vectorBefore) / Normalize(vectorAfter));
        rotationMatrix = RotationMatrix(rotationAngle, rotationAxis);
    }
    
    double[] CrossProduct(double[] a, double[] b)
    {
        double[] c = new double[3];
    
        c[0] = a[1] * b[2] - a[2] * b[1];
        c[1] = a[2] * b[0] - a[0] * b[2];
        c[2] = a[0] * b[1] - a[1] * b[0];
    
        return c;
    }
    
    double DotProduct(double[] a, double[] b)
    {
        double result;
        result = a[0] * b[0] + a[1] * b[1] + a[2] * b[2];
    
        return result;
    }
    
    double Normalize(double[] v)
    {
        double result;
    
        result = Math.Sqrt(v[0] * v[0] + v[1] * v[1] + v[2] * v[2]);
    
        return result;
    }
    
    double[,] RotationMatrix(double angle, double[] u)
    {
        double norm = Normalize(u);
        double[,] rotatinMatrix = new double[3,3];
        
        u[0] = u[0] / norm;
        u[1] = u[1] / norm;
        u[2] = u[2] / norm;
    
        rotatinMatrix[0, 0] = Math.Cos(angle) + u[0] * u[0] * (1 - Math.Cos(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = u[0] * u[1] * (1 - Math.Cos(angle) - u[2] * Math.Sin(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = u[1] * Math.Sin(angle) + u[0] * u[2] * (1 - Math.Cos(angle));
    
        rotatinMatrix[0, 0] = u[2] * Math.Sin(angle) + u[0] * u[1] * (1 - Math.Cos(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = Math.Cos(angle) + u[1] * u[1] * (1 - Math.Cos(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = -u[0] * Math.Sin(angle) + u[1] * u[2] * (1 - Math.Cos(angle));
          
        rotatinMatrix[0, 0] = -u[1] * Math.Sin(angle) + u[0] * u[2] * (1 - Math.Cos(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = u[0] * Math.Sin(angle) + u[1] * u[2] * (1 - Math.Cos(angle));
        rotatinMatrix[0, 0] = Math.Cos(angle) + u[2] * u[2] * (1 - Math.Cos(angle));
    
        return rotatinMatrix;
    }

     

    三、实现原理

    1.旋转角度

    已知旋转前向量为P, 旋转后变为Q。由点积定义可知:

    image可推出P,Q之间的夹角为:

    image

    2. 旋转轴

    由1中可知,旋转角所在的平面为有P和Q所构成的平面,那么旋转轴必垂直该平面。

    假定旋转前向量为a(a1, a2, a3), 旋转后向量为b(b1, b2, b3)。由叉乘定义得:

    image

    所以旋转轴c(c1, c2, c3)为:

    image

    3.  罗德里格旋转公式(Rodrigues' rotation formula)

    3.1 公式

    已知单位向量Inline3 , 将它旋转θ角。由罗德里格旋转公式,可知对应的旋转矩阵Inline5

    image

    其中I是3x3的单位矩阵,

    omega^~ 是叉乘中的反对称矩阵r:

    NumberedEquation1

    3.2 公式证明

    假设在坐标系(x, y, z)中,向量v=ax+by+cz,v绕z轴逆时针旋转θ角后得到新的向量v’。

    img1

    根据2维(x,y)面上的旋转公式可得:

    image

    推出:

    image 已知:

    image将上式带入v’的公式:

    image  将cz替换掉,可得:

    image

    将上式中的叉乘表示为反对称矩阵得:

    image

    另外:

    image

    最终可以推出:

    image

    上式即为罗德里格旋转公式。

    参考博客:https://www.cnblogs.com/xpvincent/archive/2013/02/15/2912836.html 

    参考博客里的是c#的实现代码

    我是参考完之后改了一个c++的版本出来

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