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欧拉角转四元数, 然后四元数转欧拉角

c++mathrotationquaternionseuler-angles
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我正在使用lib glm (http://glm.g-truc.net/)测试四元数，但是我遇到了一个问题;当我将欧拉角转换为四元数然后立即将四元数转换为欧拉角时，我的结果与我的初始欧拉角完全不同。这正常吗？可能是因为旋转不是可交换的吗？

测试代码:

#include <glm\quaternion.hpp>
#include <math.h>

#define PI M_PI
#define RADTODEG(x) ( (x) * 180.0 / PI )
#define DEGTORAD(x) ( (x) * PI / 180.0 )

int         main( void )
{
    float RotX = 90.f;
    float RotY = 180.f;
    float RotZ = -270.f;

    if ( RotX || RotY || RotZ )
    {
        std::cout << "Init: x= " << RotX << ", y= " << RotY << ", z= " << RotZ << "\n";
        glm::quat key_quat(glm::detail::tvec3<float>(DEGTORAD( RotX ),
                                                     DEGTORAD( RotY ),
                                                     DEGTORAD( RotZ )));
        glm::detail::tvec3<float> v = glm::eulerAngles(key_quat);

        /*  // the result is even worse with this code here
        RotX = RADTODEG(v.x);
        RotY = RADTODEG(v.y);
        RotZ = RADTODEG(v.z);
        */

        RotX = v.x;
        RotY = v.y;
        RotZ = v.z;

        std::cout << "Final: x= " << RotX << ", y= " << RotY << ", z= " << RotZ << "\n";
    }
    return (0);
}

结果：

Init: x= 90, y= 180, z= -270
Final: x= -90, y= -3.41509e-006, z= -90

提前感谢您 o/

4个回答
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1
由于这个有用的答案，非常感谢。在我的引擎中，我有效地使用四元数来旋转我的对象。因此，用户可以使用函数SetRotation和GetRotation（带有3个欧拉角）进行操作。在这个函数中，我对对象四元数进行操作，并保存用户的欧拉角。如果我说使用欧拉角指定旋转比使用四元数更简单，您可能会同意...（我将阅读/观看您提供的所有链接。我会回来的） - user1466739
是的，我同意，欧拉角在与用户交流时非常有用。 - Ali
好的。我读了你告诉我的那本书，现在我明白了一切。非常感谢你。 - user1466739
很高兴听到它有所帮助。祝你好运！ :) - Ali
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什么？他们不是邪恶的...完全上下文敏感。 - zezba9000
1
两种方式？有24种不同的“欧拉角”可以符合条件，如果允许左手坐标系，则更多。欧拉角并不邪恶，这是低估了它们的事情。它们是邪恶化身。但是，尽管它们邪恶，但在与用户通信时，它们可能是有用的。 - David Hammen
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如果您需要将四元数转换为欧拉角，但需要任意旋转顺序，请查看此网站上的转换代码。有时诀窍就是找到正确的旋转顺序。（顺便说一下，那些具有相同字母两次的顺序，如XYX，是适当的欧拉角，但像XYZ这样的顺序是Tait-Bryan角）。

以下是链接：http://bediyap.com/programming/convert-quaternion-to-euler-rotations/

以下是代码：

///////////////////////////////
// Quaternion to Euler
///////////////////////////////
enum RotSeq{zyx, zyz, zxy, zxz, yxz, yxy, yzx, yzy, xyz, xyx, xzy,xzx};

void twoaxisrot(double r11, double r12, double r21, double r31, double r32, double res[]){
  res[0] = atan2( r11, r12 );
  res[1] = acos ( r21 );
  res[2] = atan2( r31, r32 );
}

void threeaxisrot(double r11, double r12, double r21, double r31, double r32, double res[]){
  res[0] = atan2( r31, r32 );
  res[1] = asin ( r21 );
  res[2] = atan2( r11, r12 );
}

void quaternion2Euler(const Quaternion& q, double res[], RotSeq rotSeq)
{
    switch(rotSeq){
    case zyx:
      threeaxisrot( 2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                     q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                    -2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                     2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                     q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                     res);
      break;

    case zyz:
      twoaxisrot( 2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                   2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                   q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                   2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                  -2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                  res);
      break;

    case zxy:
      threeaxisrot( -2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                      q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                      2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                     -2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                      q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                      res);
      break;

    case zxz:
      twoaxisrot( 2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                  -2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                   q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                   2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                   2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                   res);
      break;

    case yxz:
      threeaxisrot( 2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                     q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                    -2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                     2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                     q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                     res);
      break;

    case yxy:
      twoaxisrot( 2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                   2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                   q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                   2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                  -2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                  res);
      break;

    case yzx:
      threeaxisrot( -2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                      q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                      2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                     -2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                      q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                      res);
      break;

    case yzy:
      twoaxisrot( 2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                  -2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                   q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                   2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                   2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                   res);
      break;

    case xyz:
      threeaxisrot( -2*(q.y*q.z - q.w*q.x),
                    q.w*q.w - q.x*q.x - q.y*q.y + q.z*q.z,
                    2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                   -2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                    q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                    res);
      break;

    case xyx:
      twoaxisrot( 2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                  -2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                   q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                   2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                   2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                   res);
      break;

    case xzy:
      threeaxisrot( 2*(q.y*q.z + q.w*q.x),
                     q.w*q.w - q.x*q.x + q.y*q.y - q.z*q.z,
                    -2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                     2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                     q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                     res);
      break;

    case xzx:
      twoaxisrot( 2*(q.x*q.z - q.w*q.y),
                   2*(q.x*q.y + q.w*q.z),
                   q.w*q.w + q.x*q.x - q.y*q.y - q.z*q.z,
                   2*(q.x*q.z + q.w*q.y),
                  -2*(q.x*q.y - q.w*q.z),
                  res);
      break;
    default:
      std::cout << "Unknown rotation sequence" << std::endl;
      break;
   }
}
你如何读取旋转序列？例如 zyx，这是应用 z 然后应用 y 然后 x（元素矩阵乘法顺序为 Rx*Ry*Rz），还是 zyx 意味着它是 Rz*Ry*Rx？ - MohamedEzz
不确定实际的矩阵乘法，但从直觉上来看，您需要按顺序旋转，例如对于 zyx，您需要绕物体的本地 z 轴、y 轴和 x 轴依次旋转。如果您无法想象它，可以下载一个 3D 建模程序，如 Blender，以便您可以看到旋转。几乎所有 3D 程序都有一个万向节旋转模式，可以让您围绕其 Tait-Bryan 轴之一旋转对象。 - frodo2975
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-2

Euler -> Quaternion

提取自 Three.js。

这里是一段对我有效的代码：

function eulerToQuaternion(eulerXYZ) {
  var c1 = Math.cos(eulerXYZ[0] / 2),
    c2 = Math.cos(eulerXYZ[1] / 2),
    c3 = Math.cos(eulerXYZ[2] / 2),
    s1 = Math.sin(eulerXYZ[0] / 2),
    s2 = Math.sin(eulerXYZ[1] / 2),
    s3 = Math.sin(eulerXYZ[2] / 2),
    x = s1 * c2 * c3 + c1 * s2 * s3,
    y = c1 * s2 * c3 - s1 * c2 * s3,
    z = c1 * c2 * s3 + s1 * s2 * c3,
    w = c1 * c2 * c3 - s1 * s2 * s3;

  return [x, y, z, w];
};

function calculate() {
  var quat = eulerToQuaternion([document.querySelector('#x').value, document.querySelector('#y').value, document.querySelector('#z').value]);

  document.querySelector('#result').innerHTML = quat.join(' &nbsp; ');
}
<h3>Euler radians in XYZ order:</h3>
<fieldset>
  <label>X:
    <input id="x" value="1.5" />
  </label>
  <label>Y:
    <input id="y" value="1" />
  </label>
  <label>Z:
    <input id="z" value="0" />
  </label>
  <button onClick="calculate()">To Quaternion</button>
</fieldset>
<h3>X Y Z W result:</h3>
<div id="result"></div>

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