坐标变换与坐标系变换

一、几个概念

  • 欧拉角
  • 固定轴变换与连续轴变换

定理1 所谓欧拉角和固定角顺序相反指的是:如果一个物体分别绕自己的xyz坐标轴旋转αβγ角度相当于物体绕世界坐标轴的zyx分别旋转γβα角度。
定理2 a frame到b frame的坐标系变换(frame transform),也表示了b frame在a frame的描述,也代表了把一个点在b frame里坐标变换成在a frame里坐标的坐标变换

1.1 欧拉角

Euler angles, 应用广泛,不同的研究领域有不同术语习惯,但意义相同。

extrinsic=fixed=static,外旋=固定轴=静态;
intrisic=rotating,内旋=连续轴=旋转轴

二、 坐标旋转与坐标系旋转

    1. source、target frame是在进行坐标变换时的概念,source是坐标变换的源坐标系,target是目标坐标系。这个时候,这个变换代表的是坐标变换
    1. parent、child frame是在描述坐标系变换时的概念,parent是原坐标系,child是变换后的坐标系,这个时候这个变换描述的是坐标系变换,也是child坐标系在parent坐标系下的描述。
    1. a frame到b frame的坐标系变换(frame transform),也表示了b frame在a frame的描述,也代表了把一个点在b frame里坐标变换成在a frame里坐标的坐标变换。
    1. 从parent到child的坐标系变换(frame transform)等同于把一个点从child坐标系向parent坐标系的坐标变换,等于child坐标系在parent frame坐标系的姿态描述。

2.1 坐标与基

2.1.1 基

基的概念源于线性代数,一般指向量空间的基,其定义为:

image.png

的一般使用一维行向量表示:

image

【在我的理解里】,基实际上是坐标系的一组向量表示。三维坐标系( x y z ) (x y z)(xyz)中,设其一组基为(α1, α2, α3)所以请把基当做坐标系吧。

image.png

Fig2. 三维直角坐标系

2.1.2 坐标

在线性代数中,坐标的全称为,向量关于基的坐标。其定义为:

image.png

坐标一般用一维列向量表示:

image

【在我的理解中】,坐标是指坐标系下一组数值。如三维坐标系下某点坐标为(x, y, z)。

2.2 基变换

2.2.1 基变换定义

image.png

2.2.2 基变换大白话

  • 基变换就是把一组基变到另一组基。
  • 而用在导航方面来讲,就是从一个坐标系转换到另一个坐标系。
  • 注意,基变换是右乘的,即过渡矩阵A被乘在右边。

2.3 坐标变换

2.3.1 坐标变换定义

image

2.3.2 坐标变换大白话

  • 坐标变换就把一个点(或一个向量)从一个坐标系转换到另一个坐标系去。举个栗子:东北天坐标下点B坐标为(1, 2, 3),通过坐标变换到北西天坐标系,在北西天坐标系下B点坐标是(x, x, x)。
  • 上面那点就是说,同一个点(或向量)在不同坐标系下的坐标分别是什么?
  • 注意,坐标变换,是左乘的。过渡矩阵A是乘在左边的。(在这里AA^{-1}均只表示一个象征作用,象征变换阵,下同)

参考

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