四元数

二维的情况(复数)

  • 维度数量: 一个二维空间(平面)具有三个自由度,两个位置标量表示位移变化,一个角度标量表示其当前角度。考虑平面上正交的轴和轴(旋转由得到?),那么平面上任意一个单位向量,其位置可以用沿轴的,沿轴的表示,其相对于轴正向的角度可以用复数表示
  • 因此一组向量()可以看作是一个缩放尺度()和一个旋转尺度(归一化后的复数,类比)组成(极坐标),不能简单的将实部看作缩放。
  • 单位圆的在一维直线上的重新投影

2.5维的情况(实际中并不存在)

  • 更进一步,如果存在两个虚部
  • 球体在二维平面上的投影

三维的情况(四元数)

  • 表示为,一个实部和三个虚部
  • 维度数量:三维空间中具有六个自由度,如果用笛卡尔坐标系表示其位置则为,三个旋转自由度由两两叉乘得到。 对四元数而言,实部分别正交与每一个虚部,三个虚部之间两两互相正交
  • 数学特性:
    • 单位四元数:
    • (汉密尔顿形式)
    • 注意虚部不满足交换律
  • 超球面在三维空间(构成的笛卡尔坐标系,实部为第四个维度,不可感知)中的投影
  • 从特殊到一般(从欧拉角出发)

四元数的表达

两种形式:汉密尔顿(Hamilton)和JPL

汉密尔顿形式

JPL形式

变换

四元数转旋转矩阵

Transclude of block 11-四元数转3x3旋转矩阵

旋转矩阵转四元数