设惯性系为基坐标系Ω1,某运动物体的本体坐标系为Ω2,该物体通过3次欧拉转动使原始本体坐标系变为新的坐标系Ω3 c语言实现

时间: 2023-11-24 08:05:34 浏览: 41
假设原始本体坐标系Ω2相对于基坐标系Ω1的欧拉转动顺序为yaw-pitch-roll,即绕z轴旋转yaw角度,绕y轴旋转pitch角度,绕x轴旋转roll角度,则变换矩阵为: ``` R1 = Rz(yaw) * Ry(pitch) * Rx(roll) ``` 其中 ``` Rz(yaw) = [ cos(yaw) -sin(yaw) 0 ] [ sin(yaw) cos(yaw) 0 ] [ 0 0 1 ] Ry(pitch) = [ cos(pitch) 0 sin(pitch) ] [ 0 1 0 ] [ -sin(pitch) 0 cos(pitch) ] Rx(roll) = [ 1 0 0 ] [ 0 cos(roll) -sin(roll) ] [ 0 sin(roll) cos(roll) ] ``` 然后,假设新的本体坐标系Ω3相对于原始本体坐标系Ω2的欧拉转动顺序为yaw'-pitch'-roll',变换矩阵为: ``` R2 = Rz(yaw') * Ry(pitch') * Rx(roll') ``` 将变换矩阵相乘即可得到从基坐标系Ω1到新的本体坐标系Ω3的变换矩阵: ``` R = R2 * R1 ``` C语言代码实现如下: ```c #include <math.h> typedef struct { double x, y, z; } Vector3; typedef struct { double m[3][3]; } Matrix3x3; // 绕x轴旋转roll角度的旋转矩阵 Matrix3x3 Rx(double roll) { Matrix3x3 R; double cos_a = cos(roll); double sin_a = sin(roll); R.m[0][0] = 1.0; R.m[0][1] = 0.0; R.m[0][2] = 0.0; R.m[1][0] = 0.0; R.m[1][1] = cos_a; R.m[1][2] = -sin_a; R.m[2][0] = 0.0; R.m[2][1] = sin_a; R.m[2][2] = cos_a; return R; } // 绕y轴旋转pitch角度的旋转矩阵 Matrix3x3 Ry(double pitch) { Matrix3x3 R; double cos_a = cos(pitch); double sin_a = sin(pitch); R.m[0][0] = cos_a; R.m[0][1] = 0.0; R.m[0][2] = sin_a; R.m[1][0] = 0.0; R.m[1][1] = 1.0; R.m[1][2] = 0.0; R.m[2][0] = -sin_a; R.m[2][1] = 0.0; R.m[2][2] = cos_a; return R; } // 绕z轴旋转yaw角度的旋转矩阵 Matrix3x3 Rz(double yaw) { Matrix3x3 R; double cos_a = cos(yaw); double sin_a = sin(yaw); R.m[0][0] = cos_a; R.m[0][1] = -sin_a; R.m[0][2] = 0.0; R.m[1][0] = sin_a; R.m[1][1] = cos_a; R.m[1][2] = 0.0; R.m[2][0] = 0.0; R.m[2][1] = 0.0; R.m[2][2] = 1.0; return R; } // 从基坐标系到新的本体坐标系的变换矩阵 Matrix3x3 transform(Vector3 angles) { double roll = angles.x; double pitch = angles.y; double yaw = angles.z; Matrix3x3 R1 = Rz(yaw) * Ry(pitch) * Rx(roll); double roll_prime = 0.0; // 新的本体坐标系绕x轴旋转的角度 double pitch_prime = 0.0; // 新的本体坐标系绕y轴旋转的角度 double yaw_prime = 0.0; // 新的本体坐标系绕z轴旋转的角度 Matrix3x3 R2 = Rz(yaw_prime) * Ry(pitch_prime) * Rx(roll_prime); Matrix3x3 R = R2 * R1; // 从基坐标系到新的本体坐标系的变换矩阵 return R; } ``` 其中,`Vector3`表示三维向量,`Matrix3x3`表示3x3的矩阵。`Rx`、`Ry`、`Rz`分别表示绕x、y、z轴旋转的旋转矩阵,`transform`函数即为从基坐标系到新的本体坐标系的变换矩阵计算函数。

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