根据相同点在两坐标系中不同坐标按照顺序计算求解罗德里格斯参数(尺度因子、旋转参数、平移参数),并以此参数进行空间直角坐标转换,c#,vs2019,带详细注释
时间: 2024-03-08 09:51:11 浏览: 44
好的,我会尽力回答您的问题。由于您的问题比较复杂,我将分步骤进行解释和代码实现,以便您更好地理解。
1. 计算转换罗德里格斯参数
首先,我们需要定义一个方法来计算转换罗德里格斯参数。该方法需要接受两个坐标系中的点的坐标作为参数,并返回一个包含尺度因子、旋转参数和平移参数的三元组。
```csharp
public static Tuple<double, double[], double[]> CalculateRodriguesParameters(double[] pointA, double[] pointB)
{
// 计算重心坐标
double[] centroid = new double[3];
centroid[0] = (pointA[0] + pointB[0]) / 2.0;
centroid[1] = (pointA[1] + pointB[1]) / 2.0;
centroid[2] = (pointA[2] + pointB[2]) / 2.0;
// 计算两个坐标系中的点与重心坐标的偏差
double[] deltaA = new double[3];
deltaA[0] = pointA[0] - centroid[0];
deltaA[1] = pointA[1] - centroid[1];
deltaA[2] = pointA[2] - centroid[2];
double[] deltaB = new double[3];
deltaB[0] = pointB[0] - centroid[0];
deltaB[1] = pointB[1] - centroid[1];
deltaB[2] = pointB[2] - centroid[2];
// 计算旋转矩阵
double[] crossProduct = new double[3];
crossProduct[0] = deltaA[1] * deltaB[2] - deltaA[2] * deltaB[1];
crossProduct[1] = deltaA[2] * deltaB[0] - deltaA[0] * deltaB[2];
crossProduct[2] = deltaA[0] * deltaB[1] - deltaA[1] * deltaB[0];
double dotProduct = deltaA[0] * deltaB[0] + deltaA[1] * deltaB[1] + deltaA[2] * deltaB[2];
double[] rotationAxis = new double[3];
rotationAxis[0] = crossProduct[0];
rotationAxis[1] = crossProduct[1];
rotationAxis[2] = crossProduct[2];
double rotationAngle = Math.Atan2(Math.Sqrt(Math.Pow(crossProduct[0], 2) + Math.Pow(crossProduct[1], 2) + Math.Pow(crossProduct[2], 2)), dotProduct);
// 计算尺度因子
double scaleFactor = Math.Sqrt(Math.Pow(deltaA[0], 2) + Math.Pow(deltaA[1], 2) + Math.Pow(deltaA[2], 2)) / Math.Sqrt(Math.Pow(deltaB[0], 2) + Math.Pow(deltaB[1], 2) + Math.Pow(deltaB[2], 2));
// 计算平移向量
double[] translationVector = new double[3];
translationVector[0] = centroid[0] - scaleFactor * (rotationAxis[1] * deltaB[2] - rotationAxis[2] * deltaB[1]);
translationVector[1] = centroid[1] - scaleFactor * (rotationAxis[2] * deltaB[0] - rotationAxis[0] * deltaB[2]);
translationVector[2] = centroid[2] - scaleFactor * (rotationAxis[0] * deltaB[1] - rotationAxis[1] * deltaB[0]);
return new Tuple<double, double[], double[]>(scaleFactor, rotationAxis, translationVector);
}
```
在上述代码中,我们首先计算出两个坐标系中的点的重心坐标。然后,我们计算出两个坐标系中的点与重心坐标的偏差,并使用这些偏差计算旋转矩阵。接下来,我们计算尺度因子和平移向量,并将它们作为一个三元组返回。
2. 进行空间直角坐标转换
接下来,我们需要定义一个方法来进行空间直角坐标转换。该方法需要接受一个三元组作为参数,该三元组包含尺度因子、旋转向量和平移向量。该方法还需要接受一个坐标系中的点的坐标作为参数,并返回另一个坐标系中的点的坐标。
```csharp
public static double[] TransformCoordinates(Tuple<double, double[], double[]> rodriguesParameters, double[] point)
{
// 转换到重心坐标系
double[] centroidCoordinates = new double[3];
centroidCoordinates[0] = point[0] - (point[0] + rodriguesParameters.Item3[0]) / 2.0;
centroidCoordinates[1] = point[1] - (point[1] + rodriguesParameters.Item3[1]) / 2.0;
centroidCoordinates[2] = point[2] - (point[2] + rodriguesParameters.Item3[2]) / 2.0;
// 进行尺度变换
double[] scaledCoordinates = new double[3];
scaledCoordinates[0] = rodriguesParameters.Item1 * centroidCoordinates[0];
scaledCoordinates[1] = rodriguesParameters.Item1 * centroidCoordinates[1];
scaledCoordinates[2] = rodriguesParameters.Item1 * centroidCoordinates[2];
// 进行旋转变换
double[] rotatedCoordinates = new double[3];
double[] rotationAxis = rodriguesParameters.Item2;
double rotationAngle = Math.Atan2(Math.Sqrt(Math.Pow(rotationAxis[0], 2) + Math.Pow(rotationAxis[1], 2) + Math.Pow(rotationAxis[2], 2)), 1.0);
double cosRotationAngle = Math.Cos(rotationAngle);
double sinRotationAngle = Math.Sin(rotationAngle);
rotatedCoordinates[0] = (cosRotationAngle + (1.0 - cosRotationAngle) * Math.Pow(rotationAxis[0], 2)) * scaledCoordinates[0] + ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[0] * rotationAxis[1] - rotationAxis[2] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[1] + ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[0] * rotationAxis[2] + rotationAxis[1] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[2];
rotatedCoordinates[1] = ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[0] * rotationAxis[1] + rotationAxis[2] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[0] + (cosRotationAngle + (1.0 - cosRotationAngle) * Math.Pow(rotationAxis[1], 2)) * scaledCoordinates[1] + ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[1] * rotationAxis[2] - rotationAxis[0] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[2];
rotatedCoordinates[2] = ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[0] * rotationAxis[2] - rotationAxis[1] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[0] + ((1.0 - cosRotationAngle) * rotationAxis[1] * rotationAxis[2] + rotationAxis[0] * sinRotationAngle) * scaledCoordinates[1] + (cosRotationAngle + (1.0 - cosRotationAngle) * Math.Pow(rotationAxis[2], 2)) * scaledCoordinates[2];
// 进行平移变换
double[] transformedCoordinates = new double[3];
transformedCoordinates[0] = rotatedCoordinates[0] + rodriguesParameters.Item3[0];
transformedCoordinates[1] = rotatedCoordinates[1] + rodriguesParameters.Item3[1];
transformedCoordinates[2] = rotatedCoordinates[2] + rodriguesParameters.Item3[2];
return transformedCoordinates;
}
```
在上述代码
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