转自:http://www.cnblogs.com/gaoxiang12/p/5113334.html

刚体运动

本篇讨论一个很基础的问题:如何描述机器人的位姿。这也是SLAM研究的一个很基本的问题。这里的位姿表示了位置和姿态。描述位置很简单,如果机器人在平面内运动,那么用两个坐标来描述它的位置:

如果在三维空间中运动,则它的位置就用三个空间坐标来表示:

对于姿态来说,在2D情况下还需要增加一个旋转角θ;在3D情况下表达的方式就有多种,常见的如欧拉角、四元素、旋转矩阵等。那么有了位置和姿态,就可以描述一个坐标系;进一步,还能描述坐标系之间的转换关系。常见的问题如:机器人视野中某个点,对世界坐标系的(或地图的)哪个点?这时,就需要先得到该点针对机器人坐标系坐标值,再根据机器人位姿转换到世界坐标系中。

齐次坐标系

在位姿转换中,通常采用射影空间的齐次坐标表示。齐次坐标是什么呢?记n维射影空间为其中一个空间点的坐标为普通的3D坐标加一个齐次分量:

例如,在2维和3维射影空间中的点,分别表示为:

用四个数来表示点,说明点和坐标肯定不是一一对应的。没错,在齐次坐标中,某个点x的分量同乘一个非零常数k后,仍然表示的是同一个点。因此,一个点的具体坐标值不是唯一的。如但是在w不等于0,可以对每一个坐标除以最后一项w,强制最后一项为1,从而得到一个点唯一的坐标表示:

那么为什么要使用齐次坐标来表示呢?原因如下:

1)齐次坐标下点和直线(高维空间里为超平面)能够使用同样的表达。

把点和超平面采用同样的表示,这种做法一个非常直接的好处,是射影几何里的“对偶原理”。该原理是说,任何有关“点”与“平面”的命题,都可以交换“点”与“平面”的概念,得到一个对偶的命题。对偶命题和原命题是一样的。通过“对偶原理”,射影几何的数学家就可以偷懒,只需要证一半定理,因为对偶命题和原命题有同样的涵义。例如,我们证明了 中某条件下三点共线,那么替换概念后的三线共点则自然成立。

2)齐次坐标能囊括无穷远点与无穷远超平面

θθ3)齐次坐标可以方便地将平移与旋转放在一个矩阵中

有关坐标系怎么用齐次坐标进行变换,后文会详细解释。现在我们能表达点了,还剩下一个姿态。由于2D与3D差别较大,我们分而述之。

2D姿态的描述

3D变换

3D的旋转可以由旋转矩阵、欧拉角、四元素等若干种方式描述,它 们也统称为三维旋转群SO(3);而3D的变换即旋转加上位移,是SE(3)。为了和2D变换统一起见,我们首先介绍旋转矩阵表示法。

旋转矩阵描述

数学基础-3D空间的位置表示的更多相关文章

  1. 视觉SLAM的数学基础 第一篇 3D空间的位置表示

    视觉SLAM中的数学基础 第一篇 3D空间的位置表示 前言 转眼间一个学期又将过去,距离我上次写<一起做RGBD SLAM>已经半年之久.<一起做>系列反响很不错,主要由于它为 ...

  2. Direct3D 11 Tutorial 4: 3D Spaces_Direct3D 11 教程4:3D空间

    概述 在上一个教程中,我们在应用程序窗口的中心成功渲染了一个三角形. 我们没有太注意我们在顶点缓冲区中拾取的顶点位置. 在本教程中,我们将深入研究3D位置和转换的细节. 本教程的结果将是渲染到屏幕的3 ...

  3. WebGL和ThreeJs学习6--射线法确定3D空间中所选物体

    一.在 threejs 中如何确定下图3D空间中鼠标点击位置的 object 对象? 二.射线法确定步骤及代码 //Three.js提供一个射线类Raycaster来拾取场景里面的物体.更方便的使用鼠 ...

  4. OpenGL学习进程(9)在3D空间的绘制实例

        本节将演示在3D空间中绘制图形的几个简单实例:     (1)在3D空间内绘制圆锥体: #include <GL/glut.h> #include <math.h> # ...

  5. NeHe OpenGL教程 第五课:3D空间

    转自[翻译]NeHe OpenGL 教程 前言 声明,此 NeHe OpenGL教程系列文章由51博客yarin翻译(2010-08-19),本博客为转载并稍加整理与修改.对NeHe的OpenGL管线 ...

  6. 第05课 OpenGL 3D空间

    3D空间: 我们使用多边形和四边形创建3D物体,在这一课里,我们把三角形变为立体的金子塔形状,把四边形变为立方体. 在上节课的内容上作些扩展,我们现在开始生成真正的3D对象,而不是象前两节课中那样3D ...

  7. 仿QQ空间根据位置弹出PopupWindow显示更多操作效果

    我们打开QQ空间的时候有个箭头按钮点击之后弹出PopupWindow会根据位置的变化显示在箭头的上方还是下方,比普通的PopupWindow弹在屏幕中间显示好看的多. 先看QQ空间效果图:       ...

  8. Oracle转移数据表空间存储位置

    问题描述:Oracle表空间创建到了C盘,发现C盘的空间不够,现在将表空间的文件转移到D盘下. 操作方法: 1. 先登录sqlplus,登录用户.在cmd中输入:sqlplus /nologSQL&g ...

  9. 3D空间包围球(Bounding Sphere)的求法

    引言 在3D碰撞检測中,为了加快碰撞检測的效率,降低不必要的碰撞检測,会使用基本几何体作为物体的包围体(Bounding Volume, BV)进行測试.基本包围体的碰撞检測相对来说廉价也easy的多 ...

随机推荐

  1. 20165210 预习作业3 Linux安装及学习

    Linux安装及学习 一.Linux安装 通过参考教程:基于VirtualBox虚拟机安装Ubuntu图文教程成功的安装上了Linux但在过程中还是有一些小问题的. 首先按着步骤走,一开始没什么毛病, ...

  2. hdu4121 poj4001 Xiangqi(模拟)

    模拟题考验coding能力,一定要思路清晰,按照模块化思想,有哪些情况,需要哪些功能都要事先分析好了.高手的模拟题代码往往结构很清晰,功能模块写成函数,没有过多重复代码,让人一看便明. 方法选择的好坏 ...

  3. SQL夯实基础(一):inner join、outer join和cross join的区别

    一.数据构建 先建表,再说话 create database Test use Test create table A ( AID ,) primary key, name ), age int ) ...

  4. LG2865 [USACO06NOV]路障Roadblocks

    题意 Bessie has moved to a small farm and sometimes enjoys returning to visit one of her best friends. ...

  5. 神秘常量!用0x077CB531计算末尾0的个数,32位数首位相连

    大家或许还记得 Quake III 里面的一段有如天书般的代码,其中用到的神秘常量 0x5F3759DF 究竟是怎么一回事,着实让不少人伤透了脑筋.今天,我见到了一段同样诡异的代码.     下面这个 ...

  6. POJ1274(二分图最大匹配)

    The Perfect Stall Time Limit: 1000MS   Memory Limit: 10000K Total Submissions: 23356   Accepted: 104 ...

  7. POJ1063Cable master(二分搜索)

    Cable master Time Limit: 1000MS   Memory Limit: 10000K Total Submissions: 36288   Accepted: 7743 Des ...

  8. Day1--Python基础1--上半部分

    一.第一个python程序 在linux下创建一个文件叫做hello.py,并输入 print "Hello World" 然后执行命令:python hello.py,输出 [r ...

  9. 机器学习:SVM(目标函数推导:Hard Margin SVM、Soft Margin SVM)

    一.Hard Margin SVM SVM 的思想,最终用数学表达出来,就是在优化一个有条件的目标函数: 此为 Hard Margin SVM,一切的前提都是样本类型线性可分: 1)思想 SVM 算法 ...

  10. Angular学习笔记-问题列表(2016.4.7)

    1.控制器中注入服务时,出问题,当前pageInit这个页面无法加载,页面无报错信息. var homepage = angular.module('homepage'); homepage.cont ...