0.引言

要描述某一物体在现实场景的位置,通常以三维空间坐标系下的坐标进行说明,当物体位置或自身进行变化时,可以用放射变换说明物体的变化情况。仿射变换中的基本变换包括平移、旋转、缩放、剪切。本文研究的物体为刚体,涉及的变换为平移和旋转,下文将以平移和旋转变换分别说明二维平面和三维空间坐标(系)如何进行空间变换。矩阵变换从右往左进行左乘,,坐标系符合右手定则,满足右手定则的方向为旋转正方向。

1.二维平面坐标(系)变换

根据现实情况,坐标系和物体可以相互描述,即二维平面坐标(系)变换的情况包括一个二维平面坐标系描述一个物体(坐标)变换情况和一个物体(坐标)在两个二维平面坐标系间的变换情况。

(1)一个二维平面坐标系描述一个物体(坐标)变换情况

①先平移,后旋转

  

空间坐标(系)如何进行变换?_二维


  ②先旋转,后平移

  

空间坐标(系)如何进行变换?_旋转变换_02

(2)一个物体(坐标)在两个二维平面坐标系间的变换情况

空间坐标(系)如何进行变换?_二维_03


  ①坐标系1→坐标系2

  

空间坐标(系)如何进行变换?_旋转矩阵_04


  ②坐标系2→坐标系1

  

空间坐标(系)如何进行变换?_旋转变换_05

2.三维空间坐标(系)变换

根据现实情况,坐标系和物体可以相互描述,即三维空间坐标(系)变换的情况包括一个三维空间坐标系描述一个物体(坐标)变换情况和一个物体(坐标)在两个三维空间坐标系间的变换情况。

  三维空间坐标(系)变换较为复杂,变换关系图类似二维空间坐标(系)变换,以下给出变换公式。

  旋转变换基础公式Rx,Ry,Rz如下(以下适用于两个坐标系间旋转,若在一个坐标系下旋转一个物体,变量取负值):

  

空间坐标(系)如何进行变换?_人工智能_06

(1)一个三维空间坐标系描述一个物体(坐标)变换情况

①先平移,后旋转

  

空间坐标(系)如何进行变换?_旋转变换_07


  ②先旋转,后平移

  

空间坐标(系)如何进行变换?_旋转变换_08

(2)一个物体(坐标)在两个三维空间坐标系间的变换情况

①坐标系1→坐标系2

  

空间坐标(系)如何进行变换?_二维_09


  ②坐标系2→坐标系1

  

空间坐标(系)如何进行变换?_二维_10

参考资料:
[1] CodeIsCoding. 二维坐标系下的坐标旋转平移; 2020-03-21 [accessed 2023-04-13].
[2] 莫水千流. 旋转变换(一)旋转矩阵; 2017-11-16 [accessed 2023-04-13].
[3] 你不来我不老. 三维空间坐标系变换-旋转矩阵; 2018-09-03 [accessed 2023-04-13].
[4] . Maths - Rotation Matrices; [accessed 2023-04-13].
[5] 翰墨小生. 绕任意轴旋转 ; 2012-08-10 [accessed 2023-04-13].
[6] . Rotation about an Arbitrary Axis (Line); [accessed 2023-04-13].