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动态欧拉角在旋转过程中会出现哪些特定问题,如何避免这些问题?

Moonshot回答

动态欧拉角在旋转过程中可能出现的特定问题主要包括万向节死锁(Gimbal Lock)现象,这发生在绕一个轴的旋转超过90度时,导致其他两个旋转轴共面,从而丢失一个旋转自由度。例如,当飞行器的俯仰角(pitch)接近±90度时,偏航(yaw)和翻滚(roll)的轴重合,导致无法独立控制偏航和翻滚。

为了避免这些问题,可以采取以下措施:

  1. 使用静态欧拉角:静态欧拉角是绕世界坐标系的轴旋转,不会产生万向节死锁。
  2. 使用四元数:四元数提供了一种无奇异点的旋转表示方法,可以完全避免万向节死锁问题。
  3. 改变旋转顺序:通过改变旋转的顺序,可以减少万向节死锁发生的概率。
  4. 使用其他旋转表示方法:比如旋转矩阵或轴-角表示法,这些方法也可以避免万向节死锁。

此外,还可以通过软件算法来检测和预防万向节死锁的发生,例如在Unity和Unreal Engine等游戏引擎中,工程师们已经采用了一些策略来减轻或避免这个问题。

万向节死锁示意图

以上信息参考自知乎专栏、博客园、CSDN博客等来源。

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