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一連の頂点 (ピンク) を回転させて、頂点のパターンの 1 つのエッジが三角形のエッジ (白) と一致するようにします。

これを行うには、最初にエッジを表す 2 つのベクトルを作成します。floretAB と triangleAB (緑)。次に、2 つのクロス積を見つけて、頂点を回転できる軸 (赤) を取得します。

次に、2 つのベクトルの間の角度を取得し、それを回転軸と共に使用して四元数を作成します。最後に、クォータニオンを中心にすべての頂点を回転させます。

ここに画像の説明を入力

回転前

_

ここに画像の説明を入力

どのような回転を生成する必要がありますか

_

ただし、頂点はクォータニオンを中心に正しく回転しますが、角度は次の図のように正しくありません。

ここに画像の説明を入力

これは、2 つのベクトル間の角度を取得するために使用しているコードです。私が間違っていることを理解していません:

double[] cross = new double[3];
crossProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ, cross);
double dot = dotProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ);
double crossMag = Math.sqrt(cross[0]*cross[0] + cross[1]*cross[1] + cross[2]*cross[2]);
double angle = Math.atan2(crossMag, dot);

public static double dotProduct(double vector1X,double vector1Y,double vector1Z,double vector2X,double vector2Y,double vector2Z){

    return vector1X*vector2X + vector1Y*vector2Y + vector1Z*vector2Z;

}

public static void crossProduct(double vector1X,double vector1Y,double vector1Z,double vector2X,double vector2Y,double vector2Z, double[] outputArray){

    outputArray[0] = vector1Y*vector2Z - vector1Z*vector2Y;     
    outputArray[1] = vector1Z*vector2X - vector1X*vector2Z;
    outputArray[2] = vector1X*vector2Y - vector1Y*vector2X;

}

これは本当に私を悩ませているので、これに関する助けは最も高く評価されます.

ありがとう、ジェームズ

編集:残りのコードは次のとおりです。

        // get floret p1,p2 vector
    // get triangle p1,p2 vector
    Vector3D floretAB = new Vector3D(florets3D[0], florets3D[7]);
    // get triangle p1,p2 vector
    Vector3D triangleAB = new Vector3D(triangle[0], triangle[1]);

    // get rotation axis (cross) and angle (dot)

    /*
    double[] cross = new double[3];
    crossProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ, cross);
    double dotMag = floretAB.getMagnitude() * triangleAB.getMagnitude();
    double dot = dotProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ) / dotMag;
    double angle = Math.acos(dot);
    */

    double[] cross = new double[3];
    crossProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ, cross);
    double dot = dotProduct(floretAB.mX, floretAB.mY, floretAB.mZ, triangleAB.mX, triangleAB.mY, triangleAB.mZ);
    double crossMag = Math.sqrt(cross[0]*cross[0] + cross[1]*cross[1] + cross[2]*cross[2]);
    double angle = Math.atan2(crossMag, dot);

    // rotate floret so p1,p2 vector matches with triangle p1,p2 vector     
    double[] newVerts = new double[3];
    Quaternion quat = new Quaternion(cross[0], cross[1], cross[2], angle);
    for(int i = 0;i<numfloretVerts;i++){
        Vertex3D vert = florets3D[i];
        quat.RotateVector(vert.getmX(), vert.getmY(), vert.getmZ(), newVerts);
        vert.setmX(newVerts[0]);
        vert.setmY(newVerts[1]);
        vert.setmZ(newVerts[2]);
    }

_

public class Vector3D {

public double mX;
public double mY;
public double mZ;

public Vertex3D point;

/**
 * Constructs a vector from two points. The new vector is normalised
 * 
 * @param point1
 * @param point2
 */
public Vector3D(Vertex3D point1, Vertex3D point2){
    mX = point2.getmX() - point1.getmX();
    mY = point2.getmY() - point1.getmY();
    mZ = point2.getmZ() - point1.getmZ();
    normalise();
    point = point1;
}

/**
 * Normalises the vector
 */
public void normalise(){
    double magnitude = Math.sqrt(mX*mX + mY*mY + mZ*mZ);
    if(magnitude!=0){
        mX /= magnitude;
        mY /= magnitude;
        mZ /= magnitude;
    }
}

/**
 * 
 * @return the magnitude of the vector
 */
public double getMagnitude(){
    return Math.sqrt(mX*mX + mY*mY + mZ*mZ);
}

}

_

public class Quaternion {

private static final double TOLERANCE = 0.00001f;

double w;
double x;
double y;
double z;

public Quaternion(double axisX, double axisY, double axisZ, double angleInRadians){
    setAxisAngle(axisX, axisY, axisZ, angleInRadians);      
}

public void Normalise(){

    // Don't normalize if we don't have to
    double mag2 = w * w + x * x + y * y + z * z;
    if (Math.abs(mag2) > TOLERANCE && Math.abs(mag2 - 1.0f) > TOLERANCE) {
        double mag = (double) Math.sqrt(mag2);
        w /= mag;
        x /= mag;
        y /= mag;
        z /= mag;
    }

}

public void getConjugate(double[] outputArray){

    outputArray[0] = w;
    outputArray[1] = -x;
    outputArray[2] = -y;
    outputArray[3] = -z;

}

public void Multiply(double[] aq, double[] rq, double[] outputArray){

    outputArray[0] = aq[0] * rq[0] - aq[1] * rq[1] - aq[2] * rq[2] - aq[3] * rq[3];
    outputArray[1] = aq[0] * rq[1] + aq[1] * rq[0] + aq[2] * rq[3] - aq[3] * rq[2];
    outputArray[2] = aq[0] * rq[2] + aq[2] * rq[0] + aq[3] * rq[1] - aq[1] * rq[3];
    outputArray[3] = aq[0] * rq[3] + aq[3] * rq[0] + aq[1] * rq[2] - aq[2] * rq[1];

}

private double[] vecQuat = new double[4];
private double[] resQuat = new double[4];
private double[] thisQuat = new double[4];

private double[] conj = new double[4];

/**
 * Rotates a vector (or point) around this axis-angle
 * 
 * @param vectorX the x component of the vector (or point)
 * @param vectorY the y component of the vector (or point)
 * @param vectorZ the z component of the vector (or point)
 * @param outputArray the array in which the results will be stored
 */
public void RotateVector(double vectorX, double vectorY, double vectorZ, double[] outputArray){

    vecQuat[0] = 0.0f;
    vecQuat[1] = vectorX;
    vecQuat[2] = vectorY;
    vecQuat[3] = vectorZ;

    thisQuat[0] = w;
    thisQuat[1] = x;
    thisQuat[2] = y;
    thisQuat[3] = z;

    getConjugate(conj);
    Multiply(vecQuat,conj,resQuat);
    Multiply(thisQuat,resQuat,vecQuat);

    outputArray[0] = vecQuat[1];
    outputArray[1] = vecQuat[2];
    outputArray[2] = vecQuat[3];

}

/**
 * set Quaternion by providing axis-angle form
 */
public void setAxisAngle(double axisX, double axisY, double axisZ, double angleInRadians){
    w = (double) Math.cos( angleInRadians/2);
    x = (double) (axisX * Math.sin( angleInRadians/2 ));
    y = (double) (axisY * Math.sin( angleInRadians/2 ));
    z = (double) (axisZ * Math.sin( angleInRadians/2 ));

    Normalise();
}
}
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3 に答える 3

1

問題は、角度を間違った方法で評価することだと思います。私があなたが何を達成しようとしているのかを正しく理解しているなら、あなたは2本の緑色の線の間の角度が必要です。次の定義を使用して、2本の緑色の線の間の内積を正しく評価します。

(a, b) = a1*b1 + a2*b2 + a3*b3.

ただし、ドット積は次のように評価することもできます。

(a, b) = |a|*|b|*cos(theta)

したがって、cos(theta)(2本の緑色の線の間の角度の余弦)を次のように評価できます。

cos(theta) = (a1*b1 + a2*b2 + a3*b3) / (|a|*|b|)

しかし、私はさらに別のアプローチを使用します。最初は両方のベクトルを正規化します(つまり、それらを単位ベクトルに変換します)。これを行うには、各ベクトルのコンポーネントをベクトルの長さで除算します(sqrt(x1 * x1 + y1 * y1 + z1 * z1))。次のようになります。

(aa, bb) = cos(theta)

ここで、aaは正規化されたaであり、bbは正規化されたbです。

これがお役に立てば幸いです。

于 2012-12-17T14:56:59.950 に答える
1

あなたは数学を複雑にしすぎたと思います。

2 つの単位ベクトルが与えられた場合 (それらは正規化されていると言っていました)、外積の大きさは に等しくなりsin(theta)ます。内積または を呼び出す必要はありませんatan2

クォータニオンを作成する前に、クロス積ベクトルの結果も正規化する必要がある可能性があります。これは、実装と、正規化new Quaternion(x, y, z, theta)が必要かどうかによって異なります[x, y, z]

于 2012-12-17T15:39:37.880 に答える
1

記載されている答えは実数に対しては正しいですが、浮動小数点数で計算すると特定の角度付近で精度が低下する可能性があります。角度がゼロまたは PI に近いときの arcos() と、pi/2 および –pi/2 に近い arcsin() の場合、有効数字の半分が失われる可能性があります。入力ベクトルが単位長であると仮定すると、よりロバストで、0 から PI までの範囲全体で一様に少数の丸め誤差しか生じない方法は次のとおりです。

public double AngleBetween(Vector3D a, Vector3D b)
{
    return 2.0d * Math.atan((a-b).Length/(a+b).Length);
}

これは、2 つのベクトル間の向きのない角度を与えることに注意してください。これに関する参考文献は、Kahan によるものです: http://www.cs.berkeley.edu/~wkahan/MathH110/Cross.pdf

于 2015-02-19T00:03:50.417 に答える