旋转矩阵转四元数代码 python
时间: 2025-05-16 15:44:38 浏览: 29
### 将旋转矩阵转换为四元数的Python实现
在Python中,可以利用`scipy.spatial.transform.Rotation`类完成从旋转矩阵到四元数的转换。以下是具体的代码示例:
```python
from scipy.spatial.transform import Rotation as R
import numpy as np
def rotation_matrix_to_quaternion(rot_matrix):
"""
将旋转矩阵转换为四元数。
参数:
rot_matrix (numpy.ndarray): 输入的3x3旋转矩阵
返回:
numpy.ndarray: 对应的四元数[w, x, y, z]
"""
# 创建Rotation对象并初始化为给定的旋转矩阵
rotation_obj = R.from_matrix(rot_matrix) # 使用rotation matrix创建Rotation实例[^1]
# 转换为四元数
quaternion = rotation_obj.as_quat() # 获取对应的四元数[x, y, z, w]
# 四元数顺序调整为[w, x, y, z]
return np.array([quaternion[3], quaternion[0], quaternion[1], quaternion[2]])
# 测试用例
if __name__ == "__main__":
# 定义一个测试旋转矩阵
test_rot_matrix = np.array([
[0.7071, -0.7071, 0],
[0.7071, 0.7071, 0],
[0, 0, 1]
])
result_quaternion = rotation_matrix_to_quaternion(test_rot_matrix)
print("对应四元数:", result_quaternion)
```
上述代码通过`R.from_matrix()`函数将输入的旋转矩阵转化为`Rotation`对象,并调用`.as_quat()`方法获取其四元数表示形式。需要注意的是,默认返回的四元数顺序为 `[x, y, z, w]`,因此进行了重新排列以便符合常见的 `[w, x, y, z]` 表达方式。
此外,在三维几何学领域,除了使用旋转矩阵外,还可以采用其他表达方式进行描述,比如欧拉角或者直接定义四元数作为初始条件[^3]。然而对于实际应用而言,`scipy.spatial.transform.Rotation` 提供了一种高效且易于使用的接口来处理这些不同类型的转换关系。
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