从加速度数据创建四元数

Question

所以我有一个加速度传感器，可以提供加速度数据。设备当前停在某个位置，因此数据如下所示（每个轴都有一些噪音）：ACCELX = 264ACCELY = -43ACCELZ = 964然后是一个代表设备的 3D 模型，“我想要的”就是这个 3D 模型来表示真实设备的方向。在我试图了解.NET中四元数的用法时，这是我狼吞虎咽的代码：/* globals */Vector3D PrevVector = new Vector3D(0, 0, 0);ModelVisual3D model; // initialized and model file loadedprivate async void TimerEvent() {    RotateTransform3D rot = new RotateTransform3D();    QuaternionRotation3D q = new QuaternionRotation3D();    double x = 0, y = 0, z = 0;    List<Reading> results = await Device.ReadSensor();    foreach (Reading r in results)    {        switch (r.Type)        {            case "RPF_SEN_ACCELX":                x = r.Value;                break;            case "RPF_SEN_ACCELY":                y = r.Value;                break;            case "RPF_SEN_ACCELZ":                z = r.Value;                break;        }    }    double angle = Vector3D.AngleBetween(new Vector3D(x, y, z), PrevVector);    q.Quaternion = new Quaternion(new Vector3D(x, y, z), angle);    rot.Rotation = q;    model.Transform = rot;    PrevVector = new Vector3D(x, y, z); }移动我的真实设备确实会导致报告值发生变化，但屏幕上的模型只是在我看来随机的方向上抽搐，与噪音相差无几，似乎与我如何旋转真实设备无关。我很确定我正在错误地构建和使用四元数。我该怎么做才对？这是带有 WPF 的 .NET。还有HelixToolkit.WPF可用，但我还没有看到任何从那里的加速度数据创建四元数的函数。更高级别的框架（例如 Unreal Engine 或 Unity）不适用于此项目。

Answer 1

事实证明我的问题具有完全不同的性质：我必须使用一个名为Transform3DGroup. 这是必须更改代码以启用绕 Z 轴旋转的方式：

/* globals */

ModelVisual3D model; // initialized and model file loaded

Transform3DGroup tg = new Transform3DGroup();

private async void TimerEvent() 

{

    RotateTransform3D rot = new RotateTransform3D();

    QuaternionRotation3D q = new QuaternionRotation3D();

    double x = 0, y = 0, z = 0;

    List<Reading> results = await Device.ReadSensor();

    foreach (Reading r in results)

    {

        switch (r.Type)

        {

            case "RPF_SEN_ACCELX":

                x = r.Value;

                break;

            case "RPF_SEN_ACCELY":

                y = r.Value;

                break;

            case "RPF_SEN_ACCELZ":

                z = r.Value;

                angle = GetAngle(x, y).ToDegrees();

                q.Quaternion = new Quaternion(new Vector3D(0, 0, 1), angle);

                break;

        }

        rot.Rotation = q;

        tg.Children.Clear();

        tg.Children.Add(rot);

        model.Transform = tg; // Use Transform3DGroup!

    }

}

我还没有找到任何关于强制使用Transform3DGroup.

为了完整起见，以下是Bill Wallis 在 Math Overflow 上GetAngle()得出的内部结构：

private double GetAngle(double x, double y)

{

    if (x > 0)

    {

        return 2 * Math.PI - Math.Atan(y / x);

    }

    else if (x < 0)

    {

        return Math.PI - Math.Atan(y / x);

    }

    else // x == 0

    {

        return 2 * Math.PI - Math.Sign(y) * Math.PI / 2;

    }

}

以及 double 类型的扩展以在弧度和度数之间转换双精度数（类外，命名空间内）：

public static class NumericExtensions

{

    public static double ToRadians(this double val)

    {

        return (Math.PI / 180) * val;

    }

    public static double ToDegrees(this double val)

    {

        return (180 / Math.PI) * val;

    }

}

Answer 2

您的传感器输出旋转值是累积的还是差异的？有时输出旋转是差异，您需要先前的旋转值加上差异来计算当前的新旋转值。

您可以尝试保存之前的四元数并将当前四元数与之前的四元数相加，以获得新的累积旋转。