如何计算两个空间向量之间的转角

时间:2025-02-09 07:23:20

在三维空间当中,经常涉及到计算两个向量之间的角度问题,而且这个角度是特定的方向角度

也就是说,围绕他们的公共法向量旋转的角度

假定这两个向量是a和b

我们知道 c=a×b是一个向量,方向是按照右手坐标系生成的,垂直于ab所在平面的向量,c向量的模是|c|=|a|*|b|*sinCita

同时,我们知道,向量a*b是一个数,它的大小是是 |a|*|b|*cosCita

根据这两个表达式,我们似乎可以用  tanCita = |a×b|/(a*b)来计算夹角

但是,这个计算是有问题的,因为|c|这个求模运算,永远返回的是一个整数,体现不出方向的问题

为了解决这个问题,我们可以把c向量和ab的转轴也是法向量N进行点乘来解决

假定b是围绕N这个单位向量旋转了cita角达到了b

那么显然(a×b)*N就是我们需要的c的模了

另外,我们需要知道的是,从a到b的旋转角度是0到360度范围的

借助atan2函数,可以完美的计算出这个旋转角度

cita = atan2( (a×b)*N,  a*b)

这个计算当中,a和b的模长可以是任意的,只要非0即可

无需对他们进行单位化处理,唯一需要单位化的转轴(法向量)N

附注:这个技术在物体的运动控制,比如导弹跟踪的算法当中会用到