Python SciPy transform.RotationSpline用法及代码示例

本文简要介绍 python 语言中 scipy.spatial.transform.RotationSpline 的用法。

用法:

class  scipy.spatial.transform.RotationSpline(times, rotations)#

使用连续角速率和加速度对旋转进行插值。

每个连续方向之间的旋转向量是时间的三次函数，并且保证角速率和加速度是连续的。这种插值类似于三次样条插值。

有关数学和实现细节，请参阅 [1]。

参数 ：：

times： 数组, 形状 (N,)

已知旋转次数。必须指定至少 2 次。

rotations： Rotation 实例

旋转之间执行插值。必须包含 N 个旋转。

参考：

[1]

平滑姿态插值

例子：

>>> from scipy.spatial.transform import Rotation, RotationSpline
>>> import numpy as np

从欧拉角定义时间序列和旋转：

>>> times = [0, 10, 20, 40]
>>> angles = [[-10, 20, 30], [0, 15, 40], [-30, 45, 30], [20, 45, 90]]
>>> rotations = Rotation.from_euler('XYZ', angles, degrees=True)

创建插值器对象：

>>> spline = RotationSpline(times, rotations)

插值欧拉角、角速率和加速度：

>>> angular_rate = np.rad2deg(spline(times, 1))
>>> angular_acceleration = np.rad2deg(spline(times, 2))
>>> times_plot = np.linspace(times[0], times[-1], 100)
>>> angles_plot = spline(times_plot).as_euler('XYZ', degrees=True)
>>> angular_rate_plot = np.rad2deg(spline(times_plot, 1))
>>> angular_acceleration_plot = np.rad2deg(spline(times_plot, 2))

在此图上，您会看到欧拉角是连续且平滑的：

>>> import matplotlib.pyplot as plt
>>> plt.plot(times_plot, angles_plot)
>>> plt.plot(times, angles, 'x')
>>> plt.title("Euler angles")
>>> plt.show()

角速率也很平滑：

>>> plt.plot(times_plot, angular_rate_plot)
>>> plt.plot(times, angular_rate, 'x')
>>> plt.title("Angular rate")
>>> plt.show()

角加速度是连续的，但不是平滑的。另请注意，角加速度不是piecewise-linear 函数，因为它不同于旋转矢量的二阶导数(它是三次样条中的piecewise-linear 函数)。

>>> plt.plot(times_plot, angular_acceleration_plot)
>>> plt.plot(times, angular_acceleration, 'x')
>>> plt.title("Angular acceleration")
>>> plt.show()