从加速度数据创建四元数

Question

所以我有一个加速度传感器，可以给我加速度数据。设备当前处于某个位置，因此数据如下(每个轴都有一些噪声(：

ACCELX = 264
ACCELY = -43
ACCELZ = 964

然后是一个代表设备的3D模型，"我想要的"就是这个3D模型来代表真实设备的方向。在我试图理解.NET中四元数的用法时，以下是我狼吞虎咽的代码：

/* globals */
Vector3D PrevVector = new Vector3D(0, 0, 0);
ModelVisual3D model; // initialized and model file loaded
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;
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，与噪音相距不远，似乎与我如何旋转真实设备无关。我确信我构造和使用四元数是错误的。我该怎么做才对？

这是带有WPF的.NET。还有HelixToolkit.WF可用，但我还没有看到任何从其中的加速度数据创建四元数的函数。更高级别的框架，如虚幻引擎或Unity，不可用于此项目。

Answer 1

您的传感器输出旋转值是累积的还是差异？有时输出旋转是差值，您需要上一个旋转值加上差值来计算当前的新旋转。

您可以尝试保存上一个四元数，并将当前四元数与上一个五元数相加，以获得新的累积旋转。

Answer 2

事实证明，我的问题性质完全不同：我必须使用一个名为Transform3DGroup的类。这就是必须更改代码以实现绕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!
}
}

我没有找到任何关于强制使用Transform3DGroup的文件。

为了完整起见，以下是由Bill Wallis在数学溢出：上导出的GetAngle()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;
}
}

double类型的扩展用于在弧度和度数之间转换double(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;
}
}