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。该设备目前处于某个位置，因此数据如下所示（每个轴都有一些噪声）：

ACCELX = 264
ACCELY = -43
ACCELZ = 964

然后有一个3D模型代表设备，"all I want"就是这个3D模型代表真实设备的方向。在我试图理解 quaternions in .NET 的用法时，这是我吞噬的代码：

/* 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在报告值中产生变化，但屏幕上的模型只是在我看来随机的方向抽动，比噪音稍微远一点，而且似乎与我旋转真实设备的方式无关.我相当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，但我没有看到任何函数可以从那里的加速度数据创建四元数。 Unreal Engine 或 Unity 等更高级别的框架不适用于此项目。

Answer 1

你的传感器输出旋转值是累计值还是差值？有时输出旋转是不同的，你需要以前的旋转值加上差异来计算当前的新值。

您可以尝试保存之前的四元数，将当前四元数与之前的四元数相加，得到新的累计旋转。

Answer 2

原来我的问题性质完全不同：我不得不使用一个名为 Transform3DGroup 的 class。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!
    }
}

我没有找到关于强制使用 Transform3DGroup 的任何文档。

为了完整起见，这里是 GetAngle() 的内部结构，源自 Bill Wallis on Math Overflow：

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;
    }
}

以及用于在弧度和度数之间转换双精度数的双精度类型的扩展（[=25= 之外]，在命名空间内）：

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;
    }
}

从加速度数据创建四元数

Create Quaternion from Acceleration Data

c#

wpf

accelerometer

quaternions

helix-3d-toolkit