Python中的tf.transformations模块：轻松处理3D坐标系转换

在Python中，tf.transformations模块是一个非常有用的工具，用于处理3D坐标系的转换。它提供了一些简单而强大的函数和类，使得在不同的坐标系之间进行转换变得更加容易。

首先，我们需要安装tf.transformations模块。我们可以使用pip来安装它：

pip install transformations

一旦安装完成，我们就可以在Python中导入tf.transformations模块：

import tf.transformations as tftr

tf.transformations模块提供了一些常用的函数来进行3D坐标系之间的转换。以下是其中一些主要的函数和类的介绍及使用示例：

1. **translation_from_matrix(matrix)**: 从一个4x4的变换矩阵中获取平移向量。返回一个包含3个平移分量的列表。

matrix = [[1, 0, 0, 3],
          [0, 1, 0, 4],
          [0, 0, 1, 5],
          [0, 0, 0, 1]]

translation = tftr.translation_from_matrix(matrix)
print(translation)  # Output: [3, 4, 5]

2. **translation_matrix(translation)**: 从一个平移向量创建一个4x4的平移变换矩阵。平移向量应包含3个平移分量。

translation = [3, 4, 5]
matrix = tftr.translation_matrix(translation)
print(matrix)  # Output: [[1, 0, 0, 3],
               #          [0, 1, 0, 4],
               #          [0, 0, 1, 5],
               #          [0, 0, 0, 1]]

3. **rotation_from_matrix(matrix)**: 从一个4x4的变换矩阵中获取旋转矩阵。返回一个3x3的旋转矩阵。

matrix = [[1, 0, 0, 0],
          [0, 0, -1, 0],
          [0, 1, 0, 0],
          [0, 0, 0, 1]]

rotation = tftr.rotation_from_matrix(matrix)
print(rotation)  # Output: [[1, 0, 0],
                 #          [0, 0, -1],
                 #          [0, 1, 0]]

4. **rotation_matrix(angle, direction, point=None)**: 创建一个4x4的旋转变换矩阵。旋转的角度以弧度为单位，旋转轴由direction向量定义。可选的参数point定义了一个过该点的旋转。

import math

angle = math.pi / 2  # 90度
direction = [0, 0, 1]  # 绕z轴旋转

matrix = tftr.rotation_matrix(angle, direction)
print(matrix)  # Output: [[6.12323e-17, -1, 0, 0],
               #           [1, 6.12323e-17, 0, 0],
               #           [0, 0, 1, 0],
               #           [0, 0, 0, 1]]

5. **quaternion_from_matrix(matrix)**: 从一个4x4的变换矩阵中提取四元数。返回一个四元数列表。

matrix = [[1, 0, 0, 0],
          [0, 1, 0, 0],
          [0, 0, 1, 0],
          [0, 0, 0, 1]]

quaternion = tftr.quaternion_from_matrix(matrix)
print(quaternion)  # Output: [1, 0, 0, 0]

6. **quaternion_from_euler(roll, pitch, yaw, axes='sxyz')**: 使用欧拉角创建一个四元数。角度以弧度为单位，可以选择旋转轴。

import math

roll = 0  # 绕x轴旋转
pitch = math.pi / 2  # 绕y轴旋转
yaw = math.pi  # 绕z轴旋转

quaternion = tftr.quaternion_from_euler(roll, pitch, yaw)
print(quaternion)  # Output: [0.7071067811865476, -4.329780281177466e-17, 0.7071067811865475, 0]

这里只是对tf.transformations模块的一些主要函数和类进行了介绍，实际上还有很多其他的功能可供使用。这个模块非常适合在机器人学、图形学和模拟领域等需要进行3D坐标系转换的应用中使用。希望这篇文章可以帮助你更好地理解并使用tf.transformations模块。