从加速数据创建四元数

Question

所以我有一个加速度传感器给我加速度数据。设备当前处于某个位置，因此数据看起来像这样（每轴有一些噪音）：

ACCELX = 264
ACCELY = -43
ACCELZ = 964

然后是一个代表设备的3D模型，“我想要的只是”这个3D模型来表示真实设备的方向。在我尝试理解quaternions in .NET的用法时，这里是我已经吞噬的代码：

/* 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产生报告值的变化，但是屏幕上的模型只是在随机方向看起来抽搐，比噪音更远，看起来与我旋转真实设备的方式无关。我很确定我正在构造和使用四元数错误。我该怎么做？

这是带WPF的.NET。还有HelixToolkit.WPF可用，但我还没有看到任何从加速度数据创建四元数的函数。此项目不支持更高级别的框架，例如虚幻引擎或Unity。

Answer 1

您的传感器输出旋转值是累积还是差异？有时输出旋转是差异，您需要先前的旋转值加上差值来计算当前的新旋转值。

您可以尝试保存以前的四元数，并使用上一个四元数添加当前四元数以获得新的累积旋转。

Answer 2

事实证明我的问题是完全不同的：我必须使用一个名为Transform3DGroup的类。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的任何文件。

为了完成，这里是由GetAngle()派生的Bill Wallis on Math Overflow的内部：

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;
    }
}

并且double类型的扩展转换为弧度和度数之间的双精度数（在类之外，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;
    }
}