【问题标题】:How do I translate the position of a moving point according to a reference point?如何根据参考点平移移动点的位置?
【发布时间】:2020-04-06 03:47:44
【问题描述】:

给定两个在笛卡尔坐标 x、y、z 中位置随时间变化的移动点/粒子,如下所示,我如何将其中一个点居中并计算第二个点的结果位置,同时保持它们的相对距离和方向常数?

# Given the absolute positions of point 1 (p1) and point 2 (p2): 
p1 = [
    [7.74, 9.48, 9.61],
    [7.02, 8.83, 9.42],
    [7.91, 9.08, 9.56],
    [8.61, 8.92, 9.50],
    [8.87, 9.35, 9.63],
    [7.77, 9.83, 9.86]
]

p2 = [
    [7.90, 10.48, 10.2],
    [8.30, 10.74, 9.59],
    [8.23, 10.24, 9.86],
    [8.15, 10.42, 9.91],
    [8.05, 10.44, 9.92],
    [8.4, 10.78, 10.04]
]

# Center p1. It does not necessarily have to be at (0, 0, 0). 
p1 = [
    [0, 0, 0], 
    [0, 0, 0], 
    [0, 0, 0],
    [0, 0, 0],
    [0, 0, 0], 
    [0, 0, 0]
]

# Translate p2 so its relative position (distance & orientation) relative to p1 remains constant. 
p2 = []

直观地说,我会尝试找到转换的平移和旋转矩阵。我查看了scipy.spatial,但找不到解决问题的方法(至少我可以理解)。

我将如何尝试解决这个问题?

编辑 1: 假设两个点彼此独立移动,因此它们的距离+方向不应该是恒定的。我的目标是检验这个假设:这些点是否会相互影响。
具体来说,我想计算点 2 相对于点 1 的密度,但是为了使这个计算有意义,我需要先固定点 1。希望这能进一步澄清问题。

【问题讨论】:

  • 我不明白:点 1 和点 2 给出的坐标表明 2 点的相对距离和方向不是恒定的。你能澄清一下吗?
  • 没错。假设两个点彼此独立移动,因此它们的距离+方向不应该是恒定的。我的目标是检验这个假设:这些点是否相互影响。具体来说,我想计算点 2 相对于点 1 的密度,但是为了使这个计算有意义,我需要先固定点 1。希望这可以澄清问题。我还编辑了我的问题以添加此说明。
  • 你不需要简单地从p2元素中减去p1吗?
  • 我刚刚做了一些测试,看来你是对的。我真的没想到问题会这么简单。我会进一步研究这一点,但现在看来,我所要做的只是元素减法。

标签: python numpy scipy linear-algebra scipy-spatial


【解决方案1】:

如果您不熟悉线性代数,这可能有点神秘,但本质上您可以操纵向量来计算两点之间向量的长度和圆柱旋转。它会是这样的:

import numpy as np
from scipy import linalg

p1 = [
    [7.74, 9.48, 9.61],
    [7.02, 8.83, 9.42],
    [7.91, 9.08, 9.56],
    [8.61, 8.92, 9.50],
    [8.87, 9.35, 9.63],
    [7.77, 9.83, 9.86]
]

p2 = [
    [7.90, 10.48, 10.2],
    [8.30, 10.74, 9.59],
    [8.23, 10.24, 9.86],
    [8.15, 10.42, 9.91],
    [8.05, 10.44, 9.92],
    [8.4, 10.78, 10.04]
]

# Transform lists to arrays
a1, a2 = np.array(p1), np.array(p2)
# Get vector from p1 to p2
v = a2 - a1

# Get the norm of all vectors p1p2, i.e. the distance between p1 and p2
n = linalg.norm(v, axis=1)
# Normalize the vectors if need be
unit_v = v / n[:, None]

# Normalize the vectors in xy plane
unit_v_xy = (v / linalg.norm(v[:, 0:2], axis=1)[:, None])[:, 0:2]
# Get angles modulo pi in xy plane
xy_angles = np.column_stack((np.arccos(unit_v_xy[:, 0]), np.arcsin(unit_v_xy[:, 1])))

# Get pitch angle, i.e. angle between vector and z axis
pitch_angles = np.arccos(np.dot(unit_v, np.array([0, 0, 1])))

【讨论】:

  • 我仍然不清楚,但是,您如何从这些结果计算 p2 的新坐标?我跟进了上面的 cmets,并用 p1 对 p2 进行了逐元素减法,结果似乎还可以,但由于这是一个科学项目,我宁愿确定我所做的事情是正确的。跨度>
  • 如果您只需要知道这些点是否相对于彼此移动,那么比较不同时间 t 的 p2-p1 就足够了。如果您想知道这些点是如何相对于彼此移动的,那么我尝试就如何获得描述运动的距离和角度提出一些建议。如果您不需要它,请不要打扰它。
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