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Sophus是一个用于求解李群和李代数的C++库,它提供了一组基本操作和数学函数,例如构建、转换、乘法等,可以方便地进行位姿运算和优化。下面是一个使用Sophus库进行位姿运算的简单示例:
#include <iostream>
#include <sophus/so3.h>
#include <sophus/se3.h>
using namespace std;
using namespace Sophus;
int main() {
// 构建旋转向量和平移向量
Vector3d w(0.1, 0.2, 0.3);
Vector3d v(1, 2, 3);
// 构建SE(3)位姿
SE3d T1(RotationMatrix3d(SO3d::exp(w)), v);
cout << "T1 = " << T1.matrix() << endl;
// 位姿求逆
SE3d T2 = T1.inverse();
cout << "T2 = " << T2.matrix() << endl;
// 位姿相乘
SE3d T3 = T1 * T2;
cout << "T3 = " << T3.matrix() << endl;
// 旋转矩阵和李代数转换
Matrix3d R = SO3d::exp(w).matrix();
Vector3d so3 = SO3d::log(SO3d(R));
cout << "so3 = " << so3.transpose() << endl;
// 李代数相加
Vector3d w1(0.1, 0.0, 0.0);
Vector3d w2(0.0, 0.2, 0.0);
Vector3d w3 = w1 + w2;
cout << "w3 = " << w3.transpose() << endl;
return 0;
}
在这个例子中,我们首先构建了一个SE(3)位姿T1,然后对其进行逆运算、乘法运算,最后将旋转矩阵和李代数相互转换。此外,还演示了如何将两个李代数相加。总的来说,Sophus库提供了一组简单而强大的工具,可以大大简化位姿运算和优化的过程。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <Eigen/Core>
#include <Eigen/Geometry>
#include "sophus/se3.hpp"
using namespace std;
using namespace Eigen;
int main(int argc, char **argv) {
// 构造相机位姿
// 相机1在原点,朝向z轴正方向
Matrix3d R1 = Matrix3d::Identity();
Vector3d t1 = Vector3d::Zero();
Sophus::SE3d T1(R1, t1);
cout << "camera 1 pose:\n" << T1.matrix() << endl;
// 相机2位于(0,0,1)处,朝向与相机1相同
Matrix3d R2 = Matrix3d::Identity();
Vector3d t2 = Vector3d(0, 0, 1);
Sophus::SE3d T2(R2, t2);
cout << "camera 2 pose:\n" << T2.matrix() << endl;
// 计算从相机1到相机2的运动
Sophus::SE3d T12 = T2 * T1.inverse();
cout << "camera 1 to camera 2 motion:\n" << T12.matrix() << endl;
return 0;
}
以上代码假设相机坐标系和世界坐标系重合,可以通过简单的修改坐标系变换来适应其他场景。
#include <iostream>
#include <cmath>
#include <Eigen/Core>
#include <Eigen/Geometry>
#include "se3.hpp"
using namespace std;
using namespace Eigen;
int main(int argc, char **argv) {
// 定义起点和终点位姿
Vector3d t1(1, 0, 0);
Quaterniond q1(AngleAxisd(M_PI / 4, Vector3d(0, 0, 1)));
Sophus::SE3d pose1(q1, t1);
Vector3d t2(0, 1, 0);
Quaterniond q2(AngleAxisd(M_PI / 2, Vector3d(1, 0, 0)));
Sophus::SE3d pose2(q2, t2);
// 演示位姿插值
for (double t = 0; t <= 1; t += 0.1) {
Sophus::SE3d interp_pose = Sophus::SE3d::interpolate(pose1, pose2, t);
cout << "interpolated pose at t=" << t << ":\n" << interp_pose.matrix() << endl;
}
// 演示路径生成
vector<Sophus::SE3d> path;
for (double x = 0; x <= 1; x += 0.1) {
for (double y = 0; y <= 1; y += 0.1) {
Vector3d t(x, y, 0);
Quaterniond q(AngleAxisd(M_PI / 4, Vector3d(0, 0, 1)));
Sophus::SE3d pose(q, t);
path.push_back(pose);
}
}
// 输出路径中的位姿
for (size_t i = 0; i < path.size(); ++i) {
cout << "pose " << i << ":\n" << path[i].matrix() << endl;
}
return 0;
}
李群和李代数是数学中的两个重要概念,它们在很多领域中都有广泛的应用。在机器人、计算机视觉、自动驾驶、SLAM等领域中,李群和李代数也被广泛地使用。
简单来说,李群和李代数是一种用于描述旋转和平移的数学工具。其中,李群描述的是旋转和平移等连续的运动,李代数描述的是这些连续运动的切空间,即速度和角速度等。
在机器人、计算机视觉等领域中,通常需要对机器人或摄像头进行位姿估计或运动控制,这就需要对旋转和平移进行建模。使用李群和李代数可以将旋转和平移建模成一个数学上的对象,并对其进行运算和优化。
例如,对于机器人或摄像头的位姿估计,通常会使用李群和李代数描述其运动,同时也会使用李代数求解其运动方程。又如,对于自动驾驶中的路径规划和运动控制,也需要使用李群和李代数描述车辆的运动,以及对车辆的运动进行控制和优化。
总之,李群和李代数是描述旋转和平移的数学工具,在机器人、计算机视觉、自动驾驶、SLAM等领域中有广泛的应用。它们能够将旋转和平移等连续的运动建模成一个数学上的对象,并对其进行运算和优化。
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