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如何計算兩個向量之間的順時針角度:超出點積?

DDD
發布: 2024-11-19 04:34:02
原創
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How to Calculate the Clockwise Angle Between Two Vectors: Beyond the Dot Product?

計算向量之間的順時針角度:超越經典方法

計算兩個向量之間角度的經典方法依賴於點積,僅提供內角(0-180 度)。為了直接獲得所需的順時針角度,我們探索利用行列式的替代方法。

2D 向量

在 2D 域中,行列式表示與角度的正弦。因此,我們可以使用以下方法計算角度:

dot = x1*x2 + y1*y2 
det = x1*y2 - y1*x2 
angle = atan2(det, dot)
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所得角度與座標系方向對齊,順時針旋轉產生正值。交換輸入向量會反轉符號。

3D 向量

對於 3D 向量,旋轉軸未定義,我們通常會選擇正角度。歸一化點積提供了適當的量測:

dot = x1*x2 + y1*y2 + z1*z2
lenSq1 = x1*x1 + y1*y1 + z1*z1
lenSq2 = x2*x2 + y2*y2 + z2*z2
angle = acos(dot/sqrt(lenSq1 * lenSq2))
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嵌入3D 的平面

如果向量位於已知法向向量n 的平面內,我們可以利用這些資訊來最佳化計算:

dot = x1*x2 + y1*y2 + z1*z2
det = x1*y2*zn + x2*yn*z1 + xn*y1*z2 - z1*y2*xn - z2*yn*x1 - zn*y1*x2
angle = atan2(det, dot)
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範圍0 – 360°

常見atan2 實現返回角度在[-π, π] 弧度範圍內。要獲得所需範圍 [0, 2π] 弧度內的角度,只需將 2π 添加到負結果即可。或者,無條件使用 atan2(-det, -dot) π。

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來源:php.cn
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