四元数(Quaternion)在 JS 中的应用:解决欧拉角(Euler Angles)万向节死锁问题

四元数(Quaternion)在 JavaScript 中的应用:解决欧拉角万向节死锁问题 各位开发者朋友,大家好!今天我们来深入探讨一个在三维图形编程中非常关键的话题——如何用四元数(Quaternion)优雅地解决欧拉角的万向节死锁(Gimbal Lock)问题。这不仅是计算机图形学的基础知识,也是你在做游戏开发、AR/VR、3D建模或机器人控制时必须掌握的核心技能。 一、什么是欧拉角?为什么它会出问题? 欧拉角是一种用三个角度表示旋转的方式,通常表示为 (roll, pitch, yaw) 或者 X-Y-Z 顺序的旋转: Roll(绕 X 轴旋转) Pitch(绕 Y 轴旋转) Yaw(绕 Z 轴旋转) 听起来很简单对吧?但现实很残酷。当这三个旋转轴不是正交时(比如你连续旋转两次后),某些特定角度组合会导致自由度丢失——这就是著名的“万向节死锁”。 🧠 想象一下: 你站在地球赤道上,先向东转90°(yaw),再向上仰头90°(pitch)。这时你会发现:无论你怎么调整 roll(翻滚),你的朝向其实已经无法改变——因为两个轴重合了!这就是万向节死锁的本质:旋转空间中出现了奇异点( …