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在3D圖形學中，最常用的旋轉表示方法便是四元數和歐拉角，比起矩陣來具有節省存儲空間和方便插值的優點。本文主要歸納了兩種表達方式的轉換，計算公式采用3D笛卡爾坐標系：
圖1 3D Cartesian coordinate System (from wikipedia)
定義
分別為繞Z軸、Y軸、X軸的旋轉角度，如果用Tait-Bryan angle表示，分別為Yaw、Pitch、Roll。
圖2 Tait-Bryan angles (from wikipedia)
一、四元數的定義
通過旋轉軸和繞該軸旋轉的角度可以構造一個四元數：
其中
是繞旋轉軸旋轉的角度，
為旋轉軸在x,y,z方向的分量（由此確定了旋轉軸）。
二、歐拉角到四元數的轉換
三、四元數到歐拉角的轉換
arctan和arcsin的結果是
，這并不能覆蓋所有朝向(對于
角
的取值范圍已經滿足)，因此需要用atan2來代替arctan。
四、在其他坐標系下使用
在其他坐標系下，需根據坐標軸的定義，調整一下以上公式。如在Direct3D中，笛卡爾坐標系的X軸變為Z軸，Y軸變為X軸，Z軸變為Y軸（無需考慮方向）。
