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本质上,这里提出了相同的问题,但在非编程环境中。建议的解决方案是采用 { y, -x, 0 }。这适用于所有具有 x 或 y 分量的向量,但如果向量等于 + 或 - { 0, 0, 1 },则失败。在这种情况下,我们会得到 { 0, 0, 0 }。

我当前的解决方案(在 C++ 中):

// floating point comparison utilizing epsilon
bool is_equal(float, float);

// ...

vec3 v = /* some unit length vector */

// ...

// Set as a non-parallel vector which we will use to find the 
//   orthogonal vector. Here we choose either the x or y axis.
vec3 orthog;
if( is_equal(v.x, 1.0f) )
  orthog.set(1.0f, 0.0f, 0.0f);
else
  orthog.set(0.0f, 1.0f, 0.0f);

// Find orthogonal vector
orthog = cross(v, orthog);
orthog.normalize(); 

这种方法有效,但我觉得可能有更好的方法,我的搜索结果仅此而已。


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只是为了好玩,我在 c++ 中对每个建议的答案的简单实现做了一个快速代码,并验证它们都有效(尽管有些并不总是自然地返回单位向量,我在需要的地方添加了一个 noramlize() 调用)。

我原来的想法:

vec3 orthog_peter(vec3 const& v)
{
  vec3 arbitrary_non_parallel_vec = v.x != 1.0f ? vec3(1.0, 0.0f, 0.0f) : vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
  vec3 orthog = cross(v, arbitrary_non_parallel_vec);

  return normalize( orthog );
}

https://stackoverflow.com/a/19650362/2507444

vec3 orthog_robert(vec3 const& v)
{
  vec3 orthog;
  if(v.x == 0.0f && v.y == 0.0f)
    orthog = vec3(1.0f, 1.0f, 0.0f);
  else if(v.x == 0.0f)
    orthog = vec3(1.0f, v.z / v.y, 1.0f);
  else if(v.y == 0.0f)
    orthog = vec3(-v.z / v.x, 1.0f, 1.0f);
  else
    orthog = vec3(-(v.z + v.y) / v.x, 1.0f, 1.0f);

  return normalize(orthog);
}

https://stackoverflow.com/a/19651668/2507444

// NOTE: u and v variable names are swapped from author's example
vec3 orthog_abhishek(vec3 const& v)
{
  vec3 u(1.0f, 0.0f, 0.0f);
  float u_dot_v = dot(u, v);

  if(abs(u_dot_v) != 1.0f)
    return normalize(u + (v * -u_dot_v));
  else
    return vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
}

https://stackoverflow.com/a/19658055/2507444

vec3 orthog_dmuir(vec3 const& v)
{
  float length = hypotf( v.x, hypotf(v.y, v.z));
  float dir_scalar = (v.x > 0.0) ? length : -length;
  float xt = v.x + dir_scalar;
  float dot = -v.y / (dir_scalar * xt);

  return vec3(
    dot * xt, 
    1.0f + dot * v.y, 
    dot * v.z);
};
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4 回答 4

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另一种方法是使用Householder 反射器

我们可以找到一个反射器 Q 将我们的向量映射到 (1,0,0) 的倍数。将 Q 应用于 (0,1,0) 将给出一个垂直于我们的向量的向量。这种方法的一个优点是它适用于任意数量的维度。另一个是我们可以得到垂直于原始向量和新向量的其他向量:将 Q 应用于 (0,0,1)。听起来可能很复杂,但这里是 3d 的 C 代码(xp,yp,zp 是必需的向量,长度为 1;正如所写的一切都是双精度数,但您可以使用 float 并使用 hypotf 而不是 hypot)

l = hypot( x, hypot(y,z));
s = (x > 0.0) ? l : -l;
xt = x + s;
dot = -y/(s*xt);
xp = dot*xt;
yp = 1.0 + dot*y;
zp = dot*z;
于 2013-10-29T12:20:10.713 回答
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好吧,这是解决问题的一种方法。给定一个向量 (a, b, c)。求解方程 (a, b, c) dot (aa, bb, cc) = 0 对于 aa、bb 和 cc(并确保 aa、bb 和 cc 不全为零),所以 (aa, bb, cc ) 与 (a, b, c) 正交。我已经使用 Maxima ( http://maxima.sf.net ) 来解决它。

(%i42) solve ([a, b, c] . [aa, bb, cc] = 0, [aa, bb, cc]), a=0, b=0;
(%o42)                 [[aa = %r19, bb = %r20, cc = 0]]
(%i43) solve ([a, b, c] . [aa, bb, cc] = 0, [aa, bb, cc]), a=0;
                                        %r21 c
(%o43)              [[aa = %r22, bb = - ------, cc = %r21]]
                                          b
(%i44) solve ([a, b, c] . [aa, bb, cc] = 0, [aa, bb, cc]), b=0;
                             %r23 c
(%o44)              [[aa = - ------, bb = %r24, cc = %r23]]
                               a
(%i45) solve ([a, b, c] . [aa, bb, cc] = 0, [aa, bb, cc]);
                        %r25 c + %r26 b
(%o45)         [[aa = - ---------------, bb = %r26, cc = %r25]]
                               a

请注意,我首先解决了特殊情况(a = 0 和 b = 0,或 a = 0,或 b = 0),因为找到的解决方案并非对某些等于零的组件都有效。出现的 %r 变量是任意常量。我将它们设置为 1 以获得一些特定的解决方案。

(%i52) subst ([%r19 = 1, %r20 = 1], %o42);
(%o52)                    [[aa = 1, bb = 1, cc = 0]]
(%i53) subst ([%r21 = 1, %r22 = 1], %o43);
                                          c
(%o53)                   [[aa = 1, bb = - -, cc = 1]]
                                          b
(%i54) subst ([%r23 = 1, %r24 = 1], %o44);
                                  c
(%o54)                   [[aa = - -, bb = 1, cc = 1]]
                                  a
(%i55) subst ([%r25 = 1, %r26 = 1], %o45);
                                c + b
(%o55)                 [[aa = - -----, bb = 1, cc = 1]]
                                  a

希望这可以帮助。祝你好运,继续努力。

于 2013-10-29T05:29:00.750 回答
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您需要选择一个不等于零且不在与给定单位向量 u 连接原点的线上的点 v。

如前所述,您可以在任何轴上选择一个单位向量,只要该点满足上述条件即可。如果点 u 已经位于轴上,则只需为点 v 选择任何其他轴。

然后你需要解方程(v + tu).u = 0。(只需求解 t)

当然,您需要对其进行归一化以获得正交单位向量。

在此处输入图像描述

于 2013-10-29T06:59:13.387 回答
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这是一个 C 版本,它使用主轴来给出更确定的结果。

调用者需要对ortho_v3_v3.

inline int axis_dominant_v3_single(const float vec[3])
{
    const float x = fabsf(vec[0]);
    const float y = fabsf(vec[1]);
    const float z = fabsf(vec[2]);
    return ((x > y) ?
           ((x > z) ? 0 : 2) :
           ((y > z) ? 1 : 2));
}

/**
 * Calculates \a p - a perpendicular vector to \a v
 *
 * \note return vector won't maintain same length.
 */
void ortho_v3_v3(float p[3], const float v[3])
{
    const int axis = axis_dominant_v3_single(v);

    assert(p != v);

    switch (axis) {
        case 0:
            p[0] = -v[1] - v[2];
            p[1] =  v[0];
            p[2] =  v[0];
            break;
        case 1:
            p[0] =  v[1];
            p[1] = -v[0] - v[2];
            p[2] =  v[1];
            break;
        case 2:
            p[0] =  v[2];
            p[1] =  v[2];
            p[2] = -v[0] - v[1];
            break;
    }
}
于 2014-03-16T15:21:45.320 回答