Quaternions and Rotation Sequences
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J. B. Kuipers
Über dieses Buch
Ever since the Irish mathematician William Rowan Hamilton introduced quaternions in the nineteenth century--a feat he celebrated by carving the founding equations into a stone bridge--mathematicians and engineers have been fascinated by these mathematical objects. Today, they are used in applications as various as describing the geometry of spacetime, guiding the Space Shuttle, and developing computer applications in virtual reality. In this book, J. B. Kuipers introduces quaternions for scientists and engineers who have not encountered them before and shows how they can be used in a variety of practical situations.
The book is primarily an exposition of the quaternion, a 4-tuple, and its primary application in a rotation operator. But Kuipers also presents the more conventional and familiar 3 x 3 (9-element) matrix rotation operator. These parallel presentations allow the reader to judge which approaches are preferable for specific applications. The volume is divided into three main parts. The opening chapters present introductory material and establish the book's terminology and notation. The next part presents the mathematical properties of quaternions, including quaternion algebra and geometry. It includes more advanced special topics in spherical trigonometry, along with an introduction to quaternion calculus and perturbation theory, required in many situations involving dynamics and kinematics. In the final section, Kuipers discusses state-of-the-art applications. He presents a six degree-of-freedom electromagnetic position and orientation transducer and concludes by discussing the computer graphics necessary for the development of applications in virtual reality.
Information zu Autoren / Herausgebern
Rezensionen
"This book will appeal to anyone with an interest in three-dimensional geometry. It is a competent and comprehensive survey. . . . This book is unique in that it is probably the only modern book to treat quaternions seriously. . . . A valuable asset."
"The text is written in a clear and readable style well suited for students wishing to master fundamental quaternion concepts."—Mark C. Allman, Senior Engineer, The Boeing Company
"This is the most complete discussion of quaternions and their applications that I have seen."—Alan C. Tribble, author of A Tribble's Guide to Space
Fachgebiete
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Frontmatter
i -
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Contents
ix -
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List of Figures
xv -
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About This Book
xix -
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Acknowledgements
xxi -
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Chapter 1. Historical Matters
1 -
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Chapter 2. Algebraic Preliminaries
13 -
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Chapter 3. Rotations in 3-space
45 -
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Chapter 4. Rotation Sequences in R3
77 -
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Chapter 5. Quaternion Algebra
103 -
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Chapter 6. Quaternion Geometry
141 -
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Chapter 7. Algorithm Summary
155 -
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Chapter 8. Quaternion Factors
177 -
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Chapter 9. More Quaternion Applications
205 -
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Chapter 10. Spherical Trigonometry
235 -
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Chapter 11. Quaternion Calculus for Kinematics and Dynamics
257 -
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Chapter 12. Rotations in Phase Space
277 -
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Chapter 13. A Quaternion Process
303 -
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Chapter 14. Computer Graphics
333 -
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Further Reading and Some Personal References
365 -
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Index
367