下面,我们从直角坐标系中来找找这13根旋转轴。(参见图二)
首先,三根坐标轴本身就是 3 根旋转轴(左图)。三个坐标平面各有两根对角线(中图),一共 6 根面对角线也是旋转轴。蓝色立方体的体对角线(右图)就是 4 根旋转轴(记住图中体对角线1234的位置)。
三 乒乓球的旋转方向
我们一般将乒乓球抽象为薄壳刚体的旋转。表示刚体在三维空间的旋转有多种互相等价的数学方法,常见的有欧拉角、旋转矩阵(DCM-方向余弦阵)、旋转向量、四元数等。
乒乓球旋转(自转)的轴分类法可看成是旋转向量(Rotation Vector)法在乒乓球运动具体条件下的变式应用。
直观来讲,一个四维向量(φ,x,y,z)就可以表示出三维空间的任意旋转。其中φ是一个旋转角度,可用角速度的大小来表征旋转强度,因其与旋转属性分类无关,暂不考虑。所以一个空间三维向量(x,y,z)就足以表示一个乒乓球的旋转方向,即可指示其旋转属性。
右手螺旋法则具体地说,右手四指并拢弯曲与大拇指垂直,拇指指向三维向量M(x,y,z)方向即旋转轴的方向,则四指弯曲的方向就是乒乓球旋转的方向。
图三 旋转向量方向与乒乓球旋转方向的关系
一根直线两端指向两个相反的方向,即一根旋转轴可代表两个方向相反的旋转向量,也就是我们常说的一根旋转轴对应两种方向相反的旋转球(拇指指向相反,当然旋转方向也相反)。
下面我们全面看一看这 26 种 旋转球在三维空间是怎么旋转的。