Quaternion Algebra in 3D Modeling and Simulation: With Python
暫譯: 三維建模與模擬中的四元數代數:使用 Python

Flux, Jamie

  • 出版商: Independently Published
  • 出版日期: 2024-11-08
  • 售價: $1,290
  • 貴賓價: 9.5$1,226
  • 語言: 英文
  • 頁數: 382
  • 裝訂: Quality Paper - also called trade paper
  • ISBN: 9798345940266
  • ISBN-13: 9798345940266
  • 相關分類: 數學
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商品描述

Discover the expansive world of quaternion algebra with this comprehensive guide tailored for electrical engineers. This book bridges theoretical concepts with practical applications, featuring detailed Python code examples for each chapter to enhance your learning experience. Whether you're involved in digital signal processing, computer graphics, or advanced control systems, this book is your key to mastering quaternions.

Key Features:

  • Practical Python Examples: Engage with hands-on Python code that complements each chapter's theoretical concepts.
  • Breadth of Topics: Covers the essentials of quaternion algebra and its vast applications in modern engineering and simulation.
  • Real-World Applications: Learn how quaternions are utilized in control systems, signal processing, robotics, and more.
  • Step-by-Step Explanations: Accessible content designed to guide you through complex mathematical transformations.
  • Interdisciplinary Approach: Suitable for both students and professionals in engineering, physics, computer science, and more.

What You Will Learn:

  • Master the fundamentals of quaternion algebra and their application in 3D modeling.
  • Develop a deep understanding of quaternion multiplication and rotation composition.
  • Comprehend quaternion conjugates and inverses for rotation correction and normalization.
  • Represent 3D rotations with quaternions and derive the mathematical framework.
  • Explore quaternion norm concepts and the significance of unit quaternions in rotations.
  • Convert between rotation matrices and quaternions with precise algorithms.
  • Delve into the quaternion exponential and logarithm functions for interpolation.
  • Implement spherical linear interpolation (SLERP) using quaternions in simulations.
  • Solve quaternion differential equations for rotational dynamics modeling.
  • Integrate quaternion-based rotational motions with advanced numerical techniques.
  • Apply quaternion calculus to model 3D kinematic motion in rigid bodies.
  • Represent angular velocity as quaternion derivatives in dynamic simulations.
  • Use quaternions to compute spacecraft attitude in aerospace applications.
  • Design quaternion-based control algorithms for stable electrical systems.
  • Implement quaternion state Kalman filters for sensor fusion and tracking.
  • Formulate feedback control laws for attitude systems using quaternions.
  • Master advanced quaternion interpolation with Squad techniques.
  • Create smooth 3D animations using quaternion splines.
  • Optimize 3D rendering pipelines with quaternion rotations in graphics.
  • Extend Fourier transforms to quaternion functions for signal processing.
  • Explore Clifford algebra relations in geometric computations with quaternions.
  • Combine translations and rotations using dual quaternions.
  • Model electromagnetic fields with quaternion algebra in simulations.
  • Formulate and simulate Maxwell's equations using quaternionic representations.
  • Process 3D signals retaining spatial fidelity with quaternion transformations.
  • Utilize quaternion filters for enhanced image and data processing.
  • Develop powerful quaternion neural network architectures for 3D learning.
  • Extend Hilbert spaces to quaternions for quantum computing applications.
  • Solve eigenvalue problems with quaternion matrices for stability analysis.
  • Perform spectral decomposition using quaternionic algebra for signals.
  • Use quaternions to model antenna orientations in electromagnetic simulations.

商品描述(中文翻譯)

探索四元數代數的廣闊世界,這本專為電機工程師量身打造的綜合指南將理論概念與實際應用相結合,並為每一章提供詳細的 Python 代碼範例,以增強您的學習體驗。無論您從事數位信號處理、電腦圖形學或先進控制系統,這本書都是您掌握四元數的關鍵。

**主要特點:**
- **實用的 Python 範例:** 透過實作的 Python 代碼,輔助每一章的理論概念。
- **主題廣泛:** 涵蓋四元數代數的基本知識及其在現代工程和模擬中的廣泛應用。
- **實際應用:** 學習四元數如何在控制系統、信號處理、機器人技術等領域中被利用。
- **逐步解釋:** 設計易於理解的內容,幫助您掌握複雜的數學轉換。
- **跨學科方法:** 適合工程、物理、計算機科學等領域的學生和專業人士。

**您將學到的內容:**
- 掌握四元數代數的基本原理及其在 3D 建模中的應用。
- 深入理解四元數的乘法和旋轉組合。
- 理解四元數共軛和逆元,以進行旋轉修正和正規化。
- 使用四元數表示 3D 旋轉並推導數學框架。
- 探索四元數範數概念及單位四元數在旋轉中的重要性。
- 使用精確的算法在旋轉矩陣和四元數之間進行轉換。
- 深入研究四元數的指數和對數函數以進行插值。
- 在模擬中使用四元數實現球面線性插值(SLERP)。
- 解決四元數微分方程以建模旋轉動力學。
- 將基於四元數的旋轉運動與先進數值技術整合。
- 應用四元數微積分來建模剛體的 3D 運動。
- 在動態模擬中將角速度表示為四元數導數。
- 使用四元數計算航天應用中的太空船姿態。
- 設計基於四元數的控制算法以穩定電氣系統。
- 實現四元數狀態卡爾曼濾波器以進行感測器融合和追蹤。
- 使用四元數制定姿態系統的反饋控制法則。
- 精通使用 Squad 技術進行高級四元數插值。
- 使用四元數樣條創建平滑的 3D 動畫。
- 在圖形中使用四元數旋轉優化 3D 渲染管道。
- 將傅立葉變換擴展到四元數函數以進行信號處理。
- 探索四元數在幾何計算中的克利福德代數關係。
- 使用雙四元數結合平移和旋轉。
- 在模擬中使用四元數代數建模電磁場。
- 使用四元數表示法制定和模擬麥克斯韋方程。
- 使用四元數變換處理 3D 信號,保持空間保真度。
- 利用四元數濾波器增強圖像和數據處理。
- 開發強大的四元數神經網絡架構以進行 3D 學習。
- 將希爾伯特空間擴展到四元數以應用於量子計算。
- 使用四元數矩陣解決特徵值問題以進行穩定性分析。
- 使用四元數代數進行信號的譜分解。
- 使用四元數建模電磁模擬中的天線方向。