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解决的问题

空间数学是机器人学和机器人视觉的基础，它使开发者能够描述2D或3D空间中物体的位置、方向和姿态。该库提供了一种标准化、类型安全的方式来处理这些复杂的几何变换，而无需手动管理原始矩阵。

工作原理

该库提供了将NumPy数组抽象为数学群的高级类。它为不同维度和表示形式使用特定的类：

• 3D空间： SE3（姿态）、SO3（方向）、UnitQuaternion（方向）、Twist3（姿态）、UnitDualQuaternion（姿态）。
• 2D空间： SE2（姿态）、SO2（方向）、Twist2（姿态）。

这些类支持重载运算符进行组合（*）、点变换（*）和指数运算（**），以及归一化、逆变换和在欧拉角、滚转-俯仰-偏航、角度-轴形式之间的转换方法。它还包含低级函数，供希望直接使用NumPy数组的用户使用，并通过SymPy支持符号变量。

适用人群

专为需要执行空间变换和姿态估计的机器人研究人员和工程师设计，也适用于使用《Robotics, Vision & Control》教材的学生。

主要亮点

• 类型安全： 防止2D和3D变换矩阵的意外混用。
• 向量化： 支持在单行中创建和操作旋转矩阵或姿态的序列。
• 可视化： 内置工具用于绘制变换（trplot）和创建动画（tranimate）。
• 符号支持： 与SymPy兼容，支持使用符号变量进行数学推导。