Gimbal Lock （万向节锁/常平架锁）

王者再临

Gimbal Lock （万向节锁/常平架锁）是指在欧拉角描述的旋转过程中，一条旋转轴和另外一条旋转轴重合，导致丧失一个旋转自由度的现象。

在使用欧拉角描述的三维旋转中，存在预定的三条绝对旋转轴（用世界坐标给定），通过预定的顺序先后绕三条旋转轴旋转一定角度，得到一个最终朝向。例如，可以约定将右手系坐标系的坐标轴作为旋转轴，并且以X轴--> Y轴--> Z轴的顺序进行旋转。在这个约定下，如果物体绕Y轴旋转了90°（或-90°），那么物体绕X轴的旋转跟绕Z轴的旋转的效果是一样的，这就导致了一个旋转自由度的丧失，即出现了Gimbal Lock。

Gimbal Lock并没有表明欧拉角是“错误”的。欧拉角是一种简单直观的描述方式，有其有武之地。例如，对于静态的物体，可以通过欧拉角来设定其朝向：图4中的朝向，虽然在Y=90°的条件下无法从初始朝向旋转而来，但可以通过其它一组（x，y，z）旋转值取得，或者通过更改欧拉角旋转的次序而取得。又例如，在第一人称射击游戏里，镜头一般只有“抬头、低头”和“左看、右看”这两组动作，而没有“歪头看”的动作，也就是说镜头只会绕两条轴旋转，这种情况下不会出现Gimbal Lock。但是，对于绕三个轴动态自由旋转的物体，用欧拉角就不合适了，这时用轴角表示法（Axis Angle），矩阵或者四元数（Quaternion）可以避免Gimbal Lock。注意，通过欧拉角来生成矩阵或四元数依然会导致Gimbal Lock，要避免这种现象，必须通过矩阵或四元数自身的旋转特性进行计算。

附一则关于Gimbal Lock的视频讲解：

hyui

Good video !

leductai2014

thank you so much

leductai2014

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hariboot

这个帖子很受益啊谢谢分享

wucnj

感谢分享！！！

ShikiLin

好厉害的样子