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旋轉幾何

此視窗以 3×3 矩陣表示晶體的旋轉狀態,並在不同的歐拉座標系之間進行轉換。

旋轉幾何

ReciPro 使用三個歐拉角 — ΨθΦ — 並依 Z–X–Z 順序套用。然而,此慣例不一定與您實際儀器的測角儀軸相符。旋轉幾何視窗可讓您將 ReciPro 的歐拉角轉換到任意定義的座標系,從而支援實驗室中的測角儀調整。


鍵盤與滑鼠快速鍵

全部六個 3D 檢視(ReciPro 與實驗測角儀 / 軸 / 物件等面板)皆已連動 — 旋轉其中任一個,六者便會一同旋轉。它們共用 ReciPro 的標準 OpenGL 檢視導覽

快速鍵 動作
F1 開啟線上手冊的本頁
在檢視中左鍵拖曳 旋轉模型(六個檢視一同旋轉)
滑鼠滾輪,或右鍵向上/向下拖曳 縮放(大型測角儀檢視)
CTRL + 右鍵向上/向下拖曳 變更相機距離(僅限透視模式)
CTRL + 右鍵雙擊 切換正交 / 透視投影

小型 AxesObjects 檢視已停用縮放與平移。除 F1 外沒有其他鍵盤快速鍵。


ReciPro 座標系 (ZXZ)

視窗的上半部以「ReciPro 座標系」顯示旋轉狀態。

  • Φ, θ, Ψ 值與主視窗中設定的歐拉角同步。
  • Rotation matrix 顯示對應於目前旋轉狀態的 3×3 矩陣。

Φ, θ, Ψ (Z–X–Z 歐拉角)

晶體取向由依此順序套用的三個旋轉參數化:

  1. Φ — 繞 Z 軸的第一次旋轉。
  2. θ — 繞一次旋轉後參考系之 X 軸的旋轉。
  3. Ψ — 繞兩次旋轉後參考系之 Z 軸的第二次旋轉。

每個數值方塊皆可編輯;在此變更某個值會更新主視窗以及每個連動的模擬器。

旋轉矩陣

由目前的 (Φ, θ, Ψ) 產生的 3 × 3 矩陣。使用 複製到 Excel / 從 Excel 貼上 透過試算表來回傳遞矩陣。

該矩陣在 ReciPro 中出現的所有位置都遵循同一約定:

\[ \mathbf{v}_{\mathrm{rot}} = R\,\mathbf{v}_{0} \]
  • \(R\) 是晶體的主動旋轉(active rotation),在固定於顯示器的實驗室座標系(\(X\)=右、\(Y\)=上、\(Z\)=朝向觀察者 — 參見附錄 A1.1)中表示。
  • \(\mathbf{v}_{0}\):固定於晶體的方向在初始取向\(c \parallel Z\)\(b\) 位於 \(YZ\) 面內)下的笛卡兒座標(行向量)。
  • \(\mathbf{v}_{\mathrm{rot}}\):旋轉後同一方向的座標(仍在實驗室座標系中)。
  • \(\Phi=\theta=\Psi=0\)\(R\) 為單位矩陣。\(R\) 為正交歸一矩陣且行列式為 +1,因此逆變換就是轉置:\(R^{-1}=R^{\mathsf T}\)

以尤拉角表示為 \(R = R_Z(\Phi)\,R_X(\theta)\,R_Z(\Psi)\)(繞固定軸的右手旋轉;\(\Psi\) 最先作用於向量):

\[ R=\begin{pmatrix} \cos\Phi\cos\Psi-\cos\theta\,\sin\Phi\sin\Psi & -\cos\Phi\sin\Psi-\cos\theta\,\sin\Phi\cos\Psi & \sin\theta\,\sin\Phi\\ \sin\Phi\cos\Psi+\cos\theta\,\cos\Phi\sin\Psi & -\sin\Phi\sin\Psi+\cos\theta\,\cos\Phi\cos\Psi & -\sin\theta\,\cos\Phi\\ \sin\theta\,\sin\Psi & \sin\theta\,\cos\Psi & \cos\theta \end{pmatrix} \]

套用於晶體學指數時,先換算成初始取向下的笛卡兒座標:方向 \([uvw]\)\(\mathbf{v}_0 = u\mathbf{a}+v\mathbf{b}+w\mathbf{c}\),面法線 \((hkl)\)\(\mathbf{v}_0 = h\mathbf{a}^{*}+k\mathbf{b}^{*}+l\mathbf{c}^{*}\)(倒晶格基向量)。

同一矩陣(\(R_{ij}\) = 第 \(i\) 列第 \(j\) 行)出現於:

  • 本視窗的 複製到 Excel / 從 Excel 貼上(3 × 3 定位字元分隔,由上而下逐列);
  • 巨集 APIDir.GetRotationMatrix() / Dir.SetRotationMatrix()Dir.GetEuler()(9 個元素按列序 \(R_{11}, R_{12}, R_{13}, R_{21}, \ldots, R_{33}\) 排列);
  • Spot ID v2 儲存的候選清單中的 R11R33 欄。

OpenGL 視窗

3D 檢視以三個彩色圓環(甜甜圈)顯示目前的旋轉:

顏色 歐拉角 測角儀層級
黃色 Φ 第 1(上)軸
淺藍色 θ 第 2(中)軸
粉紅色 Ψ 第 3(下)軸

箭頭表示實空間笛卡兒座標中的 X、Y、Z 軸。這些並非主視窗中所示的晶軸。

中央的灰色球體表示試樣;紅/綠/藍球體顯示物件相對於其初始取向已如何旋轉(當 Φ = θ = Ψ = 0 時,它們分別對齊 +X、+Y、+Z)。

注意:在 OpenGL 視窗中拖曳僅會變更此檢視的投影方向,而非晶體取向本身。若要旋轉晶體,請使用主視窗。

按鈕

按鈕 動作
複製到 Excel 以定位字元分隔格式複製 3×3 旋轉矩陣
從 Excel 貼上 從剪貼簿設定旋轉矩陣(定位字元分隔的 3×3)
沿束方向檢視 與主視窗投影對齊(Z 軸垂直於螢幕)
等角檢視 切換為等角投影

實驗座標系

下半部在任意一組旋轉軸上定義歐拉角,並讀取/設定測角儀狀態。此即所謂的實驗座標系

第 1、第 2、第 3 軸

為每個層級(上、中、下)從 ±X±Y±Z 中選擇測角儀的旋轉軸。圖形會隨之更新。

各軸的歐拉角會顯示在對應的彩色文字方塊(黃色、淺藍色、粉紅色)中。您也可以直接輸入數值。


連結

當勾選 連結 時,ReciPro 座標系與實驗座標系即耦合:兩者的歐拉角會經過調整,使物件取向在兩個系統之間保持一致。

範例工作流程

  1. 在實驗室中,設定測角儀使晶體的 a 軸與 X 射線入射方向對齊,且 b 軸保持水平。
  2. 在實驗座標系中輸入實驗室測角儀的歐拉角。
  3. 在主視窗中旋轉晶體,使 a 軸朝向螢幕法線,b 軸朝向水平。
  4. 勾選 連結 — 此後,每當您在主視窗中將晶體指向不同取向時,便會自動顯示所需的測角儀角度。

另見