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Algorithms for manipulating quaternions in floating-point arithmetic

Authors :
Mioara Joldes
Jean-Michel Muller
Équipe Recherche Opérationnelle, Optimisation Combinatoire et Contraintes (LAAS-ROC)
Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Arithmetic and Computing (ARIC)
Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole)
Université de Toulouse (UT)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Source :
Proceedings of ARITH-2020, IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, ARITH-2020-IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, ARITH-2020-IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, Jun 2020, Portland, United States. pp.1-8, ⟨10.1109/ARITH48897.2020.00016⟩, ARITH
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

International audience; Quaternions form a set of four global but not unique parameters, which canrepresent three-dimensional rotations in a non-singular way. They arefrequently used in computer graphics, drone and aerospace vehiclecontrol. Floating-point quaternion operations (addition, multiplication,reciprocal, norm) are often implemented "by the book". Although allusual implementations are algebraically equivalent, their numericalbehavior can be quite different. For instance, the arithmeticoperations on quaternions as well as conversion algorithms to/from rotation matricesare subject to spurious under/overflow (an intermediate calculationunderflows or overflows, making the computed final result irrelevant,although the exact result is in the domain of the representablenumbers). The goal of this paper is to analyze and then proposeworkarounds and better accuracy alternatives for such algorithms.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
Proceedings of ARITH-2020, IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, ARITH-2020-IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, ARITH-2020-IEEE 27th Symposium on Computer Arithmetic, Jun 2020, Portland, United States. pp.1-8, ⟨10.1109/ARITH48897.2020.00016⟩, ARITH
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7956d57a1ce85d4c7d76a6996084dee9